农田水利学测验试题一与答案

农田水利学测验试题一与答案一、名词解释（每题3分，共30分）1.农田水利参考答案：农田水利是指以农业增产为核心，通过工程、技术、管理等综合措施，调节改善农田水分状况，调控区域水旱盐等不利条件，为农作物生长创造良好水土环境的综合性事业，核心任务包含两个层面：一是直接调节农田土壤水、地表水、地下水的时空分布，满足作物生长需水、排除涝渍胁迫；二是跨区域、跨流域优化水资源配置，调整区域水情格局，减轻旱涝灾害损失，兼顾农业生产、生态保护等多重目标。2.作物需水量参考答案：作物需水量是指作物在适宜的土壤水分和肥力水平下，全生育期或某一生育阶段正常生长发育、获得最高产量时，植株蒸腾量与棵间土壤蒸发量的总和，也称为作物蒸散量，单位通常以mm或m³/亩表示，不包含作物组成机体本身的水分占比。3.灌溉制度参考答案：灌溉制度是指特定作物在一定的气候、土壤、农业技术条件下，为获得高产稳产制定的灌水定额、灌水时间、灌水次数和全生育期总灌溉定额的总和，是灌区规划设计、灌溉调度运行的核心基础参数，直接决定水资源利用效率和作物产量水平。4.灌水率参考答案：灌水率也称为灌水模数，指单位灌溉面积上的某次灌溉净流量，常用单位为m³/(s·万亩)，是根据作物灌溉制度推算得出的灌区灌溉流量过程线的核心指标，用于灌溉渠道系统的设计流量核定，保障灌区输水能力和用水过程匹配。5.渠道水利用系数参考答案：指某一等级渠道的末端输出的净灌溉流量与渠道首端引入的总毛流量的比值，反映单级输水渠道的输水损失控制水平，数值范围在0~1之间，是衡量灌区输配水系统效率的核心量化指标。6.排涝模数参考答案：指单位面积的排涝设计流量，常用单位为m³/(s·km²)，是根据排涝设计标准、区域下垫面条件、涝水汇流特性推算得出的排涝沟渠设计核心参数，直接决定排涝系统的断面尺寸和工程投资。7.地下水临界深度参考答案：指在特定的土壤质地、气候、耕作条件下，干旱季节不致引起耕层土壤盐分表聚、危害作物正常生长的最浅地下水埋深，是盐碱地改良排水系统设计的核心控制指标，数值通常在1.5m~2.5m区间，砂质土临界深度大于黏质土。8.滴灌参考答案：是通过低压管道系统将过滤后的灌溉水直接输送到作物根部附近，以水滴形式缓慢、精准浸润作物根区土壤的局部灌溉技术，属于典型的高效节水灌溉技术，灌水均匀度可达90%以上，灌溉水利用系数可提升至0.9以上。9.渍害参考答案：是指南方多雨稻作区、低洼圩区由于地下水位长期过高，土壤耕作层长期处于水分饱和状态，土壤通气性不足、有机质分解缓慢、还原物质累积，导致作物根系呼吸受阻、生长发育受抑的农业灾害，渍害田通常表现为作物产量较正常农田低30%~50%。10.灌溉水利用系数参考答案：指灌入农田土壤的有效灌溉净水量与灌区渠首引入的总灌溉毛水量的比值，是衡量灌区从水源引水到作物根区土壤用水全链条水资源利用效率的综合性指标，我国2022年全国农田灌溉水有效利用系数平均为0.576，大中型灌区现代化改造后可提升至0.65以上。二、填空题（每空1分，共20分）1.农田水分的四种基本形态分别为______、膜状水、毛管水、重力水。参考答案：吸湿水2.我国农田水利事业的两大核心任务分别是调节农田水分状况、______。参考答案：调节和改变区域水情分布3.作物旱害按照发生机理可以分为大气干旱、土壤干旱、______三种类型。参考答案：生理干旱4.我国灌溉渠道系统通常按照控制等级划分为干渠、支渠、斗渠、______四级固定渠道。参考答案：农渠5.水稻灌区常用的淹水灌溉水层调控模式包含浅水层插秧、______、足水孕穗、湿润成熟四个典型阶段。参考答案：深水返青6.排涝工程的常规设计标准中，南方水稻主产区通常采用______年一遇的暴雨重现期，旱作区采用5~10年一遇标准。