农田水利要点.doc

一、名词解释1、水分循环：地球表面的水，在太阳辐射和重力的作用，水分通过蒸发、水汽输送、降水、入渗、径流等过程不断变化、迁移的现象成为水分循环。2、径流：径流主要是降水产生的，降水自流域内汇集到河网并沿河槽下泄的水流成为径流3、流域：汇集地面来水和地下来水的区域叫流域4、重现期; 所谓重现期就是指平均多少年重复出现一次，或多少年一遇的意思5、保证率; 在进行水利计算时,将经验频率换算为保证率的概念。如对降雨而言,就是某一降水量获得保证的年份数占计算总年数的百分比6、流量：单位时间通过某一断面的总水量，m3/s7、入渗：指水分自地表垂直进入土壤的过程8、作物需水量：把作物生育期内的作物蒸发蒸腾量之和称之为作物需水量。9、作物的需水规律：作物需水量在作物的不同生育阶段的变化和分配规律称为作物的需水规律或需水模系数10、需水临界期：通常把作物在整个生育期中对缺水最敏感，需水量最迫切以至对产量影响最大的生育期.也称需水关键期。11、作物水分生产函数：作物产量与水分的数学关系。12、灌溉制度是在一定的气候、土壤、水资源等自然条件下和一定的农业技术措施下，为获得高产稳产所制定的的一整套向田间灌水的制度。13、灌水定额(m)：单位面积上的一次灌水量14、灌溉定额(M)：单位面积上各次灌水量之和15、灌水率：灌区单位面积(例如以万亩计)上所需灌溉的净流量q净，又称灌水模数。16、灌溉用水量：灌溉土地需从水源取用的水量。17、全面灌溉：灌溉时湿润整个农田根系活动层内的土壤18、局部灌溉：灌溉时只湿润作物周围的土壤，远离作物根部的行间或棵间的土壤仍保持干燥。19、喷灌强度：单位时间内喷洒在单位面积上的水量，或单位时间喷洒在地上的水深。20、喷灌均匀度：指喷灌面积上水量分布的均匀程度，是衡量喷灌质量的重要指标。21、滴灌土壤湿润比：湿润土体占计划湿润层总土体的百分比22、渠道水利用系数：渠道的净流量与毛流量的比值称为该渠道水的利用系数。23、渠系水利用系数：灌溉渠系的净流量与毛流量的比值称为渠系水利用系数24、灌溉水利用系数：是实际灌入农田的有效水量和渠首引入水量的比值，它是评价渠系工作状况、灌水技术水平和灌区管理水平的综合指标。25、续灌：在一次灌水延续时间内，自始至终连续输水的渠道称为续灌渠道。这种输水工作方式称为续灌。26、轮灌：同一级渠道在一次灌水延续时间内轮流输水的工作方式叫做轮灌。27、水力最佳断面：在渠道比降i和渠床糙率n一定的条件下，通过设计流量所需要的最小过水断面称为水力最佳断面28、地下水临界深度：在一定的自然条件和农业技术措施条件下，为了保证土壤不产生盐碱化和作物不受盐害所要求保持的地下水最小埋藏深度，叫做地下水临界深度。29、涝害：涝害（lohi、waterlog）是因降水过多、土壤含水量过大，使作物生长受到损害的现象，是田间水分过多，出现“渍”、“淹”、“涝”，致使作物生长受到危害的现象。30、设计流量：Q设渠道净流量是作物需要实际灌入田间计划湿润层的水量,要保证这一灌水量，必须计入渠道输水过程中的输水损失Ql，即确定渠道的毛流量Qd： Qd = Qg = Qn + Ql如前所述，确定渠道的输水损失流量有经验公式估算法与用经验系数估算法两种方法。由式可以看出，只要计算出渠道输水损失流量，由前面净流量计算值，加上损失流量便可求出渠道的毛流量。二、 简述题1、 简述我国水资源的特点人均资源量少 地区分布不均 时段分布不均 水土资源不匹配2、 简述农田水利学研究的基本内容研究农田水分状况及其调节措施 研究农田水分、盐分运动规律，以及与作物生长的关系研究不同地区灌溉工程形式及其规划设计方法研究灌溉与排水工程的管理方法研究地区水情及其调节措施调水、排水措施： 1、地区域间 2、流域间蓄水、保水措施： 1、工程蓄水 2、田间蓄水3、简述经验频率曲线的绘制方法与应用水文现象的总体是无法取得的，实际应用时是通过实测的样本来推估总体的规律，这样就要通过频率计算来求得某水文要素的样本统计规律，用样本的分布的规律作为总体的规律分布。