第二章 作物需水量和灌溉用水量

1、第1页，共88页。作物根系吸水，也称植株蒸腾作物根系吸水，也称植株蒸腾植株间水分蒸发，也称棵间蒸发植株间水分蒸发，也称棵间蒸发渗漏渗漏深层渗漏：旱作物深层渗漏：旱作物田间渗漏：水稻田间渗漏：水稻 农田水分消耗农田水分消耗根系根系吸水吸水植物体输植物体输水水植物体植物体蒸腾蒸腾第2页，共88页。蒸腾蒸腾蒸发蒸发第3页，共88页。1、作物需水量、作物需水量v 在实际中由于组成植株体的水分只占总需水量中很微小在实际中由于组成植株体的水分只占总需水量中很微小的一部分的一部分(一般小于一般小于1%)，而且这一小部分的影响因素较，而且这一小部分的影响因素较复杂，难于准确计算，故人们均将此部分忽略不计，复杂

2、，难于准确计算，故人们均将此部分忽略不计，即即认为作物需水量就等于植株蒸腾量和棵间蒸发量之和，即认为作物需水量就等于植株蒸腾量和棵间蒸发量之和，即所谓的所谓的“蒸发蒸腾量蒸发蒸腾量” 。 作物需水量作物需水量 = 植株蒸腾植株蒸腾 + 株间蒸发株间蒸发=腾发量腾发量第4页，共88页。v 需水量需水量是一个是一个理论值理论值，又称为潜在蒸散量（或潜在腾发，又称为潜在蒸散量（或潜在腾发量），而量），而耗水量耗水量是一个是一个实际值实际值，又称实际蒸散量。，又称实际蒸散量。需水量与耗水量的单位一样，常以需水量与耗水量的单位一样，常以 m3 亩亩-1 或或 mm 水层表示。水层表示。2、田间耗水量、田

3、间耗水量稻田耗水量稻田耗水量=作物需水量作物需水量+田间渗漏田间渗漏旱地耗水量旱地耗水量=作物需水量作物需水量第5页，共88页。3、作物需水量特点、作物需水量特点（1）同一作物不同生育阶段对水分要求不同同一作物不同生育阶段对水分要求不同第6页，共88页。E作物在不同生育时期对缺水的敏感程度不同，在作物整个生作物在不同生育时期对缺水的敏感程度不同，在作物整个生育期中通常把对缺水最敏感、缺水对产量影响最大的时期称为育期中通常把对缺水最敏感、缺水对产量影响最大的时期称为作物需水临界期作物需水临界期或或需水关键期需水关键期。各种作物需水临界期不完全各种作物需水临界期不完全相同，相同，在作物需水临界期缺

4、水，会对产量产生很大影响。在作物需水临界期缺水，会对产量产生很大影响。E农农作物产量影响最大的时期作物产量影响最大的时期分别为分别为:3、作物需水量特点、作物需水量特点（2）作物种类不同对水分要求不同作物种类不同对水分要求不同水稻：孕穗开花水稻：孕穗开花 棉花：开花结铃期棉花：开花结铃期小麦：拔节灌浆期小麦：拔节灌浆期 玉米：玉米：抽雄乳熟期抽雄乳熟期第7页，共88页。3、作物需水量特点、作物需水量特点（3）地区自然条件不同作物需水量不同地区自然条件不同作物需水量不同土壤：土壤含水率、土壤质地、地下水埋深土壤：土壤含水率、土壤质地、地下水埋深 气象：蒸发、降雨气象：蒸发、降雨（4）农业技术措施

5、不同，作物需水情况不同农业技术措施不同，作物需水情况不同免耕免耕 秸秆或薄膜覆盖秸秆或薄膜覆盖 深翻深松深翻深松第8页，共88页。自然因素：气象条件、土壤特征、作物性状等自然因素：气象条件、土壤特征、作物性状等人为因素：农田灌排措施、农业耕作措施等人为因素：农田灌排措施、农业耕作措施等（1 1）气象气象因素因素 气象因素是影响作物需水量的主要因素，它不仅气象因素是影响作物需水量的主要因素，它不仅影响蒸腾速率，也直接影响作物的生长发育。影响蒸腾速率，也直接影响作物的生长发育。气象因素对作物需水量的影响，往往是几个因素气象因素对作物需水量的影响，往往是几个因素同时作用，很难将各个因素的影响一一分开

6、。同时作用，很难将各个因素的影响一一分开。当气温高、日照时数多、相对湿度小时，需水量当气温高、日照时数多、相对湿度小时，需水量会增加。会增加。4、影响作物需水量的因素：影响作物需水量的因素：第9页，共88页。（2）土壤特征土壤特征 土壤含水状况、土壤质地、地下水埋深等。土壤含水状况、土壤质地、地下水埋深等。4、影响作物需水量的因素：影响作物需水量的因素：（3）作物因素）作物因素 v 不同种类的作物需水量有很大的差异，如就小麦、不同种类的作物需水量有很大的差异，如就小麦、玉玉 米、水稻而言，水稻小麦玉米；米、水稻而言，水稻小麦玉米；v 不同品种的作物需水量有很大差异，如耐旱品种需水不同品种的作物