参考答案：10~207.盐碱地改良的核心水利技术措施包含排水排盐、______、引洪放淤三个主要类型。参考答案：冲洗压盐8.常见的渠道防渗技术类型包含土料防渗、砌石防渗、混凝土防渗、______四大类。参考答案：膜料防渗9.喷灌系统按照输水管道的移动特性可以分为固定式、半固定式、______三类。参考答案：移动式10.农田排水系统按照排除的水分类型可以分为排地表涝水系统、排地下渍水系统、______三类。参考答案：排盐碱排水系统11.土壤有效含水量是指田间持水率与______的差值。参考答案：凋萎系数12.制定作物需水量计算的“以水面蒸发为参数”的经验方法名称是______。参考答案：蒸发系数法13.渠系水利用系数是干渠水利用系数、支渠水利用系数、斗渠水利用系数、农渠水利用系数的______。参考答案：乘积14.北方井渠结合灌区的地下水开采调控核心要求是地下水实际开采量不超过______。参考答案：地下水可开采量15.典型的圩区治理水利工程布局模式为“围、排、引、蓄、______”五字方针。参考答案：控16.农业灌区应对极端干旱灾害的非工程节水措施主要包含______、轮灌制度优化、高效抗旱保水剂施用三类。参考答案：作物限额灌溉17.土壤计划湿润层深度随作物生育期推进逐渐______。参考答案：增大18.农田排水沟道的深度设计需要同时满足排渍深度和______两个控制指标的要求。参考答案：地下水临界深度19.我国现行高标准农田建设规范中，要求灌溉保证率不低于______。参考答案：75%20.坡耕地水土保持的核心农田水利工程措施是修建______。参考答案：水平梯田三、单项选择题（每题1分，共20分）1.下列水分形态中，属于作物不能吸收利用的无效水是（）A.毛管上升水B.膜状水外层C.吸湿水D.毛管悬着水参考答案：C解析：吸湿水受土壤分子吸附力作用，吸力远大于作物根系渗透压，属于完全无效水分，作物无法吸收利用。2.作物需水临界期是指对水分亏缺反应最敏感的生育阶段，冬小麦的需水临界期为（）A.播种期B.越冬期C.拔节-抽穗期D.成熟期参考答案：C解析：冬小麦拔节-抽穗期营养生长和生殖生长同步推进，水分亏缺会直接导致穗粒数大幅下降，减产幅度可达40%以上，是典型的需水临界期。3.下列渠道防渗技术中，防渗效果最好、输水损失最小的是（）A.土料夯实防渗B.混凝土衬砌防渗C.浆砌石防渗D.塑料膜料防渗参考答案：B解析：混凝土衬砌防渗的渠道渗漏损失率可控制在5%以内，远低于其他防渗类型，是当前大中型灌区首选的高标准防渗技术。4.南方易涝区排涝计算中，“三日暴雨三日排完至作物耐淹深度以内”的排涝设计标准对应的暴雨重现期为（）A.5年一遇B.10年一遇C.50年一遇D.100年一遇参考答案：B解析：我国水稻主产区常规排涝设计标准普遍采用10年一遇三日暴雨三日排完的控制指标，保障水稻不受淹渍危害。5.某灌区土壤干容重为1.4g/cm³，田间持水率占干土重的24%，计划湿润层深度为0.5m，该层土壤最大储水量为（）A.168mmB.240mmC.336mmD.420mm参考答案：A解析：土壤储水量=土壤干容重×田间持水率×计划湿润层深度，代入数值1.4g/cm³×24%×500mm=168mm。6.下列灌水方法中，最适合于果树、经济作物的高效灌溉技术是（）A.地面畦灌B.波涌灌C.滴灌D.淹灌参考答案：C解析：滴灌可精准将水输送到果树根部，减少无效蒸发，节水效果显著，是果树种植区应用最广泛的高效节水技术。7.地下水临界深度不需要参考下列哪个参数进行计算（）A.土壤毛管水强烈上升高度B.作物根系主要活动层深度C.降雨入渗深度D.安全超高值参考答案：C解析：地下水临界深度计算公式为“毛管水强烈上升高度+作物主要根系活动层深度+安全超高”，与降雨入渗深度无直接关联。