农田水利学作物需水量与灌溉水量

'第二章作物需水量和灌溉用水量第一节作物需水量1、农田水分消耗的主要途径A植株蒸腾(transpirarion)B棵间蒸发(evaporation)C深层渗漏 2、作物需水量A、旱田作物需水量:植株蒸腾和棵间蒸发合称腾发量(evapotranspiration),也称为作物需水量(Waterrequirementofcrops)影响需水量的因素 田间耗水量:腾发量与渗漏量之和.水田深层渗漏的两重性A浪费水量肥料，污染地下水和提高地下水位，对后期作物影响。B、改善土壤通气和氧化还原状况 作物需水量在农业用水和国民经济用水中的比例作物需水量是农业用水的主要组成部分。作物需水量以水汽形式散入大气，无法再利用 3、作物需水量计算方法一、影响作物需水量的因素气象条件:气温、大气湿度、风速、日照时间、辐射强度作物条件：作物品种、叶面积指数（单位土地面积上的叶片面积〕、生育阶段 土壤因素：土壤含水量、土壤质地、地下水埋深等作物状况受到气象和土壤条件的限制。如当土壤水分较少时，作物生长受到抑制，叶面积指数较小，同时气孔开度减小，蒸腾和蒸发量减少。充分灌溉条件下影响需水量的因素是气象因素、叶面积指数和生育阶段。 二、计算方法<一>直接计算法从影响作物需水量的因素中选择主要因素，如水面蒸发、气温、湿度、日照和辐射等，根据试验观测资料，分析上述因素与作物需水量之间的根系，归纳出经验公式 1、以水面蒸发为参数(α值法)气象因素与水面蒸发量关系密切，而水面蒸发与作物需水量有一定的相关关系，因此可以用水面蒸发和需水量的相关关系计算需水量。ET＝aE0＋bET=aE0 说明蒸发量简单易得，在水稻地区曾被广泛应用。除注意蒸发皿的规格安装方法外，还应考虑非气象条件的影响。如土壤、水文地质、农业措施等该方法具所获得的参数具有很强的地域局限性 2、以产量为参数(K值法)原理:作物产量是综合措施之结果。一定气象条件下，作物需水量随着产量提高而增加。一般情况下，产量与需水量呈抛物线或指数关系。需水量达到一定水平后，产量会停止增加甚至减少。 常用经验公式:ET=KY或ET=KYn+CET－需水量；K，C，n－经验常数和经验指数；Y－单位面积经济产量产量 K值法说明可以根据计划产量减少出需水量,简单,但需要大量灌溉资料.便于进行灌溉经济分析使用条件：对于水分是产量主要制约因素的旱田较为有效，而对水田和灌水充分地区较差。 3、模系数法用于各生育阶段需水量原理：确定全生育期需水量，根据各生育阶段的需水规律，按照一定比例进行分配 Eti=1/100×Ki×ETEti－第I个生育阶段的需水量Ki为需水量模比系数，可由试验资料确定，其他各项意义同前。 <二>间接法通过参考作物需水量间接计算作物实际需水量ET0，乘以相应的作物系数，得到作物实际需水量参照作物需水量(ReferencecropEvapotranspiration)是指土壤供水充分、地面完全覆盖、生长正常、高矮整齐的开阔矮草地的腾发量。该条件下，需水量主要受气象条件影响。 1、参考作物需水量计算方法能量平衡法：原理：作物腾发是能量消耗过程，通过平衡计算求出腾发耗能，折算成水量，即为作物需水量。腾发耗能主要以热能形式进行，热能的主要由太阳提供。 彭－曼公式目前最主要的潜在需水量计算公式需水量取决于辐射、气温和干燥力利用常规气象资料计算作物潜在腾发量目前最新为FAO1992年的改进公式。教科书中为1979年FAO确定。 第二节灌溉制度(IrrigationSchedule)基本概念：作物播种前（水稻插秧）及全生育期内灌水次数、灌水日期和灌水定额及其灌溉定额合成为灌溉制度灌溉制度是灌区规划管理的依据，据此确定灌区建筑物规模和控制面积。 灌水定额：单位面积上一次灌水量；灌溉定额：灌水定额之和。灌水定额河灌溉定额：mm或m3/ha（亩不是法定单位，一般不在正式文献中出现) 一、充分灌溉(FullIrrigation)条件下的灌溉制度充分灌溉：作物各生育阶段所需的水分都能够得到要求，作物处于最佳分条件，产量最高。