7、需水量有很大差异，如耐旱品种需水量小；不同生育阶段需水量不同；不同长势的作物需水量小；不同生育阶段需水量不同；不同长势的作物需水量不同。量不同。（4）农业耕作措施）农业耕作措施 灌水后适时耕耙保墒、中耕松土，将土壤表面灌水后适时耕耙保墒、中耕松土，将土壤表面 形成一个疏松层，这样就可以减少水分的消耗。形成一个疏松层，这样就可以减少水分的消耗。（5）农田灌溉排水措施农田灌溉排水措施第10页，共88页。1000ppERppETan第11页，共88页。1、直接计算需水量的方法、直接计算需水量的方法（1）值法：以水面蒸发为参数的需水量计算法值法：以水面蒸发为参数的需水量计算法水面蒸发量与作物需水量之间

8、存在一定程度的相关关系，水面蒸发量与作物需水量之间存在一定程度的相关关系，因此可用水面蒸发量这一参数来计算作物需水量：因此可用水面蒸发量这一参数来计算作物需水量：0EETbEET0与与ET同时段的同时段的水面蒸发量水面蒸发量某时段内的作物需水量（某时段内的作物需水量（mm）第12页，共88页。1、直接计算需水量的方法、直接计算需水量的方法（1）值法：值法：需水系数或蒸发系数，为需水量与水面蒸发量的比值，需水系数或蒸发系数，为需水量与水面蒸发量的比值，由实测资料确定，由实测资料确定，一般水稻田的一般水稻田的= 0.91.3，旱作的，旱作的= 0.30.7。 作物全生育期内各生长阶段的作物全生育期

9、内各生长阶段的值是各不相同的，其最值是各不相同的，其最大值出现在作物生长旺期，而发芽出苗期则最小，所以大值出现在作物生长旺期，而发芽出苗期则最小，所以在分阶段计算作物需水量时，各阶段应分别选取在分阶段计算作物需水量时，各阶段应分别选取不同的不同的值值。 一般水稻用一般水稻用 值法比旱作物用此法好。值法比旱作物用此法好。第13页，共88页。1、直接计算需水量的方法、直接计算需水量的方法 作物产量反映了水、土、肥、热、气、光等因素的协作物产量反映了水、土、肥、热、气、光等因素的协调及农业措施的综合作用。调及农业措施的综合作用。在一定条件下，在一定条件下，作物需水量作物需水量将随产量的提高而增加。但

10、是需水量的增加并不与产量将随产量的提高而增加。但是需水量的增加并不与产量成比例，成比例， 单位产量的需水量随产量的增加单位产量的需水量随产量的增加而逐渐减小，说明当作物产量达而逐渐减小，说明当作物产量达到一定水平后，要进一步提高产到一定水平后，要进一步提高产量就不能仅靠增加水量，而必须量就不能仅靠增加水量，而必须同时改善作物生长所必需的其它同时改善作物生长所必需的其它条件。条件。产量Y第14页，共88页。式中：式中：K 、 n、c由实验确定。由实验确定。此法简便，只要确定计划产量后便可算出需水量；同时，此法此法简便，只要确定计划产量后便可算出需水量；同时，此法使需水量与产量相联系，便于进行使需

11、水量与产量相联系，便于进行灌溉经济分析灌溉经济分析。cKYETn作物全生育期作物全生育期内总需水量（内总需水量（m3/亩）亩）需水系数需水系数作物单位面积作物单位面积产量（产量（kg/亩）亩）1、直接计算需水量的方法、直接计算需水量的方法E对于旱作物，在土壤水分不足而影响高产的情况下，需水量随产对于旱作物，在土壤水分不足而影响高产的情况下，需水量随产量的提高而增大，用此法推算较可靠。量的提高而增大，用此法推算较可靠。但对于土壤水分充足的旱田以但对于土壤水分充足的旱田以及水稻田，需水量主要受气象条件控制，产量与需水量关系不明确，及水稻田，需水量主要受气象条件控制，产量与需水量关系不明确，用此法推

12、算的误差较大。用此法推算的误差较大。第15页，共88页。（3）阶段作物需水量阶段作物需水量：实践中的模比系数法：先确定全生育期作物需水量，估算出实践中的模比系数法：先确定全生育期作物需水量，估算出作物各生育阶段的需水量，然后按照各生育阶段需水规律，作物各生育阶段的需水量，然后按照各生育阶段需水规律，以一定比例进行分配，即以一定比例进行分配，即ETKETii1001某一生育阶段的作物需水量某一生育阶段的作物需水量模比系数模比系数日需水量日需水量：作物每日所需水量。：作物每日所需水量。作物的日需水量和作物的日需水量和模比系数模比系数，是制定灌溉制度和合理，是制定灌溉制度和合理用水的重要依据。用水的

13、重要依据。1、直接计算需水量的方法、直接计算需水量的方法第16页，共88页。第17页，共88页。2、基于参照作物、基于参照作物需水量计算实际作物需水量需水量计算实际作物需水量计算参照作物需水量的方法有很多，最著名的、应用最广泛计算参照作物需水量的方法有很多，最著名的、应用最广泛的是的是Penman公式公式1000ppERppETan第18页，共88页。Kc ： 作物系数，与作物种类、品种、生育期、作物群体叶面积有作物系数，与作物种类、品种、生育期、作物群体叶面积有关。实测结果表明，关。实测结果表明，Kc 在作物全生育期的变化规律是：前期在作物全生育期的变化规律是：前期和后期相对较小，生长盛期较