根据实测资料，用数理统计的方法计算出各个实测资料的频率，称为经验频率。 一般的，将测得的水文要素按照由大到小的次序排列为X1、X2、X3、 Xm Xn，则在系列中等于及大于Xm的变量出现的几率为m/n,其余类推。据此,经验频率可用下式计算: 式中：p等于和大于Xm的水文要素的经验频率 m Xm的序号，即等于和大于Xm的次数 n 样本序列的总数修正公式：在上式中，当m=n时，p=100%,这是不符合实际的，为解决这个问题，对公式进行修正。目前我国主要采用下式：利用该式计算的结果较为符合实际情况。（2）、经验频率曲线的绘制和使用方法 以例说明曲线绘制：第一、按年顺序将相应的降雨资料填入表第（1）年份、（2）年降雨量栏内；第二、把雨量按大小排序，填入第（3）序号、（4）按大小排序雨量栏内；第三、计算经验频率填入第（5）栏经验频率内；第四、以第（4）栏为纵坐标，第（5）为横坐标绘制曲线图。曲线使用有了经验频率曲线,就可在曲线上查出指定频率的降雨量，如设计频率为5%的降雨量为2590mm，即大于和等于2590mm降雨量的机会为5%。在工程上，指定的频率为设计频率，即设计标准，是根据国家规范来确定的。在图中，频率越大降雨量越小，反之越大。4、简述水分循环的意义水文循环是地球上最重要、最活跃的物质循环之一。水文循环供给陆地源源不断的降水、径流，某一区域多年平均的年降水量或年径流量，即该地区的水资源量，因此水文循环的变化将引起水资源的变化 。认识它的规律，了解其各影响因素之间的内在联系，对合理开发和利用水资源，抗御洪旱灾害，改造自然，利用自然都有十分重要的意义。5、 简述涝灾的主要成因及调节措施水分过多的原因：大气降水较多洪水泛滥、湖泊漫溢地下水位过高地势低洼，出流不畅调节措施：防止高地地面径流和地下径流向低地汇聚加速地面径流排出加速地下径流排出，控制地下水位排除滞留在作物根细层的多余水分改善土壤的通透性，加速土壤水的排泄，防止土壤积水6、 简述旱灾的主要成因及调节措施旱作物根系吸水层中允许的平均最大含水率，一般不超过根系吸水层中的田间持水率。当根系吸水层的土壤含水率下降到凋萎系数以下时，土壤水分也不能为作物利用。由于根系吸水不足以致破坏了植物体水分平衡和协调的现象，即谓之干旱。不足的原因：降雨量不足降雨入渗量少，径流损失大土壤保水能力差，渗漏及蒸发量大危害：造成作物萎蔫，死亡调节措施：灌溉是主要的调节措施，补充土壤水分农技措施也能起到一定的作用，如中耕等，减少水分损失7、 简述对灌溉而言土壤水分的有效性土壤水分的有效性土壤水分有效性是指土壤水分是否能被作物利用及其被利用的难易程度。土壤水分有效性的高低，主要取决于它存在的形态、性质和数量，以及作物吸水力与土壤持水力之差。根据水分对作物的有效性，土壤水可分为无效水、有效水和过剩水（重力水）土壤水的有效范围： We = Wf c Wp8、 简述彭曼法计算作物需水量的基本思想及主要影响因素参考作物蒸发蒸腾量（ET0）彭曼公式“从高度一致，生长旺盛，完 全遮盖住地面且不缺水，8-15cm高的开阔（地块长宽都大于200米）草地上（苜蓿草）所蒸发蒸腾的速率” 即： ET0 =f(M) 上式表达的是作物蒸腾量与气象的关系. 国际粮农组织推荐的参考作物需水量计算的数学模型彭曼公式是按能量平衡原理来计算的。将作物腾发看作能量消耗的过程，通过平衡计算求出腾法所消耗的能量，然后再将能量折算为水量，即作物需水量。 1948年彭曼提出，经多次修正，1979年联合国粮农组织向各国推荐的具体计算式为：分为辐射项和空气动力项 C为昼夜因子，W为海拔因子，R为太阳短波辐射（前3项为辐射项），f(u)为风函数，ea为饱和水气压，ed为实际水气压（后3项为空气动力项）。9、 简述图解法制定旱地灌溉制度的基本过程1 为作物需水量E累计曲线；2 为渗入土壤的有效降雨量Pe累计曲线；3 为土壤水润层增加而增的水量SwH累计曲线；4 为地下水补给G累计曲线；5 为计划湿润层储水量Sw曲线；6 为计划湿润层允许最小储水量Wmin曲线；7 为计划湿润层允许最大出水量Wmax曲线。