作物需水量和灌溉用水量课件

1、第二章 作物需水量和灌溉用水量（Crop Water Requirement and Irrigation Water Use)第一节 作物需水量第二节 灌溉制度第三节 灌溉用水量第四节 灌水率第一节 作物需水量(Crop Water Requirement) 一、作物需水及其相关的基本概念二、作物需水量的影响因素三、研究作物需水量的意义四、作物需水量的推求方法 五、参照作物需水量的计算方法 一、基本概念1、作物需水量2、田间耗水量3、深层渗漏及田间渗漏量定义：作物根系从土壤中吸入体内的水分，通过叶片的气孔扩散到大气中去的现象。蒸腾（Transpiration）根系吸入体内的水分有99%以上消

2、耗于蒸腾蒸腾是一种生理过程蒸腾主要在作物叶面上进行，叶面蒸腾又分为角质蒸腾和气孔蒸腾，其中气孔蒸腾占90%以上。定义：植株间土壤或田面水分的蒸发蒸发（Evaporation）蒸发是一种物理过程土面蒸发一般小于自由水面蒸发，但在饱和含水率时基本等于自由水面蒸发。深层渗漏(Seepage)及田间渗漏（Pecolation）深层渗漏：旱田中由于降雨或灌溉水量太多，使土壤水分超过了田间持水量，向根系活动层以下的土层产生渗漏的现象。田间渗漏：水稻田的渗漏。稻田渗漏造成水和肥的流失，但可促进土壤通气，改善还原条件，消除有毒物质，有利于作物生长。1、作物需水量（Crop water requirement）

3、 植株蒸腾Traspiration株间蒸发Evaporation定义：作物需水量是植株（作物）蒸腾与株间蒸发之和。作物需水量有时段概念，如作物全生育期需水量，某生育阶段需水量，月、旬、日、小时需水量。作物需水量常以每天多少毫米表示 (mm/day)作物需水量 = 植株蒸腾 + 株间蒸发=腾发量Evapotranspiration(ET)=Transpiration+Evaporation2、田间耗水量 （ Consumptive Use of Water）稻田耗水量=作物需水量+田间渗漏水稻田的渗漏 Percolation in paddy fieldPercolation旱地耗水量=作物需水

4、量二、影响作物需水量的因素Factors Affecting Crop Water Requirement还有耕作措施和灌溉措施作物因素的影响作物因素与作物叶面积指数关系密切，常用作物系数反映气象因素（Climatic factors）辐射: 为水分由液态变为气态提供能量 辐射越大，ET越大气温: 决定空气 持水量 气温越高，ET越大湿度: 空气中水分的多少 湿度越大，ET越小风速: 水汽分子向大气移动的速度 风速越大，ET越大气象因素可由参照作物需水量综合反映与土壤含水率有关 土壤含水率降到某一临界含水率以后，土壤含水率越小，ET越小土壤因素（Soil factors）土壤因素可用土壤水分修

5、正系数反映农田水分消耗的主要途径三、研究作物需水量的意义灌溉系统规划设计的依据灌溉用水调度的依据制定流域规划、地区水利规划的依据大气水循环的主要部分直接测定 (Lysimeters)四、作物需水量的确定Determining Evapotranspiration计算(equations)1、作物需水量的观测Measurement of EvapotranspirationLysimeter一般用蒸渗器（Lysimeter,包括测坑和测筒）测定；只有地下水埋深大于2.5米（沙壤土）或3.5米（粘土、壤土）的旱田，可在试验小区中直接测定（避免地下水补给量的影响）。水田蒸渗量可用蒸渗器和试验小区结合

6、方法确定。2.5/3.5为地下水临界深2、作物需水量的计算Calculation of ET直接计算需水量通过计算参照作物需水量来计算实际作物需水量直接计算作物需水量的方法以水面蒸发为参数的需水系数法以产量为参数的需水系数法从影响作物需水量的主要因子（水面蒸发、气温、湿度、日照、辐射等）中选择单因子或多因子，通过实测数据的相关分析，建立经验公式直接计算作物需水量的方法以水面蒸发为参数的需水系数法Pan Evaporation Method某时段内的作物需水量（mm）与ET同时段的水面蒸发量国内外都有较多应用，我国尤其在水稻地区应用较多直接计算作物需水量的方法以产量为参数的需水系数法作物全生育期