14、大。和后期相对较小，生长盛期较大。实际作物的需水量与参考作物需水量两者受气象因素的影响具实际作物的需水量与参考作物需水量两者受气象因素的影响具有同步性的。因此，此时作物需水量可由参照作物蒸发蒸腾量有同步性的。因此，此时作物需水量可由参照作物蒸发蒸腾量乘以作物系数得到。乘以作物系数得到。ET0 的计算只考虑了气象因素对需水量的影响，实际作物需水的计算只考虑了气象因素对需水量的影响，实际作物需水量量ET 还应考虑作物与土壤因素进行修正。还应考虑作物与土壤因素进行修正。0ETKETc第19页，共88页。第20页，共88页。第21页，共88页。第22页，共88页。第23页，共88页。第24页，共88页

15、。第25页，共88页。第26页，共88页。第27页，共88页。第28页，共88页。第29页，共88页。第30页，共88页。v灌溉制度：灌溉制度：指特定作物在一定的气候、土壤、供水等自然指特定作物在一定的气候、土壤、供水等自然条件和一定的农业技术措施下，为了获得高产或高效，所制条件和一定的农业技术措施下，为了获得高产或高效，所制订的向农田灌水的方案。包括作物播种前订的向农田灌水的方案。包括作物播种前(或水稻栽秧前或水稻栽秧前)及及全生育期内的全生育期内的灌水次数灌水次数，每次灌水的，每次灌水的灌水日期灌水日期、灌水定额灌水定额以及以及灌溉定额灌溉定额。v灌水定额：灌水定额：指一次灌水单位面积上的

16、灌水量。指一次灌水单位面积上的灌水量。v灌溉定额：灌溉定额：指作物全生育期各次灌水定额之和。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灌水定额及灌溉定额常以m3/hm2或或mm表示。表示。v灌水次数：灌水次数：农作物在整个生育期中实施灌溉的次数。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。灌水时间以作物生育期或年、月、日表示。 第31页，共88页。 灌溉制度随作物种类、品种和自然条件及农业技术措施灌溉制度随作物种类、品种和自然条件及农业技术措施的不同而变化。的不同而变化。 由于拟建灌区规划设计或已建灌区管理工作的需要，灌溉制度由于拟建灌区规划设计或

17、已建灌区管理工作的需要，灌溉制度一般都需在灌水季节前加以确定，带有部分估算（预报）性质。一般都需在灌水季节前加以确定，带有部分估算（预报）性质。 因此，必须以作物需水规律和气象条件（特别是降水）等作为因此，必须以作物需水规律和气象条件（特别是降水）等作为主要依据，从当地具体条件出发，针对不同水文年份，拟定主要依据，从当地具体条件出发，针对不同水文年份，拟定湿润湿润年（降雨量频率为年（降雨量频率为25%25%）、中等年（频率为中等年（频率为50%50%）和和中等干旱中等干旱年（频率为年（频率为75%75%）及及特旱年（频率为特旱年（频率为95%95%）四种类型的灌溉制四种类型的灌溉制度。度。 也

18、就是说也就是说同一种作物在不同水文年有不同的灌溉制度。同一种作物在不同水文年有不同的灌溉制度。一一般在灌溉工程规划、设计中多采用般在灌溉工程规划、设计中多采用中等干旱年中等干旱年的灌溉制度作的灌溉制度作为标准为标准。第32页，共88页。 灌溉制度是灌溉工程规划设计的基础，是已建成灌区编灌溉制度是灌溉工程规划设计的基础，是已建成灌区编制和执行用水计划，合理用水的重要依据。制和执行用水计划，合理用水的重要依据。 灌溉制度关系到灌区内作物产量（效益）和品质的灌溉制度关系到灌区内作物产量（效益）和品质的提高，及灌区水土资源的充分利用和灌溉工程设施效提高，及灌区水土资源的充分利用和灌溉工程设施效益的发挥

19、。益的发挥。 第33页，共88页。一、一、充分灌溉条件下的灌溉制度充分灌溉条件下的灌溉制度在灌区规划、设计或管理中，常采用以下几种方法来确定灌在灌区规划、设计或管理中，常采用以下几种方法来确定灌溉制度。溉制度。 1）根据群众丰产灌水经验确定作物灌溉制度根据群众丰产灌水经验确定作物灌溉制度 经过多年的实践、摸索，各地群众都积累了不少确定经过多年的实践、摸索，各地群众都积累了不少确定灌溉制度的经验与方法。这些经验是制定灌溉制度的重要灌溉制度的经验与方法。这些经验是制定灌溉制度的重要依据，应成为制定灌溉制度最宝贵的资料。灌溉制度调查依据，应成为制定灌溉制度最宝贵的资料。灌溉制度调查应根据设计要求的水

20、文年份，仔细调查这些年份不同生育应根据设计要求的水文年份，仔细调查这些年份不同生育期的作物田间耗水强度期的作物田间耗水强度mm/d及灌水次数、灌水时间、灌及灌水次数、灌水时间、灌水定额及灌溉定额，并由此确定这些年份的灌溉制度。水定额及灌溉定额，并由此确定这些年份的灌溉制度。1、制定灌溉制度的方法制定灌溉制度的方法第34页，共88页。一、一、充分灌溉条件下的灌溉制度充分灌溉条件下的灌溉制度 1）根据群众丰产灌水经验确定作物灌溉制度根据群众丰产灌水经验确定作物灌溉制度我国北方地区几种主要旱作物的灌溉制度调查1、制定灌溉制度的方法制定灌溉制度的方法第35页，共88页。一、一、充分灌溉条件下的灌溉制度