将图中每次灌水量，即灌水定额相加，即得到作物生育期的灌溉定额M2，即M2=m1+m2+.+mn10、 简述灌溉方法的评价指标体系先进而合理的灌水方法应满足以下几个方面的要求：1)灌水均匀。能保证将水按拟定的灌水定额灌到田间，而且使得每棵作物都可以得到相同的水量。常以均匀系数来表示。2)灌溉水的利用率高。应使灌溉水都保持在作物可以吸收到的土壤里，能尽量减少发生地面流失和深层渗漏，提高田间水利用系数(即灌水效率)。 3)少破坏或不破坏土壤团粒结构，灌水后能使土壤保持疏松状态，表土不形成结壳，以减少地表蒸发。 4)便于和其他农业措施相结合。现代灌溉已发展到不仅应满足作物对水分的要求，而且还应满足作物对肥料及环境的要求。因此现代的灌水方法应当便于与施肥、施农药(杀虫剂、除莠剂等)、冲洗盐碱、调节田间小气候等相结合。此外，要有利于中耕、收获等农业操作，对田间交通的影响少。 5)有较高的劳动生产率，使得一个灌水员管理的面积最大。 6)对地形的适应性强。应能适应各种地形坡度以及田间不很平坦的田块的灌溉。从而不会对土地平整提出过高的要求。7)基本建设投资与管理费用低，也要求能量消耗最少，便于大面积推广。8)田间占地少。有利于提高土地利用率使得有更多的土地用于作物的栽培11、简述喷灌的组成及喷灌的主要技术指标组成水源：井、渠、河等动力：电、机械水泵：扬水设备管道系统：干、支管喷头：灌水设备附件：压力表、肥料灌等喷灌的主要技术指标有喷灌强度、喷灌均匀度、水滴打击强度等几项，他们是衡量喷灌质量的重要标准和设计喷灌系统的重要依据喷灌强度就是单位时间内喷洒在单位面积上的水量，或单位时间喷洒在地上的水深。喷灌均匀度指喷灌面积上水量分布的均匀程度，是衡量喷灌质量的重要指标水滴打击强度是指受水面积内，水滴对作物或土壤的打击动能。与水滴大小、降落速度和密度有关。用雾化指标或水滴直径表示。12、 简述微灌的优缺点微灌是按照作物生长所需的水分和养分，利用专门的设备或自然水头加压，通过低压管道系统末级毛管上的孔口或灌水器，将水分和养分直接送到作物根区附近，均匀、适量的施于作物根层的部分土壤的灌水方法。特点：1）局部湿润土壤:以浇灌作物为主。（2）灌水量小、灌水周期短，属微量精细灌溉范畴（3）灌水质量高（4）工作压力低，节约能源具体讲优缺点：优点：（1）省水：比地面灌溉省水1/3-1/2；比喷灌省水15%-25%。（2）节能：工作压力为50-150kPa（3）灌水均匀：可达80%-90%。（4）增产：可达30%（5）对土壤和地形的适应性强：（6）在一定的条件下可利用微咸水：在含盐量为2-4g/L时作物仍能正常生长，并获得好的产量。（7）省力省地缺点：（1）易堵塞：物理因素、生物因素、化学因素（2）会引起盐分积累：（3）可能限制根系发展：（4）造价一般较高13、 滴灌规划设计的步骤 1、滴灌工程规划（1）规划任务：勘探和收集资料、论证工程的可行性、确定工程规模、成果整理和工程概算（2）规划原则：与其他灌溉工程统一安排、考虑多目标综合应用、重视经济效益、因地制宜、近期发展与远期规划结合（3）基本资料收集：地理地形、土壤地质、农业与灌溉、水文与气象、其他（4）水源分析与用水计算：水量、水位、水质（5）管网布置：初步布置灌溉系统的输水管网2、滴灌工程设计（1）设计参数的确定A、作物需水量： 因滴灌属局部灌溉，不考虑棵间蒸发。因此，只要计算出湿润部分的耗水量即可B、设计耗水强度： 采用设计年灌溉季节月平均耗水强度峰值。(2)、系统设计A、系统布置 B、灌溉制度的确定(3)、系统水力计算确定管径、选择水泵、动力(4) 运行管理组织管理：管理机构、管理章程用水管理：灌水制度、灌溉水量工程管理：操作规程、维修养护14、 简述地面灌溉、喷灌和滴灌的优、缺点及使用条件与其它灌溉方法相比，地面灌溉方法优缺点：优点：投资少；田间工程简单、易行。