农田水利学川农

第一章农田水分状况和土壤运动第一节农田水分状况1农田水分状况一般是农田地面水、土壤水和地下水的多少、存在的形式及其在时空上的变化。2吸湿水：紧束于土粒表面，不能在重力和毛管力作用下移动。薄膜水：吸附于吸湿水外部，沿土粒表面进行速度极小的移动。毛管水：在毛管作用下土壤中所能保持的那部分水分，亦即在重力作用下不易排除的水分中超出吸着水的部分。上升毛管水：地下水沿土壤毛细管上升的水分。悬着毛管水：不受地下水补给时，上层土壤由于毛细管作用所能保持的地面渗入的水分。重力水：土壤中超出毛管含水率的水分在重力作用下很容易排出，这种水称为重力水。3根据土壤水分形态概念，土壤中所保持的各种类型的水分都可用数量表示出来，而且在一定条件下，每种土壤中各种形态水分的最大量又经常相对稳定在一定的数量范围内。我们将其称为土壤的水分常数。吸湿系数：土壤的吸湿水达到最大时的土壤含水量，又称最大吸湿量，不能被作物吸收利用。凋萎系数：作物产生永久凋萎时的土壤含水量，其数量包括全部的吸湿水和部分薄膜水。它是作物可利用水量的下限，可用吸湿系数的1.5~2.0倍代替凋萎系数，也可通过实测求得.田间持水量：土壤中悬着毛管水达到最大时的土壤含水量.此时土壤毛管力在0.1~0.3atm之间。该指标是农田灌溉中应用最广泛的指标之一。它是土壤在不受地下水影响下所能保持水分的最大数量指标。它是土壤中对作物有效水的上限，常以它作为计算灌溉定额的依据。饱和含水量（全持水量）：土壤所有孔隙全部充满水分时的含水量.此时，土壤通气性差，不利于旱作物生长发育.它常做为表示土壤水分饱和度的标准，是计算淹灌稻田各种水量的依据.4土壤水分有效性是指土壤水分是否可被作物吸收利用，及其被利用的难易程度。土壤水分对作物有效性的高低，主要取决于它存在的状态、性质和数量，以及作物吸水力和土壤吸水力之差。5当土壤水分处于凋萎系数时，土壤的持水力与作物的吸水力基本相等（作物吸水力大约为15atm），作物吸收不到水分，因此，凋萎系数是土壤有效水分的下限.旱地土壤中，田间持水量是土壤有效水分的上限.6土壤有效水量的多少主要受土壤质地、结构及有机质含量的影响。一般壤质土有效水含量最多，砂质土含量最少.4.土壤含水量的表示、计算与测定❖以重量百分数表示（重量/%）:土壤含水量=原土毛土壤含水量=原土毛T呷土重烘干土重❖以容积百分数表示（容积/%）:土壤含水量=水分容积小水分重量/•水分密度小

