灌溉排水工程习题集与答案

灌溉排水工程习题集与答案一、名词解释（每题3分，共45分）1.灌溉保证率指灌区灌溉供水系统在多年运行过程中，能够完全满足作物灌溉用水需求的年数占统计总年数的比值，通常以百分比表示。灌溉保证率的选取需要根据灌区的水资源禀赋、作物种植结构、工程等级、当地经济发展水平综合确定，一般中型灌区的灌溉保证率取值范围为75%~85%，大型灌区粮食作物灌溉保证率不低于75%，经济作物灌区可选取85%~95%。其核心作用是为灌区水资源供需平衡分析、取水工程设计、输配水系统规模确定提供法定的设计依据，避免工程设计标准过低导致灌溉保证率不足，或者标准过高造成工程投资浪费。2.作物需水临界期指作物全生育期内对水分亏缺最为敏感、缺水对产量造成的损失最大的生育阶段，也称为作物需水关键期。不同作物的需水临界期存在显著差异：冬小麦的需水临界期为拔节期至抽穗期，春玉米为抽雄期至吐丝期，水稻为孕穗期至抽穗开花期，棉花为开花至结铃期。在灌溉水资源不足的区域，优先保障作物需水临界期的用水，能够以最少的灌溉水量实现最大的减产控制效果，是灌区非充分灌溉制度制定的核心参考指标。3.灌水率也称为灌溉模数，指灌区单位灌溉面积上所需的净灌溉用水流量，通常单位采用m³/(s·万亩)，是灌排工程设计中确定渠道设计流量、进行轮灌组划分的核心基础参数。灌水率分为初步灌水率和修正后灌水率两类，初步灌水率由各类作物的灌溉制度直接计算叠加得到，存在时序分布不均、负荷突变等问题，需要按照灌区实际运行要求进行修正后才能作为工程设计的依据。4.地下水临界深度指在当地的自然地理条件和农业技术措施综合作用下，能够保证作物根系层土壤不会出现盐分过度累积、不致引发土壤次生盐渍化的最小地下水埋深。其数值大小受土壤质地、地下水矿化度、作物种类、灌溉方法、气象条件五大因素影响，一般轻壤土区的地下水临界深度为2.0~2.5m，中壤土区为1.5~2.0m，黏土区为1.0~1.5m，盐碱化灌区的排水沟深度、排水系统规划均需要以地下水临界深度作为核心控制指标。5.排涝模数指单位排水面积上所需的最大排涝流量，单位通常采用m³/(s·km²)，是平原区排涝泵站、排水沟道设计的直接参数。排涝模数的计算与区域除涝设计标准、下垫面条件、径流系数、调蓄能力直接相关，我国南方圩区10年一遇标准下的排涝模数取值范围一般为0.3~0.8m³/(s·km²)，北方旱作区同标准下的排涝模数取值为0.1~0.3m³/(s·km²)。6.作物系数指某一作物在某一生育阶段内的实际需水量与同期参考作物蒸散量的比值，是联合国粮农组织推荐的彭曼-蒙蒂斯作物需水量计算体系中的核心参数，作物系数的数值随作物生育阶段推进呈现先升高后降低的变化趋势：播种出苗期作物系数一般为0.3~0.5，生长旺期达到峰值1.0~1.3，成熟期回落至0.5~0.7。7.灌溉水利用系数指灌区实际灌入到作物根系层的有效灌溉水量与渠首引入的总灌溉水量的比值，是衡量灌区输配水效率、用水管理水平的核心指标，按照灌区规模划分，大型灌区的灌溉水利用系数不低于0.5，中型灌区不低于0.6，小型灌区不低于0.75，高效节水灌区的灌溉水利用系数可达到0.85以上。8.农田渍害指作物根系层土壤长时间处于水分饱和状态，土壤孔隙的氧气含量不足，导致作物根系呼吸作用受阻、养分吸收能力下降，最终造成作物产量降低的灾害类型。我国南方稻区、沿江湖积平原区渍害问题最为突出，通常将作物根系层土壤通气孔隙占总孔隙的比例低于10%的持续时长超过3天，作为渍害发生的判定标准。9.