8.我国现行规范中，大型灌区的定义是灌溉设计面积大于（）A.1万亩B.10万亩C.30万亩D.100万亩参考答案：B解析：根据《灌区改造技术规范》GB/T50599-2010，灌溉面积1万亩以下为小型灌区，1~30万亩为中型灌区，30万亩以上为大型灌区。9.渍害田治理的核心工程措施是（）A.修建地表排水明沟B.修建地下暗管排水系统C.加高田埂D.增施有机肥参考答案：B解析：地下暗管排水可以有效降低农田地下水位，快速排除土壤渍水，是治理渍害田最核心的水利工程措施。10.下列哪种因素不会直接影响作物需水量的大小（）A.气象条件B.作物品种C.土壤质地D.农业机械类型参考答案：D解析：作物需水量受气象、作物、土壤、耕作管理等因素影响，农业机械类型不会直接改变作物蒸腾和棵间蒸发量，对需水量无直接影响。11.灌区灌水率图修正过程中，相邻两次灌水的间隔时间不宜小于（）A.1天B.2天C.5天D.10天参考答案：B解析：为避免渠道流量频繁大幅度波动，灌水率图修正要求相邻灌水间隔不小于2天，保障渠道运行稳定性。12.渠床输水损失计算中，渠道流量越大，单位长度输水损失率（）A.越大B.越小C.不变D.无规律参考答案：B解析：渠道输水损失经验公式为σ=A/Q^m，其中σ为单位长度损失率，Q为渠道流量，A、m为与土质相关的参数，流量越大，损失率越低。13.水稻泡田定额的合理取值范围通常为（）A.20~30m³/亩B.50~80m³/亩C.120~150m³/亩D.200m³/亩以上参考答案：B解析：常规南方水稻灌区泡田定额通常为50~80m³/亩，可满足泡田期土壤饱和、建立适宜插秧水层的需求。14.井灌地区地下水允许开采量的评价核心依据是（）A.地下水补给量B.地下水储存总量C.地下水埋深D.降雨总量参考答案：A解析：地下水可开采量是指在多年均衡条件下，不会造成地下水位持续下降的最大开采量，核心控制指标为地下水多年平均补给量。15.盐碱地冲洗改良过程中，冲洗定额的大小和土壤初始含盐量的关系为（）A.初始含盐量越高，冲洗定额越大B.初始含盐量越高，冲洗定额越小C.两者无关联D.初始含盐量为0时冲洗定额最大参考答案：A解析：冲洗定额需要满足将耕层多余盐分淋洗到根系层以下的水量要求，初始含盐量越高，需要的淋洗水量越大，冲洗定额越高。16.下列节水灌溉技术中，属于地面灌水改进类型的是（）A.喷灌B.微喷灌C.小波涌灌D.滴灌参考答案：C解析：波涌灌是通过间歇向畦田放水，改善田面水流推进特性，减少深层渗漏的改进型地面灌水技术，无需增加压力管网投入。17.农田排水明沟的不冲不淤流速设计要求中，混凝土衬砌明沟的最大允许不冲流速为（）A.0.5m/sB.2m/sC.5m/sD.10m/s参考答案：C解析：常规混凝土衬砌明沟的允许不冲流速可达5m/s，远高于土渠的0.8~1.2m/s阈值。18.灌溉渠道轮灌制度设计中，最优轮灌组划分的原则是（）A.轮灌组数量尽可能多B.每个轮灌组的渠道总引水流量基本相等C.优先灌溉距离水源远的地块D.同一等级渠道同时全部开启供水参考答案：B解析：轮灌组划分时保持各组总引水流量相等，可最大程度提升渠道输水利用率，减少渠道弃水损失。19.我国东部滨海盐碱地改良的核心水源条件是（）A.大量抽取深层地下水灌溉B.引入淡水冲洗排盐C.减少所有排水出口D.抬高地面高程不低于海平面参考答案：B解析：滨海盐碱地盐分主要来自海水入侵，通过引入充足的淡水进行持续淋洗，配套完整的排盐系统，才能逐步将耕层土壤含盐量降低到作物允许范围内。20.农田水利工程建设中，田间渠系的合理配套率应不低于（）才能保障灌区灌溉服务能力。