21、充分灌溉条件下的灌溉制度 2）根据灌溉试验资料制定灌溉制度根据灌溉试验资料制定灌溉制度 长期以来，我国各地的灌溉试验站已进行了多年灌溉试长期以来，我国各地的灌溉试验站已进行了多年灌溉试验工作，积累了一大批相关的试验观测资料，这些资料为制验工作，积累了一大批相关的试验观测资料，这些资料为制定灌溉制度提供了重要的依据。定灌溉制度提供了重要的依据。 1、制定灌溉制度的方法制定灌溉制度的方法第36页，共88页。一、一、充分灌溉条件下的灌溉制度充分灌溉条件下的灌溉制度1、制定灌溉制度的方法制定灌溉制度的方法 3）按水量平衡原理分析制定灌溉制度按水量平衡原理分析制定灌溉制度 水量平衡法以作物各生育期内水层

22、变化（水田）或土水量平衡法以作物各生育期内水层变化（水田）或土壤水分变化（旱田）为依据，壤水分变化（旱田）为依据，从对作物充分供水的观点出从对作物充分供水的观点出发发，要求在作物各生育期内水层变化（水田）或计划，要求在作物各生育期内水层变化（水田）或计划湿润层内的土壤含水量维持在作物适宜水层深度或土湿润层内的土壤含水量维持在作物适宜水层深度或土壤含水量的上限和下限之间，降至壤含水量的上限和下限之间，降至下限时则应进行灌水下限时则应进行灌水，以保证作物充分供水。以保证作物充分供水。 应用时要参考、结合前几种方法的结果，这样才应用时要参考、结合前几种方法的结果，这样才能使得所制定的灌溉制度更为合理

23、与完善。能使得所制定的灌溉制度更为合理与完善。第37页，共88页。2 2、水稻灌溉制度水稻灌溉制度第38页，共88页。2 2、水稻灌溉制度水稻灌溉制度 水稻本田的灌溉制度。可分别针对水稻本田的灌溉制度。可分别针对泡田期泡田期及及插秧以后插秧以后的生育期进的生育期进行设计。行设计。1 1）泡田期）泡田期 泡田期的灌溉用水量泡田期的灌溉用水量(泡田定额泡田定额)可用下式确定：可用下式确定：M1=0.667(h0+S1+e1t1-P1) 式中式中 M1泡田期灌溉用水量，泡田期灌溉用水量，m3/亩；亩； h0插秧时田面所需的水层深度，插秧时田面所需的水层深度，mm； S1泡田期的渗漏量，即开始泡田到插

24、秧期间的总渗漏量泡田期的渗漏量，即开始泡田到插秧期间的总渗漏量, ,mm； t1泡田期的日数；泡田期的日数； e1t1时期（泡田期）内水田田面平均蒸发强度，时期（泡田期）内水田田面平均蒸发强度，mm/d，可可用水面蒸发强度代替；用水面蒸发强度代替； P1t1时期内的降雨量，时期内的降雨量，mm。第39页，共88页。通常，泡田定额按照土壤、地势、地下水埋深等类通常，泡田定额按照土壤、地势、地下水埋深等类似田块的实测资料决定，一般似田块的实测资料决定，一般h0=3050cm条件下，泡田条件下，泡田定额可采取以下数值：定额可采取以下数值： 粘土、壤土：粘土、壤土：5080m3/亩；亩； 中壤土、砂壤

25、土：中壤土、砂壤土：80120m3/亩；亩； 轻砂壤土：轻砂壤土：100160m3/亩；亩；2 2、水稻灌溉制度水稻灌溉制度1 1）泡田期）泡田期第40页，共88页。2 2、水稻灌溉制度水稻灌溉制度2 2）生育期（水量平衡原理）生育期（水量平衡原理） 水量平衡方程：水量平衡方程： h1+P+m-s-c-E=h2 式中式中 h1时段初田面水层深度；时段初田面水层深度； P时段内降雨量；时段内降雨量； m时段内的灌水量；时段内的灌水量； s时段内渗漏量时段内渗漏量c时段内排水量；时段内排水量；E 蒸发量；蒸发量； h2时段末田面水层深度；时段末田面水层深度；式中各数值均以式中各数值均以mm计。计。

26、 第41页，共88页。2 2、水稻灌溉制度水稻灌溉制度2 2）生育期（水量平衡原理）生育期（水量平衡原理）h1h2mscPE如图所示：如图所示：m为灌溉量，为灌溉量，P为降雨，为降雨，E为蒸发量，为蒸发量，c为排水量，为排水量，s为为渗漏量，初始水层深为渗漏量，初始水层深为h1。对任一时段：。对任一时段：h1+P+m-s-c-E=h2m=h2+s+c+E-h1-P第42页，共88页。如果时段初的农田水分处于适宜水层如果时段初的农田水分处于适宜水层(水田水田)上限上限(hmax)，经过一个时段的消耗，田面水层降到适宜水层的下限经过一个时段的消耗，田面水层降到适宜水层的下限(hmin)，这时如果没

27、有降雨，则需进行灌溉，灌水定额即这时如果没有降雨，则需进行灌溉，灌水定额即为：为：m= hmaxhmin 当确定了各阶段适宜水层当确定了各阶段适宜水层hmax 、 hmin 以及各阶段需水强度，即可采用图解法推求水稻灌以及各阶段需水强度，即可采用图解法推求水稻灌溉制度溉制度 3 3）图解法推求作物灌溉制度）图解法推求作物灌溉制度 2 2、水稻灌溉制度水稻灌溉制度第43页，共88页。hminhmaxhpdmh121hdWCmPh时段初田面时段初田面水层深度水层深度时段内时段内降雨量降雨量时段内田时段内田间耗水量间耗水量时段内时段内灌水量灌水量时段内时段内排水量排水量时段末田面时段末田面水层深度水