非充分灌溉制度指在灌溉水资源供应不足的条件下，主动放弃作物部分非关键生育阶段的用水需求，将有限的灌溉水量优先分配到作物需水临界期，以实现全灌区总体产量最高、单方水生产效率最大为目标的灌溉制度，是当前我国缺水灌区推广的核心节水灌溉技术之一。10.冲洗定额指盐碱地改良过程中，为了将作物根系层土壤的含盐量降低到作物正常生长允许的含盐量阈值以下，单位面积土壤所需灌入的总灌溉水量，其数值大小与初始土壤含盐量、土壤质地、计划冲洗层深度、冲洗脱盐标准直接相关，我国重度盐碱化地区的冲洗定额一般为200~400m³/亩。11.田间持水量指土壤在完全饱和状态下，经过2~3天的自然排水后，土壤孔隙中能够稳定保持的最大土壤含水量，通常以占土壤体积的百分比表示，是确定作物灌水定额、判断土壤水分有效性的核心基础参数，壤土的田间持水量一般为25%~30%，砂土为15%~20%，黏土为30%~35%。12.轮灌指当灌区渠道供水流量小于灌区总用水需求时，将灌区范围内的所有种植作物划分为若干个轮灌组，渠道按照预先制定的顺序依次向各个轮灌组供水的运行方式，能够有效提升灌区渠道的用水负荷率，减少渠道工程投资，是中小型灌区常用的运行管理模式。13.参考作物蒸散量联合国粮农组织定义的参考作物蒸散量特指高度为0.12m、生长旺盛、完全覆盖地面、水分充分供应的矮秆绿色牧草的蒸散量，仅与当地的气象条件相关，不受土壤特性、作物种类的影响，是当前全球范围内通用的作物需水量统一计算基准。14.撇洪工程指南方平原圩区为了减少圩外山丘区的暴雨径流进入圩内，在圩区周边沿山脚区域修建的拦截山坡径流、将洪水直接排入外河的排水工程设施，能够大幅降低圩区排涝泵站的运行压力，减少圩区的排涝模数，是圩区综合治理的核心工程类型之一。15.次生盐渍化指由于灌区不合理的灌溉方式、灌排系统不配套，导致区域地下水位长期抬升到地下水临界深度以上，土壤毛细管将地下水携带到地表，水分蒸发后盐分在土壤表层不断累积，最终引发非盐渍化耕地演变为盐渍化耕地的现象，是我国西北灌区最主要的农业水土灾害之一。二、填空题（每题2分，共40分）1.我国农田水利工程领域计算作物需水量的两类主流技术体系分别是经验系数法、____。答案：以参考作物蒸散量为核心的作物系数法2.地面灌溉体系中，畦灌的核心技术要素包括畦长、畦宽、灌水定额、____。答案：入畦单宽流量3.我国现行农田排水工程技术规范规定，旱作区除涝设计标准的取值范围为____年一遇。答案：5~104.盐碱地冲洗灌溉过程中，采用____冲洗模式的脱盐效率最高，能够在同等冲洗定额下实现最深层的土壤脱盐效果。答案：间歇5.管道输水灌溉系统中，按照管道的工作压力划分，工作压力大于0.2MPa的管道系统属于____管道灌溉系统。答案：压力6.喷灌系统的主要技术性能参数包括喷灌强度、喷灌均匀系数、____。答案：水滴打击强度7.灌区渠系建筑物按照功能划分，可分为取水建筑物、输水建筑物、____、泄水建筑物四大类。答案：控制建筑物8.计算田间排水沟间距的两类主流理论方法分别是恒定流公式法、____。答案：非稳定流公式法9.旱作物灌水时机的常规判定指标是当作物根系层土壤的含水量下降到田间持水量的____时，即需要进行补充灌溉。答案：60%~70%10.南方水稻田的灌溉水利用效率测算中，除了考虑渠系渗漏损失外，还需要重点计入____环节的水量损失。答案：稻田深层渗漏11.灌区量水设施中，适合在梯形渠道上安装、水头损失小、测量精度高的常用量水设备是____。答案：巴歇尔量水槽12.防止渠道产生冻胀破坏的核心技术措施可概括为置换法、隔热法、____三类。答案：排水法13.我国西北干旱区棉花膜下滴灌技术体系中，通常将灌水器的毛管铺设间距设置为____。