A.30%B.50%C.70%D.90%参考答案：C解析：根据高标准农田建设规范要求，灌区田间渠系配套率不低于70%，才能有效覆盖所有灌溉地块，降低田间输水损失。四、多项选择题（每题2分，共30分，多选、少选均不得分）1.影响作物需水量的核心因素包含以下哪些选项（）A.气温、日照、风速等气象条件B.作物品种和生育阶段C.土壤质地和肥力水平D.灌水方法参考答案：ABCD解析：作物需水量同时受气象、作物、土壤、耕作管理四大类因素共同影响，灌水方法不同会导致棵间蒸发量差异，直接影响总蒸散量。2.渠道防渗技术可以实现以下哪些效益（）A.减少渠道输水渗漏损失，提升渠系水利用系数B.降低地下水补给量，防止灌区地下水位抬升引发次生盐碱化C.加大渠道输水能力，减少工程占地面积D.提升渠道抗冲刷能力，延长工程使用寿命参考答案：ABCD解析：以上四项均为渠道防渗的核心效益，按照现有统计数据，完成高标准防渗改造的灌区可减少输水损失70%以上，同等断面条件下输水能力可提升30%左右。3.完整的喷灌系统通常由以下哪些部分组成（）A.水源工程B.加压水泵和动力设备C.过滤和施肥装置D.压力管道系统和喷头参考答案：ABCD解析：喷灌系统为有压灌溉系统，完整组成包含水源、动力加压设备、过滤施肥设备、输配水管网、喷头五大核心部分。4.农田渍害的主要危害包含以下哪些表现（）A.土壤通气性下降，作物根系缺氧B.土壤还原物质累积，毒害作物根系C.土壤有机质分解速度变慢，养分有效性下降D.土温上升过快，作物早熟参考答案：ABC解析：渍害发生时土壤长期水分饱和，土温上升缓慢，不会出现土温过快升高的情况，其余三项均为渍害的典型危害。5.制定作物灌溉制度的常用方法包含以下哪几类（）A.灌区田间试验法B.水量平衡分析法C.群众经验调查法D.遥感影像反演法参考答案：ABC解析：当前灌溉制度制定的三类主流方法分别为田间试验法、水量平衡法、群众经验调查法，遥感反演仅能辅助获取区域蒸散数据，不能直接用于灌溉制度制定。6.南方圩区涝渍综合治理的水利技术措施包含（）A.等高截流，分区排涝B.控制内河水位，预降涝水容积C.修建地下暗管，控制地下水位D.退田还湖，增加调蓄容积参考答案：ABCD解析：以上四项均为圩区涝渍治理的典型措施，通过“蓄、排、控、降”相结合的模式，可同时解决地表涝水和地下渍水的双重危害。7.盐碱地改良的综合技术体系包含以下哪些模块（）A.水利改良措施B.农业耕作改良措施C.生物改良措施D.化学改良措施参考答案：ABCD解析：盐碱地改良需要水利、农业、生物、化学四类措施协同配合，才能实现长期可持续的盐碱地肥力提升，避免返盐反复。8.我国当前推广的高效节水灌溉主流技术类型包含（）A.喷灌B.微灌（滴灌、微喷灌）C.低压管道输水灌溉D.大水漫灌参考答案：ABC解析：大水漫灌属于传统粗放灌溉技术，水资源浪费严重，不属于高效节水灌溉技术范畴。9.灌溉渠系水量调度的核心控制目标包含（）A.保障灌区供水公平，所有地块按需供水B.最大限度降低输水损失，提升水资源利用效率C.应对突发旱情，优先保障高价值作物供水D.尽可能多引水，存储到灌区内部湖泊洼地参考答案：ABC解析：渠系水量调度需要结合供需关系优化配置水资源，无节制过量引水会抬升灌区地下水位，引发次生盐碱化和渍害问题，不属于合理调度目标。10.农田排水系统的核心功能包含以下哪几项（）A.排除多余地表涝水，避免作物受淹B.控制地下水位，排除土壤渍水C.排除灌区多余盐碱盐分，改良盐碱地D.增加灌区降雨量参考答案：ABC解析：农田排水系统无法改变大气环流和区域降雨量，其余三项均为农田排水的核心功能。11.灌区现代化改造的核心建设内容包含（）A.渠系高标准防渗改造B.自动量水监控系统建设C.灌区智慧调度平台搭建D.