7、内总需水量（m3/亩）需水系数作物单位面积产量（kg/亩）我国过去旱作地区应用较多，目前仍有少量应用。水稻由于产量与ET关系不密切，应用不多。适合于水量不足的旱田。阶段作物需水量某一生育阶段的作物需水量模比系数全生育期需水量我国过去应用较多，由于每年的气候条件不同，Ki值变化很大，还有水分状况不同，Ki值也变化，因此目前不建议采用此法进行ET的阶段分配通过计算参照作物需水量来计算实际作物需水量参照作物需水量Reference Evapotranspiration ET0土壤水分充足、地面完全覆盖、生长正常、高矮整齐的开阔（地块的长度和宽度都大于200m）矮草地（草高8-15cm）上的腾发量。F

8、AO1979年定义，用修正Penman公式。92年，FAO又对参照作物腾发量进行了重新定义，即参照作物腾发量为一种假想参照作物冠层的腾发速率，假想作物的高度为0.12m,固定的叶面阻力为70s/m，反射率为0.23，非常类似于表面开阔、高度一致、生长旺盛、完全遮盖地面而不缺水的绿色草地的腾发量。参考作物腾发量采用Penman-Montieth公式计算计算参照作物需水量的方法有很多，最著名的、应用最广泛的是Penman公式通过计算参照作物需水量来计算实际作物需水量Penman公式最早于1948年提出，并经过不断的修改和完善FAO1979年推荐使用修正Penman公式目前应用最多的是Penman-

9、Monteith公式（1992）FAO Irrigation and Drainage Paper 56（1998年）Crop Evapotranspiration ( guidelines for computing crop water requirements)通过计算参照作物需水量来计算实际作物需水量Penman公式的基本原理 能量平衡到达地表的净辐射Rn=到达地表的净短波辐射Rns-地表向外发出的净长波辐射Rls能量收入：能量支出：显热消耗C：由大气增温所消耗的能量潜热消耗E：由于蒸发蒸腾所消耗的能量土壤增温G=C/E称波文比 能量平衡公式净辐射土壤增温显热潜热P-M公式所需气象资料

10、一般：最高，最低及平均气温；日照；风速；平均相对湿度最好：最高，最低及平均气温；日照；风速；最高、最低相对湿度理想：最高，最低及平均气温；净辐射；风速；最低、最高相对湿度如果有当地日照及净辐射资料，则可对公式进行率定，以便从日照算辐射实际作物需水量 Actual EvapotranspirationCrop Coefficient作物需水量降雨灌溉第二节 灌溉制度 什么叫灌溉制度如何推求灌溉制度充分灌溉条件下的灌溉制度 水稻 旱作非充分灌溉条件下的灌溉制度灌溉制度作物播种前（或水稻插秧前）及全生育期内的灌水次数、每次的灌水时间、灌水定额以及灌溉定额。灌水定额(Irrigation Requir

11、ement)一次灌水单位灌溉面积上的灌水量（m3/亩或mm）灌溉定额各次灌水定额之和（m3/亩或mm）充分灌溉条件下的灌溉制度总结群众丰产灌水经验根据灌溉试验资料制定灌溉制度根据水量平衡原理制定灌溉制度水稻灌溉制度根据水量平衡原理制定灌溉制度水稻灌溉制度泡田定额(Land Soaking Requirement)泡田定额（m3/亩）插秧时田面所需的水层深度（mm）泡田期总渗漏量（mm）泡田期的天数泡田期水田田面日平均蒸发强度（mm/d）泡田期内的总降雨量（mm）根据水量平衡原理制定灌溉制度水稻生育期灌溉制度hminhmaxhpdmh1时段初田面水层深度时段内降雨量时段内田间耗水量时段内灌水量时

12、段内排水量时段末田面水层深度灌水定额m=hmax-hminp表2-5 各生育阶段淹灌水层深度根据水量平衡原理制定灌溉制度水稻间歇灌溉制度淹水深度根据水量平衡原理制定灌溉制度水稻灌溉制度计算实例根据水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度HKETPM根据水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度任一时间t时的土壤计划湿润层内的储水量时段初的土壤计划湿润层内的储水量计划湿润层增加而增加的水量时段内保存在土壤计划湿润层内的有效降雨量时段内的地下水补给量时段内的灌溉水量时段内的作物需水量根据水量平衡原理制定灌溉制度旱作物的灌溉定额土壤计划湿润层内允许最大储水量土壤计划湿润层内允许最小储水量土壤计划湿润层深度