答案：一膜两管四行14.排涝工程设计中，平均排除法的适用前提是圩区的水面率大于____，区域内部具备一定的径流调蓄能力。答案：5%15.影响渠系灌溉水利用系数的三类损失分别是渠道渗漏损失、____、田间深层渗漏损失。答案：渠道水面蒸发损失16.典型干旱区无灌溉即无农业的区域，其灌溉保证率的设计取值一般不低于____。答案：90%17.灌区渠系水利用系数的测算方法分为实测法、____两大类。答案：经验公式法18.改良涝渍型中低产田的核心排水控制指标是将作物根系层的土壤通气孔隙率稳定维持在____以上。答案：10%19.水稻节水灌溉模式中，被广泛推广的“浅湿晒”灌溉制度中，晒田环节的核心作用是____。答案：控制无效分蘖20.灌区水资源优化配置的核心目标是实现灌区范围内的____最大化。答案：单方水产量或全灌区总经济效益三、单项选择题（每题2分，共30分）1.下列四类主要大田作物中，全生育期总需水量数值最大的是（）A.冬小麦B.中稻C.春玉米D.棉花答案：B解析：在相同的气象条件和土壤肥力水平下，中稻全生育期总需水量约为500~700m³/亩，冬小麦为300~450m³/亩，春玉米为350~500m³/亩，棉花为400~600m³/亩，水稻作为水生作物，其全生育期需水量显著高于旱作作物，因此答案选B。2.下列土壤质地类型中，地下水临界深度取值最小的是（）A.轻壤土B.中壤土C.砂壤土D.黏土答案：D解析：黏土的毛细管上升高度最小，土壤导水性能差，相同条件下土壤表层返盐的速率最慢，因此允许的地下水埋深最小，地下水临界深度取值仅为1.0~1.5m，远小于壤土类土壤，因此答案选D。3.下列灌水方法中，灌水均匀系数最高的是（）A.畦灌B.沟灌C.滴灌D.喷灌答案：C解析：滴灌系统的灌水均匀系数可达到0.9以上，喷灌系统均匀系数一般为0.75~0.9，传统地面灌溉的灌水均匀系数仅为0.6~0.8，因此答案选C。4.灌区修正灌水率图的过程中，相邻时段的灌水率差值不宜超过设计灌水率的（）A.10%B.20%C.30%D.40%答案：B解析：根据农田灌溉设计规范要求，修正后的灌水率图应当避免流量突变，相邻时段灌水率差值不得超过设计值的20%，减少渠道流量频繁调整带来的水量浪费和工程安全风险，因此答案选B。5.以下不属于农田排水系统核心功能的是（）A.除涝B.防渍C.控制地下水位D.提升区域降水总量答案：D解析：农田排水系统的作用是排除地表积水、降低过高的地下水位，不存在改变区域气象条件、提升降水总量的功能，因此答案选D。6.作物生长旺期的作物系数合理取值范围是（）A.小于0.5B.0.5~0.8C.1.0~1.3D.1.5~2.0答案：C解析：作物生长旺期植被覆盖度最高，作物蒸散量接近甚至超过参考作物蒸散量，作物系数峰值在1.0~1.3区间，不会超过1.5，因此答案选C。7.我国南方圩区治理中，通常将圩内的设计最高排涝水位控制在（）A.田面以上0.3mB.田面高程处C.田面以下0.2~0.3mD.田面以下1m答案：C解析：为了保障旱作作物不受淹，同时兼顾水稻的耐淹特性，圩区设计最高排涝水位一般控制在田面以下0.2~0.3m，既满足除涝要求，又避免过度抬高工程成本，因此答案选C。8.下列参数中，不属于彭曼-蒙蒂斯公式计算参考作物蒸散量必需的气象参数是（）A.日照时数B.平均风速C.平均相对湿度D.土壤有机质含量答案：D解析：参考作物蒸散量仅由气象条件决定，与土壤特性无关，土壤有机质含量不会对蒸散量计算结果产生影响，因此答案选D。9.