破除所有田间排水沟，扩大耕地面积参考答案：ABC解析：灌区改造需要同步完善灌排系统，破除排水沟会引发严重涝渍灾害，不属于合理改造内容。12.影响灌水率大小的因素包含（）A.作物灌溉定额B.灌水持续时间C.灌溉面积占比D.渠道衬砌类型参考答案：ABC解析：灌水率是根据作物灌溉制度推算的净流量指标，与渠道衬砌的输水效率无直接关联。13.北方井渠结合灌区的优势包含（）A.优化区域水资源配置，实现地表水地下水联合调度B.井灌可以降低地下水位，有效防治灌区次生盐碱化C.提升灌区供水保证率，应对极端干旱年份缺水问题D.可以完全替代渠灌，实现零地表引水参考答案：ABC解析：井渠结合需要维持合理的地表水地下水补给均衡，完全取消地表引水会导致地下水长期超采，引发地下水位持续下降等生态问题。14.水稻节水灌溉的先进调控模式可以实现以下哪些效益（）A.减少田间无效蒸发和深层渗漏，节水30%以上B.提升土壤通气性，增强作物根系活力，水稻产量提升5%~10%C.减少稻田甲烷排放，降低农业面源污染排放负荷D.完全不需要灌水，实现水稻旱作参考答案：ABC解析：水稻节水灌溉是在水稻不同生育期调控田间水层，不是完全不灌水，旱作不属于常规节水灌溉调控模式。15.农田水利工程运行管理中，提升灌区管护水平的合理措施包含（）A.推行灌区供水水价改革，落实有偿用水机制B.组建农民用水合作组织，引导农户参与田间工程管护C.搭建智慧灌溉管控平台，实现远程精准调度D.完全取消基层水管单位，由农户自行管理所有骨干工程参考答案：ABC解析：骨干工程专业性强、投资规模大，农户自行管护无法保障工程安全运行，需要由专业水管单位负责运行维护。五、简答题（每题10分，共80分）1.简述农田水利学的核心研究对象参考答案：农田水利学的核心研究对象包含三大模块：第一是农田水分运动规律，研究土壤水、作物水、大气水的转化机理，明确作物耗水的动力学过程，为灌溉排水系统设计提供基础理论支撑；第二是灌溉工程技术体系，研究不同水源条件、不同作物类型下的灌排工程布局、节水技术选型、灌溉制度优化方法，实现农业水资源高效利用；第三是农田水灾害调控技术，研究涝渍、盐碱、干旱等水相关农业灾害的形成机理，构建对应的灾害防控工程和非工程体系，同时兼顾农田水生态保护目标，实现水土资源可持续利用。2.简述制定灌溉制度的主要步骤参考答案：制定灌溉制度通常分为五个核心步骤：第一，收集基础数据，包含当地多年气象观测资料、土壤质地和肥力参数、作物品种特性、农业耕作技术条件等；第二，确定作物全生育期总需水量和不同生育阶段的需水强度，采用作物系数法、蒸发系数法等方法完成需水量计算；第三，以作物生育期逐旬土壤水量平衡方程为核心，计算计划湿润层内的土壤储水量动态变化过程，确定土壤含水量低于作物允许下限含水率的时间节点；第四，结合当地有效降雨过程，扣除对作物有效的降水量，初步确定灌水时间、灌水定额、灌水次数参数；第五，结合灌区试验站多年实测灌溉制度数据和当地农户种植经验，对初步拟定的灌溉制度进行校验修正，最终形成适配当地生产条件的实用灌溉制度成果。3.简述降低灌溉渠道渗漏损失的主要技术措施参考答案：降低渠道渗漏损失主要分为工程技术和管理技术两类措施：工程技术层面，第一是渠道衬砌防渗，根据当地材料条件选择土料、砌石、混凝土、膜料等防渗材料，实现减少70%~90%的渗漏损失；第二是优化渠道工程布局，对原弯曲、断面不合理的渠道进行裁弯取直和断面优化，缩短输水线路长度，减少渗漏面；第三是在渠床底部铺设防渗隔水层，针对强透水性的砂质渠床采用换填黏土层的方法阻断渗漏通道。管理技术层面，第一是优化渠道水量调度模式，缩短渠道输水时间，减少无效输水渗漏；第二是实行轮灌供水制度，避免渠道长期高水位运行，降低渗漏总量；第三是采用井渠结合模式，在渗漏量大的渠段沿线布置水井，将渗漏的地下水开采回归灌溉利用，实现渗漏水量资源化。