缺点：（1）为确保灌水均匀，对土地平整度要求很高；（2）采用渠系输水时，沟渠占地较多（渠系占地10%左右）；（3）灌水管理时要求劳力多，不易实施自动化；（4）用水量多，地表因全面湿润而蒸发损失大。各类喷灌系统的优缺点比较类型优点缺点应用固定式操作方便生产效率高运行成本低占地少设备利用率低投资大灌水频率高经济效益大地形复杂坡度大移动式设备利用率高单位面积投资低操作灵活田间所需渠道多、路多、占地多、劳动强度大灌水频率不高的作物水源方便半固定式设备利用率较高投资较省劳动强度一般工作条件较差劳动强度较大目前主要发展类型 滴灌优点：（1）省水（2）节能 （3）灌水均匀 （4）对土壤和地形的适应性强 （5）节省劳动力 缺点：易引起堵塞，可能引起盐分积累，可能限制根系的发展15、 简述灌溉渠系的组成及渠道规划步骤灌溉系统是从水源取水并将其输送、分配到田间的工程设施。一个完整的灌溉系统主要包括渠首取水建筑物、各级输水和配水渠道、渠系建筑物和田间渠系工程。1、输、配水渠道系统渠系一般分干、支、斗、农四级固定渠道，灌区复杂时可加分为总干、分干、分支等，灌区较小时也可少于四级。干渠主要是起输水作用，支、斗渠主要分配给用户水量，起配水作用，农渠是最末一级固定渠道2、田间工程农渠以下的毛渠、灌水沟、畦，分水口及量水设施等均属田间工程，主要发挥调节农田水分状况的作用。排水系统、田间道路、土地平整等也是田间工程。3、灌溉渠系建筑物分水闸：在上下级渠道之间，控制和调节向下级渠道配水。节制闸：建在渠道上，用于抬高上游水位作用。泄水闸：在重要渠段上游设置泄水闸,与节制闸配合使用,排出多余水量。渡槽：用于渠道穿越河沟、道路，或填方工程太大的地段。跌水、陡坡：当渠道坡度较大时，为防止冲刷，把渠道分成两段设计，中间的衔接建筑物为陡坡或跌水。跌差较小时用跌水，较大时用陡坡。倒虹吸：渠道通过道路或河沟，渠底低于路面，用压力管道代替渠道即为倒虹吸。涵洞：渠道通过道路，流量小，水位低于路面，用管道代替渠道穿越道路。桥梁：渠道与道路交叉，水面低于道路，流量较大时采用桥梁交叉。16、 简述纵横断面设计的主要任务渠道横断面设计任务：确定断面形式、断面尺寸渠道纵断面设计的任务：是根据灌溉水位要求确定渠道的空间位置，先确定不同桩号处的设计水位高程，再根据设计水深确定渠底高程、堤顶高程、最小水位，标出建筑物类型，计算土方工程量等。17、 简述渠道水分损失的主要途径及计算方法渠道的输水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。水面蒸发损失一般不足渗漏损失水量的5，在渠道流量计算中常忽略不计。对硬化渠道要单独计算。闸门漏水和渠道退水取决于工程质量和用水管理水平，可以通过加强灌区管理工作予以限制，在计算渠道流量时不予考虑。渠床渗漏损失近似地看作总输水损失水量，其渗漏损失的水量与渠床土壤性质、地下水埋藏深度和出流条件、渠道工作制度、输水时间、渠道淤积情况与衬砌情况等因素有关。18、 简述排水沟设计深度与设计间距之间在排除地下水效果方面的关系设计排水农沟时，首先根据作物要求的地下水埋深、排水农沟边坡稳定条件、施工难易等初步确定排水农沟的深度D，然后再确定相应的间距L导压系数a与间距的关系：值愈大，排水沟(管)的间距可愈大，亦即土壤渗透系数愈大，含水层厚度愈大，土壤给水度愈小，满足一定地下水位控制要求的排水沟间距可愈大； 反之，土壤渗水性愈差(土壤愈粘重)，含水层厚度愈小，土壤给水度愈大，排水沟间距愈小。 排水沟(管)的深度D与地下水的下降值H关系：在同一排水沟间距L的情况下，沟深愈大，地下水下降愈快；反之，沟深愈小，地下水下降愈慢。在允许的时间内要求达到的地下水埋藏深度H一定时，排水沟的间距L愈大，需要的深度D也愈大；反之，排水沟的间距L愈小，要求的深度也愈小。排水沟间距L与地下水的下降值H关系：在同一排水沟深度D的情况下，排水沟的间距L愈小，地下水下降速度愈快，在一定时间内地下水的下降值愈大；反之，排水沟的间距愈大，地下水下降愈慢，在规定时间内地下水的下降值也愈小。 