大中型渠道的正常水位运行情况下，渠道的渗漏损失水量占总引水量的比例最大可达到（）A.10%B.30%C.50%D.70%答案：C解析：未做防渗衬砌的土渠在渗透性较强的砂壤土地段，渗漏损失水量占比可达到40%~50%，是灌区水量损失的最主要环节，因此答案选C。10.确定盐碱地冲洗脱盐标准的核心参考指标是作物根系层土壤的（）A.全盐含量B.有机质含量C.氮磷养分含量D.颗粒组成答案：A解析：冲洗灌溉的目标是降低根系层土壤总含盐量到作物耐盐阈值以下，全盐含量是最直接的判定指标，因此答案选A。四、简答题（每题10分，共80分）1.简述编制灌区初步灌水率图的步骤，以及对初步灌水率图进行修正的核心原则。答案：编制初步灌水率图共分为四步：第一，根据灌区确定的作物种植结构，统计各类作物的种植比例，逐一明确每类作物各次灌水的灌水定额、灌水延续时间；第二，按照灌水率通用计算公式q_i=α_i*m_i/(864*T_i)计算每一类作物各次灌水对应的灌水率值，其中α_i为第i类作物的种植比例，m_i为该次灌水的定额（单位为m³/亩），T_i为该次灌水的延续时间（单位为天）；第三，将所有作物的各次灌水率按照灌水的时间先后标注在时间坐标轴上，将同一日期的所有作物灌水率进行叠加，得到初步的灌水率时序分布曲线；第四，按照自然日划分时段，统计每个时段的累计灌水率值，得到完整的初步灌水率图。对初步灌水率图进行修正的核心原则包括五点：第一，修正后的灌水率图应当避免出现短时间内灌水率骤然升降的突变情况，相邻时段的灌水率差值不宜超过设计灌水率值的20%；第二，修正后灌区渠系的每日工作负荷应当尽可能均匀，避免出现长时间停水或者短时间内用水负荷远超渠道设计流量的情况，提升渠道的水资源利用效率；第三，修正过程中不得随意改变作物各次灌水的具体时间节点，尤其是作物需水临界期的灌水时间不得延后，避免对作物产量造成显著影响；第四，修正后各类作物的总灌溉用水量不得低于作物生育期的总需水要求，不得随意减少作物的灌水次数和单次灌水定额；第五，修正后的灌水率值峰值应当尽可能集中，方便灌区进行轮灌组划分，降低灌区运行管理的复杂度。2.简述盐碱地改良中冲洗灌溉的技术要点。答案：第一，冲洗时间的选择，应当优先选择在当地降雨集中的夏季或者秋季农作物收获之后开展冲洗灌溉，利用自然降雨的淋洗作用提升脱盐效率，同时避免冲洗作业占用农时影响下一季作物种植；第二，冲洗定额的确定，需要根据计划冲洗脱盐层深度、初始土壤含盐量、作物耐盐阈值、土壤质地四大参数精准计算，重度盐碱化区域的冲洗定额不得低于300m³/亩；第三，冲洗方式优先采用间歇冲洗，每次灌完水后间隔2~3天再灌下一次水，相比连续大水漫灌的脱盐效率可提升30%以上，能够有效减少冲洗用水量；第四，冲洗过程中要保障区域排水系统畅通，冲洗出的高含盐地下水能够快速排出区外，避免地下水位抬升导致返盐现象出现；第五，冲洗完成后要及时种植耐盐先锋作物，配套实施农田覆盖措施减少土壤水分蒸发，避免冲洗过后的土壤出现次生返盐。3.简述我国南方平原圩区的涝渍灾害综合治理技术体系。答案：南方圩区的综合治理需要构建“挡、排、蓄、降、控”五位一体的技术体系：第一是修建挡洪闸和防洪堤，将圩外的外河高水位洪水阻挡在圩区之外，避免外部洪水进入圩区造成涝灾；第二是在圩区周边修建撇洪渠，拦截圩外山丘区的暴雨径流，直接将洪水排入外河，减少圩区内部的排水压力；第三是充分利用圩区内部的湖泊、河道、坑塘建设滞蓄区，圩区发生暴雨时优先利用水面调蓄径流，降低排涝泵站的设计规模和运行成本；第四是完善圩区内部的田间排水系统，通过修建明沟或者暗管排水设施，将作物根系层的地下水位控制在渍害发生阈值以下，消除渍害对作物产量的影响；第五是建立圩区智慧排涝调度系统，根据实时气象预报提前预排圩区河网水位，腾出库容迎接暴雨，实现圩区涝渍灾害的精准防控。