28、层深度灌水定额灌水定额m=hmax-hminp第44页，共88页。2 2、水稻灌溉制度水稻灌溉制度第45页，共88页。经计算，可求得灌水次数为经计算，可求得灌水次数为10次次，灌溉定额为，灌溉定额为340mm，即，即227立方米立方米/亩；亩；若泡田定额为若泡田定额为80立方米立方米/亩，则总灌溉定额为亩，则总灌溉定额为M=227+80=307m3/亩。由计算亩。由计算表可得到表可得到灌水时间灌水时间和和每次灌水量每次灌水量。由此得到灌溉制度的全部四个要素。由此得到灌溉制度的全部四个要素。第46页，共88页。2 2、水稻灌溉制度水稻灌溉制度第47页，共88页。第48页，共88页。表表2-1 2

29、-1 水稻各生育阶段需水系数、适宜水层上下限及水稻各生育阶段需水系数、适宜水层上下限及雨后允许最大蓄水深雨后允许最大蓄水深第49页，共88页。表表2-2 2-2 设计年双季晚稻生育期内的降雨量设计年双季晚稻生育期内的降雨量第50页，共88页。HKETPM第51页，共88页。ETMKPWWWTt00任一时间任一时间t时的时的土壤计划湿润层土壤计划湿润层内的储水量内的储水量时段初的土壤时段初的土壤计划湿润层计划湿润层内的储水量内的储水量计划湿润层增加而增加的水量计划湿润层增加而增加的水量时段内保存在时段内保存在土壤计划湿润层土壤计划湿润层内的有效降雨量内的有效降雨量时段内的时段内的地下水补给量地下

30、水补给量时段内的时段内的灌溉水量灌溉水量时段内的时段内的作物需水量作物需水量1 1）根据水量平衡原理制定根据水量平衡原理制定旱作物旱作物灌溉制度灌溉制度第52页，共88页。 为了满足作物正常生长的要求，土壤计划湿润层内为了满足作物正常生长的要求，土壤计划湿润层内的土壤含水量（或储水量）必须经常保持在一定的范的土壤含水量（或储水量）必须经常保持在一定的范围之内，即通常要求围之内，即通常要求不小于不小于最小允许含水量最小允许含水量min（或最（或最小允许储水量小允许储水量Wmin）和）和不大于不大于最大允许含水量最大允许含水量max（或最（或最大允许储水量大允许储水量Wmax）。）。当计划湿润层内

31、的平均土壤含水量（或储水量）降低当计划湿润层内的平均土壤含水量（或储水量）降低到或接近于最小允许值（到或接近于最小允许值（minmin或或W Wminmin）时，即需进行灌）时，即需进行灌溉，以补充土壤水分，维持作物的正常生长。溉，以补充土壤水分，维持作物的正常生长。1 1）根据水量平衡原理制定根据水量平衡原理制定旱作物旱作物灌溉制度灌溉制度第53页，共88页。1 1）根据水量平衡原理制定根据水量平衡原理制定旱作物旱作物灌溉制度灌溉制度例如某时段内没有灌溉也没有降雨，土壤计划湿润层也无变例如某时段内没有灌溉也没有降雨，土壤计划湿润层也无变化，随着时间的推移，化，随着时间的推移，土壤储水量土壤储

32、水量将降至下限将降至下限，其水量平衡方，其水量平衡方程可写为：程可写为：ETKWW0min土壤计划湿润层土壤计划湿润层(H)内储水量变化内储水量变化第54页，共88页。1 1）根据水量平衡原理制定根据水量平衡原理制定旱作物旱作物灌溉制度灌溉制度 判断是否需要灌判断是否需要灌时段末的灌水定额（时段末的灌水定额（m3亩）亩） 则为（注意单位换算则为（注意单位换算）: :keWWtmin0)(667minmaxminmaxnHWWm)(667minmaxminmaxHWWm 确定灌水时间确定灌水时间 确定灌水量确定灌水量比较比较0 （ W0 ）与）与 min（Wmin）或第55页，共88页。旱作物的

33、灌溉定额旱作物的灌溉定额)(667minmaxminmaxnHWWm)(667minmaxminmaxHWWm土壤计划湿润层土壤计划湿润层内允许最大储水量内允许最大储水量土壤计划湿润层土壤计划湿润层内允许最小储水量内允许最小储水量土壤计划土壤计划湿润层深度湿润层深度计划湿润层内计划湿润层内土壤孔隙率土壤孔隙率（占土壤体积的（占土壤体积的%）允许的土壤允许的土壤最小含水率最小含水率（占土壤空隙（占土壤空隙体积的体积的%）允许的土壤允许的土壤最大含水率最大含水率（占土壤空隙（占土壤空隙体积的体积的%）计划湿润层内计划湿润层内土壤干容重土壤干容重第56页，共88页。计划湿润层深度（计划湿润层深度（H