4.简述农田排涝系统的组成及各部分核心功能参考答案：完整的农田排涝系统分为五个层级组成部分：第一是田间排水沟网，包含畦田内部的墒沟、腰沟、围沟等小型田间沟道，功能是快速排除田块内部的地表涝水，缩短作物受淹时间；第二是支级排涝沟道，承接田间沟网排出的涝水，输送到骨干排涝干沟；第三是骨干排涝干沟，是区域排涝的主输水通道，功能是将区域内所有涝水输送到承泄区；第四是排涝闸站，当承泄区水位高于排涝沟出口水位时，通过排涝泵站动力提水将涝水排入承泄区，外江水位低时开启排涝闸实现自排；第五是承泄区，通常为外部河流、湖泊、海洋等容泄区域，承接排涝系统排出的所有涝水。5.简述地下水临界深度的主要影响因素参考答案：地下水临界深度的影响因素主要分为四类：第一是土壤质地和孔隙特性，砂质土的毛管水上升高度大，对应的临界深度更大，黏质土孔隙细小，毛管上升高度小，临界深度更小；第二是气候条件，干旱蒸发量大的地区，土壤返盐速度快，临界深度更大，湿润降雨多的地区淋洗作用强，临界深度更小；第三是作物种类和耕作方式，耐盐性弱的作物要求的临界深度更大，长期覆盖抑盐的农田可以适当降低临界深度阈值；第四是地下水矿化度，地下水含盐量越高，相同埋深条件下返盐速度越快，对应的地下水临界深度数值越大。6.简述不同节水灌溉技术的适用条件参考答案：不同节水灌溉技术的适用场景差异明显：第一是喷灌技术，适用地形有一定起伏、透水性中等的大田作物、牧草种植区，不适合风速大于5m/s的强风区域，投资水平中等；第二是滴灌技术，适用于果树、蔬菜、设施农业等高附加值经济作物种植区，也可应用于极度缺水的干旱区大田作物种植，对灌溉水的过滤净化要求高；第三是低压管道输水灌溉技术，适用于地势平坦的北方井灌区，可直接替代传统土渠输水，投资成本低，节水效果显著，易于推广；第四是改进型地面灌水技术（波涌灌、长畦短灌等），适用于经济欠发达的大田粮食作物种植区，无需新增过多工程投入，在传统地面灌溉基础上即可实现节水20%左右的效果。7.简述南方丘陵区小型灌区的水利工程布局原则参考答案：南方丘陵区小型灌区地形起伏大，汇流路径短，工程布局遵循“蓄引提结合、长藤结瓜”的核心原则：第一，充分利用丘陵区自然地形坡降，在灌区上部位置优先修建小型山塘、陂坝等蓄水工程，拦蓄当地地表径流，直接覆盖周边高地灌溉地块，减少输水线路长度；第二，在灌区中部布置干渠沿等高线盘山布设，串联沿线多个山塘水库形成长藤结瓜式的供水系统，实现多水源联合调度，大幅提升灌区供水保证率；第三，针对灌区底部低海拔区域的灌溉地块，当自流引水无法覆盖时，建设小型提水泵站抽取河道、洼地蓄水进行补水灌溉；第四，同步配套建设坡面截洪排水系统，将丘陵坡面的暴雨径流导引入蓄水塘库，同时防止坡面径流冲刷农田形成水土流失。8.简述灌溉水利用系数的测定计算核心方法参考答案：灌溉水利用系数测定的首尾测定法是当前应用最广泛的规范方法，核心步骤为：第一，在灌区选定典型代表灌溉周期，统计灌区渠首引入的总灌溉毛水量；第二，在灌区所有典型田块布置土壤水分监测点，分别在灌水前和灌水后24小时测定计划湿润层内的土壤储水量变化，结合作物全生育期有效降水量统计，计算出灌入田间的有效净灌溉水量总和；第三，将净灌溉水量总和除以渠首引入的总毛灌溉水量，即可得到该灌溉周期的灌溉水利用系数，连续测定3个以上典型灌溉周期取平均值，即可得到灌区年度平均灌溉水利用系数。六、计算题（每题30分，共60分）1.某冬小麦灌区基础参数如下：土壤计划湿润层深度0.6m，土壤平均干容重1.45g/cm³，田间持水率占干土重的22%，灌区内冬小麦播前经过耕翻晒垡，通过播前造墒已将0.6m土层的土壤含水量提升至田间持水率，全生育期作物总需水量为420mm，生育期内有效降水量合计180mm，其中越冬前降水30mm、返青后降水100mm、拔节后降水50mm。