4.简述灌溉渠道防渗处理的主要技术类型及适用场景。答案：当前主流的渠道防渗技术分为五类：第一是土料防渗，通过在渠道表层铺设压实的素土或者灰土防渗层，成本低廉，适合流量小于1m³/s的小型田间渠道，抗冻性较差，适合南方无冻害区域使用；第二是水泥土防渗，将水泥与土按照比例混合后铺设压实，防渗效果优于土料防渗，造价较低，适合中小型灌区的支斗渠使用；第三是砌体防渗，采用浆砌石或者砖砌护面，抗冲刷性能好，适合山区输水渠道、流速较大的干渠使用；第四是混凝土防渗，是当前应用最广泛的防渗技术，防渗性能好、抗冻抗冲性能优异，适合不同规模的各级渠道，使用寿命可达30年以上；第五是土工膜防渗，在渠道表层铺设塑料防渗膜之后再做保护层，防渗效果最优，成本较低，适合大中型灌区的新建或者改建输水渠道。五、计算题（共105分）1.某设计灌溉面积为12万亩的新建灌区，作物种植结构如下：冬小麦种植比例40%，春玉米35%，中稻25%。各作物的设计灌溉制度参数如下：冬小麦生育期内共灌水4次，每次灌水定额均为40m³/亩，各次灌水的延续时间分别为：越冬水15天，返青水12天，拔节水10天，灌浆水10天；春玉米生育期内共灌水3次，每次灌水定额45m³/亩，延续时间分别为：播前水15天，拔节水12天，抽穗水10天；中稻生育期内共灌水6次，每次灌水定额30m³/亩，延续时间分别为：泡田整地水12天，返青水7天，分蘖水10天，孕穗水7天，抽穗水7天，黄熟水7天。灌区骨干输水渠道的渠系水利用系数为0.7，渠系工作修正系数取0.85，要求计算灌区修正后的设计灌水率，以及灌区干渠的设计引水流量。（35分）解：第一步，按照公式q=α*m/(864*T)计算各类作物单次灌水的灌水率：冬小麦各次灌水率：越冬水=0.4*40/(864*15)=0.00074m³/(s·万亩)，返青水=0.4*40/(864*12)=0.00123m³/(s·万亩)，拔节水=0.4*40/(864*10)=0.00185m³/(s·万亩)，灌浆水=0.4*40/(864*10)=0.00185m³/(s·万亩)；春玉米各次灌水率：播前水=0.35*45/(864*15)=0.00109m³/(s·万亩)，拔节水=0.35*45/(864*12)=0.00152m³/(s·万亩)，抽穗水=0.35*45/(864*10)=0.00182m³/(s·万亩)；中稻各次灌水率：泡田水=0.25*30/(864*12)=0.00072m³/(s·万亩)，返青水=0.25*30/(864*7)=0.00124m³/(s·万亩)，分蘖水=0.25*30/(864*10)=0.00087m³/(s·万亩)，孕穗水=0.25*30/(864*7)=0.00124m³/(s·万亩)，抽穗水=0.25*30/(864*7)=0.00124m³/(s·万亩)，黄熟水=0.25*30/(864*7)=0.00124m³/(s·万亩)。第二步，将不同作物同一时段的灌水率叠加，修正灌水率峰值为0.82m³/(s·万亩)，乘上渠系工作修正系数0.85，得到设计净灌水率为0.7m³/(s·万亩)。第三步，计算灌区干渠设计引水流量：Q=q设*灌溉总面积/η渠系=0.7*12/0.7=12m³/s，即灌区干渠设计引水流量为12m³/s。2.某南方平原圩区，总排水面积为28km²，其中水田面积占60%，旱田面积占25%，村庄及道路等非耕地面积占15%，该圩区的除涝设计标准为10年一遇24小时暴雨24小时排至作物耐淹水深以下，已知设