非充分灌溉（DeficitIrrigation)灌溉供水不足，不能充分满足作物各阶段的需水量要求，其实际腾发量小于充分灌溉条件下的需水量。充分灌溉是目前使用最广泛的灌水方法，适于水源丰富地区。目前的灌溉制度、通常是充分灌溉条件下的灌溉制度 <一>充分灌溉条件下灌溉制度确定1、总结群众灌水经验根据设计要求的干旱年份，调查不同作物不同生育阶段的需水量、灌水次数、灌水定额、灌溉定额等。感性认识强，便于农民接受，较为实用。水文年份和灌溉保证率的概念模糊，不易量化。 2、根据灌溉试验资料制定在有灌溉试验站的地区，可根据设计代表年的灌溉试验资料确定；注意试验站的代表性。如：地理位置、气象、农作措施等。 3、按照水量平衡法制定灌溉制定原理：A：作物在一定的土壤含水量或水层深度范围内能够生长良好，如果超过该范围，生长和产量受到抑制和降低。合理的灌溉制度应使得作物土壤含水量或水层深度处于该范围内。适宜范围，是参考群众丰产经验或试验资料而得到。B：任何时段内农田水分变化，等于该时段来水与耗水之间的消长。 <一>水稻灌溉制度：1、泡田定额：M1＝0.667(h0＋S1＋e1t1－P1)式中:M1－泡田定额，m3/亩；h0－插秧时所需水深，mm；S1－泡田期渗漏量，mm；e1－泡田期水田平均蒸发强度，mm/d；t1―泡田时间，d,P1－泡田期间的降雨量，mm。 1、泡田定额：M1＝0.667(h0-S1+e1t1-P1)式中:M1－泡田定额，m3/亩；h0－插秧时所需水深，mm；S1－泡田期渗漏量，mm；e1－泡田期水田平均蒸发强度，mm/d；t1―泡田时间，d,P1－泡田期间的降雨量，mm。 2、生育期水量平衡方程h1+P+m-WC-d=h2h1、h2－时段初、末水田水深；P－时段内降雨，mm；d－时段排水量，mm；m－时段灌水量，mm;WC－时段内耗水量（蒸腾＋渗漏），mm。 水稻适宜的水层深度范围：hmin~hmax当水层深度降低到灌水下限时，开始灌溉，灌水量为：m=hmax－hmin若雨后田内水深大于允许蓄水深度，排水量d=ha－hpha－雨后水深，hp－雨后允许蓄水深度。 3、水稻灌溉制定（1）收集基本资料，主要包括：1)水稻各生育阶段的耗水强度;2)各生育阶段降雨量;3)各生育阶段适宜水深及最大蓄水深度。雨后最大蓄水深度：为充分利用降雨量而允许短期水深。（2）逐日计算水层变化。低于下限时灌溉，高于雨后最大蓄水深度时排水至该值。灌水至适宜水深上限，灌水定额一般取整数。适宜上下限并非绝对不可改变。 4、计算实例6月20日：初始水深18mm，日需水量5mm/d，日渗漏量3mm/d,适宜水深10～30～50mm；6月22日降雨量100mm，此后无降雨，确定下次灌水日期及灌水定额。排水6月22，灌溉6月28日。 日期日耗水量（mm)降雨量(mm)水层变化（mm)灌水量（mm)排水量（mm)6.208206.218126.22810050(4)546.238426.248346.258266.268186.278126.2884+20=2420 5、说明一般情况下灌水量为整数，便于计算。水稻烤田期间水层可能出现负数。烤田的作用在于减少无效分蘖及水肥浪费。负数表示土壤含水量低于饱和含水率。 <二>旱种物灌溉制度原理：以作物主要根系吸水层作为灌水计划湿润层，将该层内的土壤含水量保持在作物所要求的范围内。当计划湿润层(平均)土壤含水量低于设计灌水下限时,需要灌水,高于上限时,一般需要排水(通常在渍涝危害情况下). 1.水量平衡方程计划湿润层含水量变化可用下式表示Wt-W0=Wr+P0+K+M-ETW0、Wt－时段末和任意时间的土壤储水量；Wr－由于计划湿润层增加而增加的水量；K－地下水补给水量；M－灌水量；ET－作物需水量P0－保存在计划湿润层中的有效雨量。 