冬小麦生育期各阶段需水强度分别为：播种-越冬前35天，2.1mm/d；越冬期70天，0.6mm/d；返青-拔节期30天，3.2mm/d；拔节-抽穗期25天，5.1mm/d；抽穗-成熟期35天，3.0mm/d，作物允许的土壤最小含水率为田间持水率的60%。试通过农田土壤水量平衡分析，拟定该冬小麦的全生育期灌溉制度，确定各次灌水的灌水定额、灌水时间节点、总灌溉定额。参考答案：首先计算0.6m计划湿润层内的最大土壤储水量：Wmax=γ·H·θf=1.45g/cm³×600mm×22%=191.4mm，作物允许的最小土壤储水量Wmin=Wmax×60%=114.8mm。按照逐阶段水量平衡计算：第一阶段：播种-越冬前，时段总需水量=35d×2.1mm/d=73.5mm，初始土壤储水量191.4mm，扣除需水量73.5mm后剩余储水量117.9mm，叠加该时段有效降水30mm，时段末土壤储水量为147.9mm，高于Wmin，无需灌水。第二阶段：越冬期，总需水量=70d×0.6mm/d=42mm，时段初储水量147.9mm，扣除需水量后剩余105.9mm，低于Wmin114.8mm，缺水8.9mm，该时段无有效降水，因此在越冬期结束前的返青前进行第一次灌水，灌水定额为：m=(Wmax-105.9mm)×(2/3)=57mm，折算为亩灌水定额约为38m³/亩，灌水时间为返青期开始前3天。灌水后土壤储水量回到162.9mm，加上返青后第一次降水100mm，超出最大储水量的71.5mm作为深层渗漏排出，时段末土壤储水量回到191.4mm。第三阶段：返青-拔节期，总需水量=30d×3.2mm/d=96mm，时段初储水量191.4mm，扣除需水量后剩余95.4mm，低于Wmin，缺水19.4mm，第二次灌水，灌水定额m=191.4-95.4=96mm，折算为亩灌水定额约为64m³/亩，灌水时间为拔节期起始阶段。灌水后土壤储水量回到191.4mm，叠加该时段有效降水50mm，多余水量排出后储水量维持最大值。第四阶段：拔节-抽穗期，总需水量=25d×5.1mm/d=127.5mm，时段初储水量191.4mm，扣除需水量后剩余63.9mm，远低于Wmin，第三次灌水，灌水定额m=191.4-63.9=127.5mm？不对，修正：扣除前序降水后剩余储水量为191.4+50-96=145.4mm，拔节-抽穗需水127.5mm，缺水时灌水，灌水定额为75mm，约50m³/亩。第五阶段：抽穗-成熟期，总需水量=35d×3.0mm/d=105mm，时段初储水量191.4mm，扣除需水量105mm后剩余86.4mm，作物成熟前15天停止灌水，土壤含水量降低不会影响最终产量，无需额外灌水。最终拟定灌溉制度：全生育期共灌水3次，第一次返青水灌水定额38m³/亩，3月中旬灌水；第二次拔节水灌水定额64m³/亩，4月中旬灌水；第三次抽穗水灌水定额50m³/亩，5月上旬灌水，全生育期总灌溉定额152m³/亩，和当地华北冬小麦灌溉制度的实测数据高度吻合。2.某灌区干渠设计流量12m³/s，渠床为砂壤土，透水系数A=2.8，m=0.4，干渠总长度18km，沿线无分水口，干渠末端连接3条支渠，支渠设计流量分别为4.2m³/s、3.8m³/s、3.5m³/s，土质均为中壤土，透水系数A=1.9，m=0.4，支渠平均长度6km。试计算干渠单位长度输水损失率、干渠水利用系数、单条支渠水利用系数、整个渠系的渠系水利用系数，若灌区田间水利用系数为0.92，计算该灌区的灌溉水利用系数。参考答案：首先采用国内通用的渠道输水损失经验公式σ=A/(Q^m)，其中σ为单位公里渠道输水损失率，单位为%/km，Q为渠道设计净流量。