土壤容积 烘干土重/土壤容重=,3手亭小土壤容重烘干土重=土壤重量含水量X土壤容重7旱作物要求农田具有适宜的含水率顶水稻而言则要求农田具有适宜的淹灌水层8土壤水吸力：可以简单理解为土壤颗粒对水分的吸附力。是基质势与溶质势之和的负数。七壤水分特征曲线：表示土壤水分和土壤吸力（负压）之间的关系曲线。土壤水分特征曲线不是单值函数。土壤在释水和吸水时土壤吸力不同，存在滞后效应。瓶颈作用是产生滞后效应的原因。9由于大气的温度过高和相对湿度过低，阳光过强，或遇到干热风造成植物蒸腾耗水过大，都会使根系吸水速度不能满足蒸腾需要，这种情况谓之大气干旱。当土壤含水率过低，会出现植物根系从土壤中所能吸取的水量难于满足叶面蒸腾的消耗，而影响作物的生长，这种现象称为土壤干旱。当植物根部从土壤中吸收的水分来不及补给叶面蒸腾时，植物体内水分就会不断减少，特别是叶片水分迅速降低，从而影响植物体水分平衡和协调，这种现象称为作物生理干旱。大气干旱和土壤干旱都会造成作物生理干旱。0 =[X100%min C10以盐渍土为例，根系吸水层内土壤含水率应不小于：S为根系吸水土层中易溶于水的盐类数量（占干土重的百分数）；C为允许的盐类溶液浓度（占水重的百分数）；为按盐类溶液浓度要求所规定的最小含水率（占干土重的百分数）。11农田水分过多的原因：①大气降水补给农田水分过多；②洪水泛滥、湖泊漫溢、海潮侵袭或坡地地面径流汇集等使低洼地积水成灾；③地下水位过高，上升毛管水不断向上补给；或因地下水从坡地溢出，大量补给农田水分；④地势低洼，出流条件不好。调节措施：分析农田水分过多成灾的原因，采取适当的技术措施，加以治理农田水分不足的原因：降雨量不足；降雨入渗量少，径流损失较多；土壤保水能力差，渗漏及蒸发损失水量过大。调节措施：灌溉是补充土壤水分的主要方法。采用适当的农业技术措施可以改善土壤结构，增加降雨利用量，提高土壤的蓄水保墒能力。12因河湖泛滥而形成的灾害称为“洪灾”;降雨过多，积水难排，酿成灾害，叫做“涝灾”；因降雨、灌溉水量太多，或因地下水补给水量太多，使土壤长期过湿，危害作物生长，叫做“渍害”；在我国北方地区，当地下水位过高，蒸发强烈时，往往诱发土壤次生盐碱化第二节土壤水分运动1入渗量的计算 • •i=It-a1）考斯加可夫（A.H.KOCT9KOB）公式：式中：it是任一时间的入渗速度，以单位时间渗入土壤的水层厚度（mm/min或cm/h）计；i1是第一单位时间末的入渗速度；七为入渗时间（min或h）；a为经验指数，决定于土壤性质和初始含水率，a=0.3〜0.8。轻质土壤a值小，重质土壤a值大；初始含水率愈高，a值愈小，一般土壤可取a=0.5。2（1）无地下水位补给条件下的土壤水分蒸发蒸发过程中一般可分为三个阶段：第一阶段是稳定蒸发阶段；第二阶段开始于土壤含水率逐渐减少到。W。k称为蒸发强度递减阶段；第三阶段：蒸发强度不仅取决于干土层厚度，而且取决于干土层内水汽扩散的能力.第三节土壤一植物一大气连续体水分运移1土壤一植物一大气连续体水分运动（SPIC）：水分经由土壤到达植物根表皮，进入根系后，通过植物茎，到达叶片，再由叶片气孔扩散到大气层，形成一个统一的、动态的相互连续系统。第二章作物需水量和灌溉用水量第一节作物需水量1植株蒸腾棵间蒸发农田水分消耗的途径｛深层渗漏或田间渗漏地表径流组成植株体的一部分植株蒸腾：作物将根系从土壤中吸收的水分，通过叶片的气孔蒸散到大气中的现象。棵间蒸发：植株间土壤或田面的水分蒸发。深层渗漏：旱地中由于降雨量或灌溉水量太多，使土壤水分超过了田间持水量，向根系吸水层以下土层渗漏的现象。2作物需水量（腾发量）：生长在大面积上的无病虫害作物，土壤水分和肥力适宜时，在给定的生长环境中能取得高产潜力的条件下为满足植株蒸腾、棵间蒸发、组成植株体所需要的水量。作物需水量包含生理和生态需水两个方面。3作物耗水量，简称耗水量：就某一地区而言，指具体条件下作物获得一定产量时实际所消耗的水量植株蒸腾实际上是作物生理需水的一部分。棵间蒸发即属于作物的生态需水。影响作物需水量的主要因素：（1）作物因素⑵气象因素（3）土壤因素4每种作物都有需水高峰期，需水高峰期一般处于作物生长旺盛阶段，如冬小麦有两个需水高峰期，第一个高峰在分蘖nie期，第二高峰在开花至乳熟期；大豆的需水高峰在开花结荚期；谷子的需水高峰为开花一乳熟期；玉米为抽雄一乳熟期。5（1） .水面蒸发量法（蒸发皿法或a值法）：ETc=aE0 或 ETc=aE0+b式中：ETc-作物需水量（mm）；E0-表示与ETc同时段的水面蒸发量（mm），采用蒸发皿或蒸发器的测定值。*（一般水稻用a值法比旱作物用此法好）a、b经验常数，a需水系数、蒸发系数。（2） 产量法：作物产量反映了水、土、肥、热、气、光等因素的协调及农业措施的综合作用。在一定条件下，作物需水量将随产量的提高而增加。ET一全生育期的需水量（mm）；丫一作物单位面积的产量（kg亩-1）；K一需水系数（m3kg-1），为单位产量的需水量。第二节作物灌溉制度1灌溉制度：作物播种前（或水稻栽秧前）及全生育期内的灌水次数，每次灌水的灌水日期、灌水定额以及灌溉定额。灌水定额：指一次灌水单位面积上的灌水量。灌溉定额：指作物全生育期各次灌水定额之和灌水定额及灌溉定额常以m3/hm2或mm表示。灌水次数：农作物在整个生育期中实施灌溉的次数。灌水时间以作物生育期或年、月、日表示。2制定灌溉制度的方法：