A、无降雨条件下土壤水分平衡方程Wmin=W0－ET＋KWmin-土壤计划湿润层允许最小储水量;若已知初始土壤储水量W0，可推算出下次灌水间距:t=(W0-Wmin+K)/e或t=(W0-Wmin)/(e-k)k-地下水日补给量. B、灌水定额计算1)m=667nh(θmax-θmin)m-灌水定额，m3/亩；Θmax，θmin－允许最大和最小土壤含水率(占土壤孔隙体积的百分数);n-土壤孔隙率；H-计划湿润层深度，m 2)m=10000nh(θmax-θmin)或m－灌水定额，m3/haθmax,θmin允许含水量上下限(占土壤孔隙体积的百分数);n-土壤孔隙率;γ-土壤干容重,t/m3H-计划湿润层深度,mm3/ha是标准单位,用于正式文件中. 2、基本资料收集1)土壤计划湿润层深度指旱田灌溉时，计划调节土壤水分状况的土层深度。与作物种类、生育阶段和土壤性质、地下水位有关。 2〕土壤适宜含水率和最大、最小含水率与作物种类、土壤理化性质和土壤状况有关。旱田灌溉中通常以田间持水量为最大含水率，作为灌水上限。盐碱地含水率应满足盐类溶液浓度要求的最小含水率。以允许含水率上下限控制，可以减少灌溉次数。 3〕降雨入渗量储存于计划湿润层内的雨量。P０＝αΡα－降雨入渗系数，α与次降雨量、地形及土壤质地和覆盖有关。超过计划湿润层田间持水量的降雨是无效水量。 4〕地下水补给量通过毛管上升到作物根系层而被作物吸收的水量。K与地下水埋深、土壤质地、作物根系分布、计划湿润层深度有关。可用占需水量的百分数表示。 5〕由于计划湿润层增加而增加的水量WT由于根系下扎，计划湿润层加大，可利用深层土壤水分WT＝667(H2-H1)nθ单位:m3/亩WT＝1000(H2-H1)nθ单位:m3/haθ-增加土层中的平均含水率 3、旱作物播前灌水定额M1＝667(θmax-θ0)×H×n单位:m3/亩M1＝10000(θmax-θ0)×H×n单位:m3/haH-计划湿润层厚度，m；n-土壤孔隙率(占土壤体积的百分数)Θ0－初始含水率。 4、灌溉制度制定步骤（略）1)根据各旬的计划湿润层厚度和作物要求的含水率上限、下限，计算出允许储水量上下限，绘于图中。Wmax=667×nh×θmaxWmin=667×nh×θmin 2〕绘制作物需水量累积曲线ET、计划湿润层增加而增加的水量累积量WT、地下水累积补给量K以及净耗水量曲线ET－WT－K需水量累积曲线的斜率为日需水量，其他类推。（例）3)根据降雨量计算次入渗水量P0，绘制累积曲线。多日降雨可在降雨中间日（或最大降雨日）一次增加。 4)自初始值W0逐旬减去ET-WT-K，即从起始点引平行线平行于ET-WT-K线，遇到降雨时加上P0即得计划湿润层实际储水量W曲线.5)若W曲线接近于Wmin,即土壤含水率达到下限，开始灌水。灌水量为储水上下限之差.6)如此往复计算，可得到灌水次数和灌溉定额. 说明灌溉除考虑水量盈亏外，还应该考虑作物本身的生理要求，并与农业措施相结合.如灌水量过小，可能无法依靠地面灌溉技术实施.对于微灌技术，其灌水上限可能低于田间持水量. 二、非充分灌溉条件下的灌溉制度<一>水分生产函数cropwaterproductionfunction(CWPF)作物产量与作物需水量之间的数量关系常用公式:Ya=Ym[a+bW-cW2] （二）作物一水模型（ModelofCropResponsetoWater简称MCRW）定义:作物生长过程中各阶段水分状况对产量影响的数学描述，用以预测水分亏缺对产量的定量影响。 Ya—亏水处理作物实际产量；Ym—最大可能产量；ETai—第i个生育阶段的作物实际需水量；ETmi—最佳水分条件下第i个生育阶段作物的最大可能需水量；λi—第i个生育阶段的水分敏感指数。 <三>非充分灌溉原理非充分灌溉(DeficitIrrigation)灌溉水资源不足，无法满足各生育阶段需水量要求而采取的灌溉制度。需水量ET亏缺的灌溉（EvapotranspirstiondeficitirrigationEDI),即ETa