19、简述田间降雨积水形成过程与排水沟间距的关系大田内部拦蓄雨水的能力称为大田蓄水能力。大田蓄水一般包括两部分：一部分储存在地下水面以上的土层中；另一部分补充了地下水，并使地下水位有所升高(不超过规定的允许高度，以免影响作物生长)。在降雨量超过大田蓄能力后,就要及时排除,否则就会影响作物生长；在设计排水沟间距时，一般是以作物允许淹水历时作为主要参数之一。但作物淹水历时必须以雨水渗入田间的限度（即大田蓄水能力）加以校核，如果根据大田蓄水能力确定的允许淹水历时小于作物允许淹水历时，则在设计间距时应采用根据大田蓄水能力确定的允许淹水历时为依据。田面降雨径流过程排水沟及其间距对地面积水深度和积水历时的影响CII田间排水沟如果布置过密，虽然排水效果好，但田块分割过小，机耕不便，占地过多；相反，如排水沟的间距过大，则达不到除涝排水要求，影响作物正常生长。因此排水沟的间距(如不考虑机耕及其他方面的要求)与降雨时的田面水层形成过程以及允许的淹水深度和淹水历时、旱田蓄水能力有密切关系。设计中，在满足作物要求的情况下尽量使间距大一些，以节省土地、工程量、方便农事作业。20、排水沟系统的组成及排水沟系统的布置原则组成：排水沟系与灌溉渠系相配套使用,且与灌溉渠系相似,它可分为干、支、斗、农4级固定沟道，但当排水面积较大或地形较复杂时,固定排水沟可以多于4级,如干沟上有总干、分干,支沟之下有分支,反之也可以少于4级。某一地区或灌区的排水沟系究竟采用几级合适,主要由灌区面积、灌区地形、流域防洪除涝规划所决定。 干、支、斗3级排水沟属于输水系统，其作用是汇集来自田间排水系统的水量,并输送到排水区以外的容泄区去。 农沟及其以下的沟道属于田间排水系统，其作用是集聚排水地段上土壤中或地面上多余的水，并输送到下一级沟渠中去。容泄区多为天然湖泊、河网、洼地，也有人工兴建的容泄区。灌区布置排水沟的原则 1) 各级排水沟要布置在各自控制范围的最低处 2) 尽量做到高水高排，低水低排，自排为主，抽排为辅 3) 干沟出口应选在承泄区水位较低和河床比较稳定的地方 4) 下级沟道的布置应为上级沟道创造良好的排水条件，使之不发生壅水。5) 各级沟道要与灌溉渠系的布置、土地利用规划、道路网、林带和行政区划等协调。6) 工程费用小，排水安全及时，便于管理。例如干沟尽可能布置成直线，但当利用天然河流作为干沟时，就不能要求过于直线化；另外排水沟还要避开土质差的地带，同时也不给居民区的交通设施带来危害等。7) 在有外水入侵的排水区或灌区，应布置截流沟或撇洪沟，将外来地面水和地下水引入排水沟或直接排入承泄区。三、计算题1、田间灌水量的计算1）直接计算法在某一典型年，对于任何一种作物 i 的某一次灌水，须供水到田间的灌水量(称净灌溉用水量)W净i可用下式求得：W净i=miA i (m3) 式中： mi该作物某次灌水的灌水定额，m3亩； Ai该作物的灌溉面积，亩。全灌区的灌溉用水量W净 W净= W净i（2）间接计算法灌溉用水量过程线还可用综合灌水定额所综求得。任何时段内全灌区的综合灌水定额，是该时段内各种作物灌水定额的面积加权平均值，即 m综，净=a1m1+a2m2+a3m3+ 式中： m综，净某时段内综合净灌水定额，m3亩； m1、m2 、m3第1种、第2种、第3种作物在该时段内灌水定额，m3亩； a1 、a2 、a3各种作物灌溉面积占全灌区的灌溉面积的比值。全灌区某时段内的净灌溉用水量W净，可用下式求得： W净=m综.净A (m3) 式中： A全灌区的灌溉面积，亩。计入水量损失，则综合毛灌水定额 ： m综.毛= m综.净/水 (m3亩) 全灌区任何时段毛灌溉用水量： W毛= m综.毛A (m3) 2、渠道水位的计算1、灌溉渠道的水位推算(water level calculation of irrigation canals)：为了满足自流灌溉的要求，各级渠道取水口或分水口处都应具有足够的水位高程。这个水位是根据灌溉面积上控制点的高程加上各种水头损失，自下而上逐级推算出来的。其推求公式为： H进A0 hLiA0hL毛i1L农