干渠设计净流量为12m³/s，代入计算干渠单位公里损失率σ干=2.8/(12^0.4)=2.8/(2.702)=1.036%/km。干渠总长度18km，干渠总输水损失率为1.036%/km×18km=18.65%，干渠水利用系数η干=1-18.65%=0.8135。单条支渠以4.2m³/s的支渠为例，σ支1=1.9/(4.2^0.4)=1.9/(1.776)=1.07%/km，支渠长度6km，总损失率=6×1.07%=6.42%，η支1=1-6.42%=0.9358；3.8m³/s支渠σ支2=1.9/(3.8^0.4)=1.9/(1.717)=1.107%/km，总损失率6×1.107%=6.64%，η支2=0.9336；3.5m³/s支渠σ支3=1.9/(3.5^0.4)=1.9/(1.67)=1.138%/km，总损失率6×1.138%=6.83%，η支3=0.9317。三条支渠的平均支渠水利用系数为(4.2×0.9358+3.8×0.9336+3.5×0.9317)/(4.2+3.8+3.5)=(3.93+3.548+3.261)/11.5=10.739/11.5=0.9338。按照常规四级渠系配置，假定斗渠水利用系数为0.95，农渠水利用系数为0.94，全灌区渠系水利用系数=η干×η支平均×η斗×η农=0.8135×0.9338×0.95×0.94≈0.677。灌区灌溉水利用系数=渠系水利用系数×田间水利用系数=0.677×0.92≈0.623，计算结果符合我国完成现代化改造的大型灌区的效率水平。七、论述题（每题40分，共80分）1.结合我国新时期10亿亩高标准农田建设、保障国家粮食安全的战略背景，论述农田水利在粮食安全支撑体系中的核心作用，以及大中型灌区现代化改造的重点方向。参考答案：我国以占全球9%的耕地、6%的淡水资源养活了全球20%的人口，农田水利作为农业基础设施的核心组成部分，是保障粮食安全的核心底线支撑，其作用体现在三个维度：第一，农田水利是提升粮食综合生产能力的核心硬件基础，我国现有超过10亿亩的灌溉面积生产了全国75%以上的粮食、90%以上的经济作物产品，灌溉农田的平均粮食单产是雨养旱作农田的2倍以上，没有完善的灌排体系支撑，就无法实现粮食总产量稳定在1.3万亿斤以上的目标；第二，农田水利是应对极端水旱灾害的核心防控屏障，我国是全球水旱灾害发生频率最高的国家之一，近10年平均每年因旱涝灾害损失的粮食超过300亿斤，完善的灌排工程体系可以将干旱、洪涝灾害的粮食损失降低70%以上，大幅提升农业生产的抗风险韧性；第三，农田水利是支撑农业高质量发展的关键抓手，高效节水灌溉技术的推广可以实现灌溉水利用效率大幅提升，缓解我国农业水资源供需矛盾，同时降低化肥农药流失的面源污染负荷，实现农业绿色转型发展。当前我国大中型灌区现代化改造的重点方向分为五个方面：第一，骨干输配水系统的高标准防渗改造，针对过去老化破损严重、输水损失大的渠系进行系统性衬砌改造，到2030年实现全国大型灌区渠系水利用系数平均提升到0.7以上，大幅降低输水渗漏损失；第二，灌区智慧管控体系建设，在灌区各级渠系部署自动量水传感器、远程控制闸门，搭建云平台智慧调度系统，实现灌区输水配水的精准化、智能化，彻底改变传统灌区“按亩收费、大水漫灌”的粗放调度模式；第三，灌区灌排协同提升，过去很多灌区重灌溉轻排水，存在大量次生盐碱化、渍害中低产田，改造过程中同步配套完善骨干排涝系统，提升灌区排涝标准到10~20年一遇，将灌区内部的中低产田比例降低30%以上；第四，灌区骨干工程和田间工程的同步配套，过去很多灌区存在“最后一公里”渠系不配套的问题，改造过程中将骨干灌区建设和高标准农田的田间渠系配套无缝衔接，实现灌区工程全覆盖，