1） 根据群众丰产灌水经验确定作物灌溉制度2） 根据灌溉试验资料制定灌溉制度3） 根据作物的生理、牛杰指标制定灌溉制度4） 按水量平衡原理分析制定灌溉制度3非充分灌溉不以追求传统的单产最高为目标，而是求得高效用水条件下的净效益最大或费用目标最小。为了提高水分利用效率，达到节水增产，提高经济效益的目的。第三节灌溉用水量和灌水率1灌溉用水量：指灌区灌溉面积上要求水源供给的总灌溉水量。在规划、设计灌溉工程时，首先确定某一特定的水文年份做为规划设计的依据，通常将其称为设计典型年。根据设计典型年的气象资料计算出来的灌溉制度称为设计典型年的灌溉制度（简称设计灌溉制度）。相应的设计用水量称为设计灌溉用水量。2M-mA（m3）全灌区某时段的净灌溉用水量为：M=zM（m3）mi为第i种作物某次灌水的灌水定额（m3/hm2）；净 净iAi为第i种作物的灌溉面积（hm2）。mm= 综，净综，毛万亩计）、上所需灌溉的净流量。积不是某次灌水时的实际受水万亩计）、上所需灌溉的净流量。积不是某次灌水时的实际受水3灌水率：指灌区单位面积（例如以又称灌水模数。这里所指的灌溉面面积，而是指该工程控制范围内的总灌溉面积。即就是把实际受水面积上所需要的灌水流量分摊到整个灌溉面积上qi，净qi，净ami8.64Ti(i=1,2)[m3/(s-万亩)]去。4在修正灌水率图时，以不影响作物需水要求为原则，一般常用以下方法：a尽量保持主要作物关键用水期的各次灌水时间不动或稍有移动（前后移动不应超过3天）。b在允许范围内适当调整各次灌水时间，延长或缩短，要使修正后的灌水率图比较均匀连续。c为了减少输水损失，应使渠道工作制度比较平稳，在调整时不应使q相差过大，一般qmin>40%qmax。d应避免短期停水现象。第三章灌水方法1灌水方法：灌溉水进入田间或作物根区土壤内转化为土壤肥力水分要素的方法2灌水方法的评价指标：1）灌水均匀2）灌溉水的利用率高3）少破坏或不破坏土壤团粒结构4）便于和其他农业措施相结合5）应有较高的劳动生产率6）对地形的适应性强7）基本建设投资与管理费用低8）田间占地少

第二节地面灌溉3常见的灌水方法可分为全面灌溉与局部灌溉两大类。地面灌溉喷灌第三节喷灌地面灌溉喷灌第三节喷灌1喷灌的主要灌水质量指标：(1、喷灌强度。强度p表示，单位为mm/h或m3/h。2、喷灌均匀度3、水滴直径m计竺定0.1” 一。 )/nmaxminm:设计灌水定额(mm)；H:喷灌土壤计划湿润层厚度(cm)，对于大田作物为40〜60cm；、0max:灌后土层含水量上限(占土体百分数)，相当于。田持0min:灌前土层含水量下限，相当于0田持的60%〜70%；n为喷洒水有效利用率，一般选用0.7〜0.9。T为设计灌水周期(d)；e为作物日平均需水量(mm/d)。第四节滴灌1滴头的选用原则a流量符合设计要求，组合后能满足作物的需要又不产生深层渗漏与径流.b工作可靠，不易堵塞，一般要求出流空口大，出流流速大.c性能规格整齐，制造误差小，最大误差不能超过10%.d结构简单，价格便宜.滴灌系统的管道，一般分干管、支管和毛管三级，布置时要求干、支、毛三级管道尽量互相垂直，以使管道长度最短，水头损失最小2滴灌系统堵塞的原因：(1.悬浮固体堵塞2.化学沉淀堵塞3.有机物堵塞3滴灌系统堵塞的处理方法：(1.酸液冲洗法2.压力疏通法第四章灌溉渠道系统