34、）a、土壤计划湿润层深度：土壤计划湿润层深度：实施灌水时计划调节、控制土壤实施灌水时计划调节、控制土壤水分状况的土层深度。水分状况的土层深度。 一般可取为作物的主要根系活动层。一般可取为作物的主要根系活动层。 计划湿润层深度与计划湿润层深度与作物种类、品种、生育阶段、土壤作物种类、品种、生育阶段、土壤性质以及地下水埋深等因素有关性质以及地下水埋深等因素有关。对某一特定作物其。对某一特定作物其深度随作物的生长而增加，需根据当地实际情况确深度随作物的生长而增加，需根据当地实际情况确定。定。 2 2）旱作物灌溉制度的基本资料）旱作物灌溉制度的基本资料第57页，共88页。 2 2）旱）旱作物灌溉制度的

35、基本资料作物灌溉制度的基本资料冬小麦、棉花、玉米各生育期较典型的计划湿润层深度冬小麦、棉花、玉米各生育期较典型的计划湿润层深度 第58页，共88页。允许最大、最小含水率允许最大、最小含水率max、 minmax=fcminwpb、 2 2）旱）旱作物灌溉制度的基本资料作物灌溉制度的基本资料冬小麦、棉花和玉米各生育阶段要求的土壤适宜含水量冬小麦、棉花和玉米各生育阶段要求的土壤适宜含水量 土壤适宜含水量介于土壤适宜含水量介于max与与min之间，随作物品种及其生育阶段、之间，随作物品种及其生育阶段、土壤性质等因素而变化。土壤性质等因素而变化。第59页，共88页。降雨入渗量降雨入渗量P0c、PP0降

36、雨入渗系数降雨入渗系数P5 =05P50 =0.8-1.0P50 =0.7-0.8 2 2）旱）旱作物灌溉制度的基本资料作物灌溉制度的基本资料有效降水：有效降水：能被田间作物有效利用的当地降水。能被田间作物有效利用的当地降水。 一般认为小于一般认为小于2mm2mm（亦有认为小于（亦有认为小于5mm5mm）的降水对作物无实际意义，）的降水对作物无实际意义，为为无效降水无效降水；降水过大将产生径流和深层渗漏，此两者也为无效；降水过大将产生径流和深层渗漏，此两者也为无效降水。因此，有效降水量一般采用如下公式计算：降水。因此，有效降水量一般采用如下公式计算：第60页，共88页。地下水补给量地下水补给量

37、Kd、 2 2）旱）旱作物灌溉制度的基本资料作物灌溉制度的基本资料地下水补给量：地下水补给量：地下水借毛细管作用上升至作物根系活动层内而被地下水借毛细管作用上升至作物根系活动层内而被作物利用的水量。作物利用的水量。p 其大小与地下水埋藏深度、土壤性质、作物种类、作物需水强度、其大小与地下水埋藏深度、土壤性质、作物种类、作物需水强度、气象条件、根系层土壤含水量等有关。气象条件、根系层土壤含水量等有关。地下水位越接近根系活动层，地下水位越接近根系活动层，毛管作用越强，地下水补给量也越多。毛管作用越强，地下水补给量也越多。p 一般要通过田间试验来确定地下水对农田的补给强度。地下水一般要通过田间试验来

38、确定地下水对农田的补给强度。地下水（或下部土层）对根系层的补给可在实测两层间土壤含水量（或基（或下部土层）对根系层的补给可在实测两层间土壤含水量（或基质势）变化趋势的基础上，通过计算土壤水分通量获得质势）变化趋势的基础上，通过计算土壤水分通量获得 。p通常通常取作物需水量的取作物需水量的15%-20%。第61页，共88页。计划湿润层增加而增加的水量计划湿润层增加而增加的水量WTe、H1H2nHHWT)(6671212)(667水HHWT2 2）旱）旱作物灌溉制度的基本资料作物灌溉制度的基本资料作物生育期内计划湿润层的深度是不断变化的。若计算时段内计作物生育期内计划湿润层的深度是不断变化的。若计

39、算时段内计划湿润层深度无变化，则划湿润层深度无变化，则WT 项可设定为零；若时段内计划湿润层变化较项可设定为零；若时段内计划湿润层变化较大，由于计划湿润层的增加，将增加部分有效水量，此时，大，由于计划湿润层的增加，将增加部分有效水量，此时，WT可近似按可近似按下式计算：下式计算：第62页，共88页。nHM)(6670max1HM水)(6670max1播前灌水的目的在于保证作物种子发芽和出苗所必须的土壤播前灌水的目的在于保证作物种子发芽和出苗所必须的土壤含水量或储水于土壤中以供作物生育后期之用。播前灌水往含水量或储水于土壤中以供作物生育后期之用。播前灌水往往只进行一次。一般可按下式计算：往只进行

40、一次。一般可按下式计算：3 3）旱作物播前灌水定额旱作物播前灌水定额（M1)M1)的确定的确定第63页，共88页。 以棉花灌溉制度为例：以棉花灌溉制度为例：在采用水量平衡图解分析法拟定灌溉制度时，其步骤为：在采用水量平衡图解分析法拟定灌溉制度时，其步骤为： 1)1)根据各旬的计划湿润层深度根据各旬的计划湿润层深度H 和作物所要求的计划湿润层内土壤和作物所要求的计划湿润层内土壤含水量的上限和下限，求出含水量的上限和下限，求出H 土层内允许储水量上限土层内允许储水量上限Wmax及下限及下限Wmin，绘于图上。绘于图上。 2)2)绘制作物田间需水量绘制作物田间需水量( (ET) )累积曲线，由于计划