13、计划湿润层内土壤孔隙率（占土壤体积的%）允许的土壤最小含水率（占土壤空隙体积的%）允许的土壤最大含水率（占土壤空隙体积的%）计划湿润层内土壤干容重根据水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度的基本资料计划湿润层深度（H）冬小麦棉花土壤最适宜含水率根据水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度的基本资料允许最大、最小含水率max、 minmax=fcminwp根据水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度的基本资料降雨入渗量P0降雨入渗系数P5 =05P50 =0.8-1.0P50 =0.7-0.8根据水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度的基本资料地下水补给量K与地下水埋深、土壤性质、作物种类、计划湿润

14、层的土壤含水率、气候条件等有关一般取作物需水量的15%-20%根据水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度的基本资料计划湿润层增加而增加的水量WTH1H201004003002004080120160200计划湿润土层含水量（m3/亩）需水量（m3/亩）04080120160渗入土层降雨量（m3/亩）棉花灌溉制度设计图作物需水量累积曲线WT累积曲线K值累积曲线ET-WT-K累积曲线渗入土壤内的降雨量累积曲线计划湿润土层允许最大储水量Wmax曲线计划湿润土层允许最小储水量Wmin曲线计划湿润土层实际储水量W曲线根据水量平衡原理制定灌溉制度灌水深层渗漏根据水量平衡原理制定灌溉制度旱作物播前灌水定额非

15、充分灌溉条件下的灌溉制度非充分灌溉的定义及其基本原理作物水分生产函数非充分灌溉制度非充分灌溉的定义及其基本原理充分灌溉(Sufficient Irrigation)供水充分，作物各生育阶段所需水分都得到满足，从而使作物产量达到最大时的灌溉非充分灌溉Deficit Irrigation供水有限，作物某个生育阶段或所有生育阶段实际腾发量小于充分灌溉时的腾发量非充分灌溉的定义及其基本原理实际腾发量ETa产量YaETmYm非充分灌溉的定义及其基本原理如何使有限的水资源发挥最大的效益供水量效益效益：不同的水量有不同的产量和相应的毛收益，在供水不超过作物正常生长所需水量的前提下，毛效益随水量的增加而增加成

16、本：不同的水量有不同的成本，供水量越大，成本越高在水资源有限的情况下，可控制单位面积供水量，使单方水产生的净效益最大充分灌溉时，尽管毛效益最大，但净效益却不一定最大，因此有时尽管水资源充分，为获取最大的净效益，也实行非充分灌溉如何在时间上和空间上合理分配有限的水资源，其依据是作物水分生产函数作物水分生产函数(Crop Water Production) Function)作物产量与投入水量或作物消耗水量之间的关系全生育期模型阶段缺水模型加法模型线性模型非线性模型乘法模型第三节 灌溉用水量 什么叫灌溉用水量如何推求灌溉用水量灌溉用水量（Irrigation Requirement）灌溉土地需从水

17、源取用的水量 主要用于水源工程的规划设计和区域水资源的宏观管理灌溉用水量的计算一种作物的一次净灌溉用水量一种作物的一次毛灌溉用水量该作物某次灌水的灌水定额该作物的灌溉面积灌溉水利用系数（Irrigation Efficiency）田间所需要的净灌溉水量与水源提供的毛灌溉水量之比灌溉用水量的计算综合灌水定额综合毛灌水定额某时段内综合净灌水定额第1种作物灌溉面积比例第1种作物同时段内的灌水定额乡镇供水量农村人畜用水、乡镇工业用水农村人畜用水：主要考虑水资源条件和生活水平确定居民生活用水按人均标准计算牲畜饮用水按牲畜类别及相应标准计算工业用水：一般按工厂类别和单位产值用水计算城市居民：150-250L/人d农村居民：50-150L/人d大牲畜：25-35L/头d中等牲畜：8-25L/头d第四节 灌水率灌区单位面积上