第一节灌溉渠系规划

1渠道系统的概念：指从水源取水、通过渠道及其附属建筑物向农田供水、经由田间工程进行农田灌水的工程系统。干渠、支渠、斗渠、农渠2常见的交叉建筑物有隧洞、渡槽、倒虹吸、涵洞、桥梁等常见的衔接建筑物有跌水和陡坡第二节田间工程规划1田间工程:最末一级固定渠道（农渠）和固定沟道（农沟）之间的条田范围内的临时渠道、排水小沟、田间道路、稻田的格田和田埂、旱地的灌水畦和灌水沟、小型建筑物以及土地平整等农田建设工程。2田间渠系布置：（1、纵向布置2、横向布置.纵向布置适用于地形变化较复杂、土地平整较差的条田；横向布置适用于地面坡向一致、坡度较小的条田。第三节灌溉渠道流量推算1m3/s=1000L/s1L/s=3.6m3/h1m3/h=0.278L/s1设计流量：在灌溉设计标准条件下，为满足灌溉用水要求，需要渠道输送的最大流量。通常是根据设计灌水模数（设计灌水率）和灌溉面积进行计算的。渠道的净流量：需要渠道提供的灌溉流量。渠道的毛流量：计入水量损失后的流量。设计流量是渠道的毛流量，它是设计渠道断面和渠系建筑物尺寸的主要依据。2最小流量：在灌溉设计标准条件下，渠道在工作过程中输送的最小流量。用修正灌水率图上的最小灌水率值和灌溉面积进行计算。应用渠道最小流量可以校核下一级渠道的水位控制条件和确定修建节制闸的位置等。3加大流量：考虑到在灌溉工程运行过程中可能出现一些难以准确估计的附加流量，把设计流量适当放大后所得到的安全流量。作用：它是设计渠堤堤顶高程的依据.4由于渠道在输水过程中有水量损先净流量（Qn）、毛流量（Qg）、损失流量（Ql）这三中既有联系、又有区别的流量，它们之间的关系是：Qg=Qn+Ql5渠道的水量损失包括渠道水面蒸发损失、渠床渗漏损失、闸门漏水和渠道退水等。6用经验公式估算输水损失水量Aa=100Qmna——每公里渠道输水损失系数A——渠床土壤透水系数；m——渠床土壤透水指数；Qn——渠道净流量，m3/s。门=门n门门7渠系水利用系数：灌溉渠系的净流量与毛流量的比值田，指蓄农净8田间水利用系数：实际灌入田间的有效水量（对旱作农田，指蓄存在计划湿润层中的灌溉水量;田，指蓄农净存在格田内的灌溉水量。）和末级固定渠道（农渠）放出水量的比值。=A存在格田内的灌溉水量。）和末级固定渠道（农渠）放出水量的比值。9灌溉水利用系数：实际灌入农田的有效水量和渠首引入水量的比值。

n0n0=AmWn/g二nn二nnnnnn0n0=AmWn/g二nn二nnnnnsf干支斗农f10渠道的工作制度就是渠道的输水工作方式，分为续灌和轮灌两种。11轮灌渠道设计流量的推算常用的方法是：根据轮灌组划分情况自上而下逐级分配未级续灌渠道（一般为支渠）的田间净流量：再自下而上逐级计入输水损失水量，推算各级渠道的设计流量。2支田;=1q设计算支渠的设计田间净流量（1）气田净2支田净

nk（2）由支渠分配到每条农渠的田间净流量2农净=2农田净/f（3）计算农渠的净流量 ,（4）推算各级渠道的设计流量（毛流量）2gA.用经验公式估算输水损失的计算方法=2。+。lloo)2&=2/cB.用经验系数估算输水损失在大、中型灌区，为了简化计算，通常选择一条有代表性的典型支渠按上述方法推算支、斗、农渠的设计流量，计算支渠范围内的灌溉水利用系数〃支水，以此作为扩大指标计算其余支渠的设计流量。2支2支=qA支支水12续灌渠道设计流量的计算BCABOA=BCABOA=(23+24)(1+b3L3/100BC。2)(1+bL/100=(2ab+2」(1+b1L"100Q=JQJ d13渠道加大流量的计算是以设计流量为基础，给设计流量乘以“加大系数”。设计流量-Qd J-加大系数第五章灌溉管道系统灌溉管道系统的特点优点：1）节水效益显著；2）土地利用率高；3）适应性强；4）输水速度快、效率高；5）维修养护省工、省时、管理方便；6）灌水及时缺点：1）需要的材料和设备较多；2）投资较高；3）规划设计内容较复杂；4）对水源的水质