41、湿润层加大而获累积曲线，由于计划湿润层加大而获得的水量得的水量( (WT）累积曲线、地下水补给量）累积曲线、地下水补给量( (K ) )累积曲线以及净耗水量累积曲线以及净耗水量( (ETWTK) )曲线。曲线。 3)3)根据设计年雨量求出渗入土壤的降雨量根据设计年雨量求出渗入土壤的降雨量P0，逐时段绘于图上。，逐时段绘于图上。4 4）根据水量平衡图解法拟定旱作物的灌溉制度根据水量平衡图解法拟定旱作物的灌溉制度第64页，共88页。中中下下上上中中下下上上中中下下中中下下上上下下上上中中下下4月月5月月上上中中9月月6月月7月月8月月吐絮吐絮出苗出苗幼苗幼苗结蕾结蕾结铃结铃010040030020

42、04080120160200计划湿润土层含水量（计划湿润土层含水量（m3/亩）亩）需水量（需水量（m3/亩）亩）04080120160渗入土层降雨量（渗入土层降雨量（m3/亩）亩）棉花灌溉制度设计图棉花灌溉制度设计图作物需水量累积曲线作物需水量累积曲线WT累积曲线累积曲线K值累积曲线值累积曲线ET-WT-K累积曲线累积曲线渗入土壤内的渗入土壤内的降雨量累积曲线降雨量累积曲线计划湿润土层计划湿润土层允许最大储水量允许最大储水量Wmax曲线曲线计划湿润土层计划湿润土层允许最小储水量允许最小储水量Wmin曲线曲线计划湿润土层计划湿润土层实际储水量实际储水量W曲线曲线灌水灌水深层渗漏深层渗漏第65页，

43、共88页。4 4）根据水量平衡图解法拟定旱作物的灌溉制度根据水量平衡图解法拟定旱作物的灌溉制度 4)4)自作物生长初期土壤计划湿润层储水量自作物生长初期土壤计划湿润层储水量W0, ,逐旬减去逐旬减去( (ET- -WT - -K) )值，值，即至即至A A点引直线平行于点引直线平行于( (ET-WT-K) )曲线，当遇有降雨时再加上降雨入曲线，当遇有降雨时再加上降雨入渗量渗量P0，即得计划湿润土层实际储水量，即得计划湿润土层实际储水量 ( (W) )曲线。曲线。 5)5)当当W曲线接近于曲线接近于Wmin时，即进行灌水。灌水时期除考虑水量盈时，即进行灌水。灌水时期除考虑水量盈亏的因素外，还应考

44、虑作物各发育阶段的生理要求，与灌水相关的亏的因素外，还应考虑作物各发育阶段的生理要求，与灌水相关的农业技术措施以及灌水和耕作的劳动组织等。灌水定额的大小要适农业技术措施以及灌水和耕作的劳动组织等。灌水定额的大小要适当，不应使灌水后土壤储水量大于当，不应使灌水后土壤储水量大于Wmax，也不宜给灌水技术的实施造，也不宜给灌水技术的实施造成困难。灌水定额值也象降雨入渗量一样加在成困难。灌水定额值也象降雨入渗量一样加在W W曲线上。曲线上。第66页，共88页。4 4）根据水量平衡图解法拟定旱作物的灌溉制度根据水量平衡图解法拟定旱作物的灌溉制度 6) 6)如此继续进行，即可得到全生育期的各次灌水定额、灌

45、水时间和如此继续进行，即可得到全生育期的各次灌水定额、灌水时间和灌水次数。灌水次数。 7) 7)生育期灌溉定额生育期灌溉定额M2=m，M为各次灌水定额。根据上述原理，为各次灌水定额。根据上述原理，也可列表计算，计算时段采用一旬或五天。计算也十分简便。也可列表计算，计算时段采用一旬或五天。计算也十分简便。 把把播前灌水定额播前灌水定额加上加上生育期灌溉定额生育期灌溉定额，即得，即得旱作物的总灌溉定额旱作物的总灌溉定额M，即：即：M M1+ M2 按水量平衡方法估按水量平衡方法估算算灌溉制度，如果作物耗水量和降雨量资料比较精确，灌溉制度，如果作物耗水量和降雨量资料比较精确，其计算结果比较接近实际情

46、况。对于比较大的灌区，由于自然地理条件差其计算结果比较接近实际情况。对于比较大的灌区，由于自然地理条件差别较大，应分区制定灌溉制度，并与前面调查和试验结果相互核对，以求别较大，应分区制定灌溉制度，并与前面调查和试验结果相互核对，以求比较切合实际。比较切合实际。第67页，共88页。第68页，共88页。作物需水量第69页，共88页。第70页，共88页。计算步骤：计算步骤：(1) 计算生育期内计算生育期内H深土壤含水量深土壤含水量W0，中允许储水量上限，中允许储水量上限Wmax及下限及下限Wmin ，作物需水量，作物需水量ET。(2) 计算计算由于计划湿润层增加而增加的水量由于计划湿润层增加而增加的

47、水量(WT) (3) 地地下水补给量下水补给量(K) (4) 净耗水量净耗水量 (ET-WT-K)(5) 降雨入渗量降雨入渗量(P0) (6) 实际土壤储水量（实际土壤储水量（Wt）(7) Wmin WtWmax ，求求m值值第71页，共88页。二、非二、非充分灌溉条件下的灌溉制度充分灌溉条件下的灌溉制度第72页，共88页。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。根据所应用的农田类水条件下的净效益最大或费用目标最小。根据所应用的农田类型和条件不同，在实际中有许多提法，如：型和条件不同，在实际

48、中有许多提法，如：v 在水资源短缺的半干旱地区，为解决有限水量在作物生育期的最在水资源短缺的半干旱地区，为解决有限水量在作物生育期的最优分配问题，根据作物需水关键期进行有限次数或有限量灌溉提出优分配问题，根据作物需水关键期进行有限次数或有限量灌溉提出的有限灌溉制度或优化灌溉制度的有限灌溉制度或优化灌溉制度v 为追求农产品质量或区域持续发展所提出的调亏灌溉为追求农产品质量或区域持续发展所提出的调亏灌溉 二、非二、非充分灌溉条件下的灌溉制度充分灌溉条件下的灌溉制度第73页，共88页。 非充分灌溉条件下的灌溉制度非充分灌溉条件下的灌溉制度 效效益益费费用用投入水量投入水量水量效益水量效益关系曲线关系

49、曲线水量费用水量费用关系曲线关系曲线损失损失效益效益EdEmEyWdWmWyWo灌溉水量与效益、费用关系曲线灌溉水量与效益、费用关系曲线dmy第74页，共88页。如何使有限的水资源发挥最大的效益如何使有限的水资源发挥最大的效益供水量效益效益：不同的水量有不同效益：不同的水量有不同的产量和相应的毛收益，的产量和相应的毛收益，在供水不超过作物正常生在供水不超过作物正常生长所需水量的前提下，毛长所需水量的前提下，毛效益随水量的增加而增加效益随水量的增加而增加成本：不同的水量有不成本：不同的水量有不同的成本，供水量越大，同的成本，供水量越大，成本越高成本越高在水资源有限的情况下，可控制单位面积供水量，

50、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，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其依据是作物水分生产函数第75页，共88页。作物水分生产函数：指农业生产水平基本一致的条件下，作物水分生产函数：指农业生产水平基本一致的条件下，作物所作物所消耗的水资源量消耗的水资

51、源量与与作物产量作物产量之间的函数关系。之间的函数关系。| 作物水分生产函数为灌溉系统的规划设计或某地区进作物水分生产函数为灌溉系统的规划设计或某地区进行节水灌溉制定优化配水计划提供基本依据。行节水灌溉制定优化配水计划提供基本依据。| 作物水分生产函数的模式很多，主要有两大类：作物水分生产函数的模式很多，主要有两大类：一是一是作物产量作物产量与与全生育期总蒸发蒸腾量全生育期总蒸发蒸腾量的关系；二是的关系；二是作物产量作物产量与与各生育阶段蒸发蒸腾量各生育阶段蒸发蒸腾量的关系。的关系。 第76页，共88页。maymaETETKYY11mamaETETYYR.J.Hanks(1974)全生育期模型

52、全生育期模型J.Doorenbos and A.H.Kasam(1975)作物实际产量作物实际产量作物最大产量作物最大产量全生育期全生育期实际腾发量实际腾发量全生育期全生育期潜在腾发量潜在腾发量第77页，共88页。inimiaimaETETYY)(1M.E.Jensen(1968)inibimamaETETaYY10011阶段缺水模型阶段缺水模型Minhas(1974)作物实际产量作物实际产量作物最大产量作物最大产量第第i阶段的阶段的实际腾发量实际腾发量第第i阶段的阶段的潜在腾发量潜在腾发量第第i阶段的阶段的缺水敏感指数缺水敏感指数第78页，共88页。3、非充分灌溉制度非充分灌溉制度第79页，

53、共88页。3、非充分灌溉制度非充分灌溉制度优化灌溉制度的确定方法优化灌溉制度的确定方法v 非充分灌溉条件下，作物的灌溉制度是对有限的可供水非充分灌溉条件下，作物的灌溉制度是对有限的可供水量在作物全生育期内进行灌水时间和灌水定额的最优分配。量在作物全生育期内进行灌水时间和灌水定额的最优分配。v 由于作物每一生育阶段的灌水决策与时间有关，由于作物每一生育阶段的灌水决策与时间有关，因此，这种最优化过程是与作物生育阶段密切相关因此，这种最优化过程是与作物生育阶段密切相关的多阶段决策过程，常用的求解方法是动态规划法的多阶段决策过程，常用的求解方法是动态规划法.。 第80页，共88页。v 在灌溉工程的在灌

54、溉工程的规划设计规划设计中，要进行来、用水量的中，要进行来、用水量的配合，以确定灌溉工程的类型、规模及灌溉面积，配合，以确定灌溉工程的类型、规模及灌溉面积，确定渠道及渠系建筑物的尺寸；确定渠道及渠系建筑物的尺寸；v 在灌溉在灌溉中，也需要进行来、用水量的中，也需要进行来、用水量的配合，以便制定水库的控制运行计划、灌溉用水计划等。配合，以便制定水库的控制运行计划、灌溉用水计划等。v都需要在制定灌溉制度的基础上，计算灌溉用水量。都需要在制定灌溉制度的基础上，计算灌溉用水量。第81页，共88页。灌溉用水量：灌溉用水量：指灌区灌溉面积上要求水源供给指灌区灌溉面积上要求水源供给 的总灌溉的总灌溉水量。水量。 其大小及其在多年和年内的变化情况，其大小及其在多年和年内的变化情况，与与各种作物各种作物