第二章-作物需水量和灌溉用水量PPT課件

1 第一節(jié)作物需水量 第二節(jié)作物灌溉制度 第三節(jié)灌溉用水量 第四節(jié)灌水率 第二章作物需水量和灌溉用水量 2 第一節(jié)作物需水量 一 作物需水量及影響因素 作物根系吸水 也稱植株蒸騰植株間水分蒸發(fā) 也稱棵間蒸發(fā)滲漏 深層滲漏 旱作物田間滲漏 水稻 農(nóng)田水分消耗 3 植株蒸騰 作物將根系從土壤中吸收的水分 通過(guò)葉片的氣孔蒸散到大氣中的現(xiàn)象 棵間蒸發(fā) 植株間土壤或田面的水分蒸發(fā) 深層滲漏 旱地中由于降雨量或灌溉水量太多 使土壤水分超過(guò)了田間持水量 向根系吸水層以下土層滲漏的現(xiàn)象 蒸騰 蒸發(fā) 4 作物需水量 生長(zhǎng)在大面積上的無(wú)病蟲(chóng)害作物 土壤水分和肥力適宜時(shí) 在給定的生長(zhǎng)環(huán)境中能取得高產(chǎn)潛力的條件下為滿足植株蒸騰 棵間蒸發(fā) 組成植株體所需要的水量 1 作物需水量 在實(shí)際中由于組成植株體的水分只占總需水量中很微小的一部分 一般小于1 而且這一小部分的影響因素較復(fù)雜 難于準(zhǔn)確計(jì)算 故人們均將此部分忽略不計(jì) 即認(rèn)為作物需水量就等于植株蒸騰量和棵間蒸發(fā)量之和 即所謂的 蒸發(fā)蒸騰量 作物需水量 植株蒸騰 株間蒸發(fā) 騰發(fā)量 5 作物耗水量 簡(jiǎn)稱耗水量 就某一地區(qū)而言 指具體條件下作物獲得一定產(chǎn)量時(shí)實(shí)際所消耗的水量 需水量是一個(gè)理論值 又稱為潛在蒸散量 或潛在騰發(fā)量 而耗水量是一個(gè)實(shí)際值 又稱實(shí)際蒸散量 需水量與耗水量的單位一樣 常以m3畝 1或mm水層表示 2 田間耗水量 稻田耗水量 作物需水量 田間滲漏 旱地耗水量 作物需水量 6 3 作物需水量特點(diǎn) 作物在不同生長(zhǎng)階段的需水規(guī)律為 隨著作物的生長(zhǎng)和葉面積的增加 需水量值也不斷增大 在作物苗期 需水量值較小 當(dāng)作物進(jìn)入生長(zhǎng)盛期 需水量增加很快 葉面積最大時(shí) 作物需水量出現(xiàn)高峰 到作物成熟期 需水量值又迅速下降 每種作物都有需水高峰期 需水高峰期一般處于作物生長(zhǎng)旺盛階段 如冬小麥有兩個(gè)需水高峰期 第一個(gè)高峰在分蘗期 第二高峰在開(kāi)花至乳熟期 大豆的需水高峰在開(kāi)花結(jié)莢期 谷子的需水高峰為開(kāi)花 乳熟期 玉米為抽雄 乳熟期 1 同一作物不同生育階段對(duì)水分要求不同 7 作物在不同生育時(shí)期對(duì)缺水的敏感程度不同 在作物整個(gè)生育期中通常把對(duì)缺水最敏感 缺水對(duì)產(chǎn)量影響最大的時(shí)期稱為作物需水臨界期或需水關(guān)鍵期 各種作物需水臨界期不完全相同 在作物需水臨界期缺水 會(huì)對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)生很大影響 農(nóng)作物產(chǎn)量影響最大的時(shí)期分別為 3 作物需水量特點(diǎn) 2 作物種類不同對(duì)水分要求不同 水稻 孕穗 開(kāi)花棉花 開(kāi)花 結(jié)鈴期小麥 拔節(jié) 灌漿期玉米 抽雄 乳熟期 8 3 作物需水量特點(diǎn) 3 地區(qū)自然條件不同作物需水量不同 土壤 土壤含水率 土壤質(zhì)地 地下水埋深氣象 蒸發(fā) 降雨 4 農(nóng)業(yè)技術(shù)措施不同 作物需水情況不同 免耕秸稈或薄膜覆蓋深翻深松 9 自然因素 氣象條件 土壤特征 作物性狀等人為因素 農(nóng)田灌排措施 農(nóng)業(yè)耕作措施等 1 氣象因素氣象因素是影響作物需水量的主要因素 它不僅影響蒸騰速率 也直接影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育 氣象因素對(duì)作物需水量的影響 往往是幾個(gè)因素同時(shí)作用 很難將各個(gè)因素的影響一一分開(kāi) 當(dāng)氣溫高 日照時(shí)數(shù)多 相對(duì)濕度小時(shí) 需水量會(huì)增加 4 影響作物需水量的因素 10 2 土壤特征土壤含水狀況 土壤質(zhì)地 地下水埋深等 4 影響作物需水量的因素 3 作物因素不同種類的作物需水量有很大的差異 如就小麥 玉米 水稻而言 水稻 小麥 玉米 不同品種的作物需水量有很大差異 如耐旱品種需水量小 不同生育階段需水量不同 不同長(zhǎng)勢(shì)的作物需水量不同 4 農(nóng)業(yè)耕作措施灌水后適時(shí)耕耙保墑 中耕松土 將土壤表面形成一個(gè)疏松層 這樣就可以減少水分的消耗 5 農(nóng)田灌溉排水措施 11 二 作物需水量計(jì)算 兩類計(jì)算方法 1 直接計(jì)算出作物需水量的方法 全生育階段 需水系數(shù)法 值法 水面蒸發(fā) ET E0ET E0 bK值法 產(chǎn)量 ET KYET KYn c生育階段 模系數(shù)法ETi KiET 100 2 基于參照作物需水量計(jì)算實(shí)際作物需水量 ETc kcET0Kc 作物系數(shù)ET0 參考作物騰發(fā)量 計(jì)算以往常用FAO 1979 的修正Penman法 最新FAO 1998 Penman Monteith法 12 二 作物需水量計(jì)算 1 直接計(jì)算需水量的方法 1 值法 以水面蒸發(fā)為參數(shù)的需水量計(jì)算法水面蒸發(fā)量與作物需水量之間存在一定程度的相關(guān)關(guān)系 因此可用水面蒸發(fā)量這一參數(shù)來(lái)計(jì)算作物需水量 與ET同時(shí)段的水面蒸發(fā)量 某時(shí)段內(nèi)的作物需水量 mm 13 二 作物需水量計(jì)算 1 直接計(jì)算需水量的方法 1 值法 需水系數(shù)或蒸發(fā)系數(shù) 為需水量與水面蒸發(fā)量的比值 由實(shí)測(cè)資料確定 一般水稻田的 0 9 1 3 旱作的 0 3 0 7 作物全生育期內(nèi)各生長(zhǎng)階段的 值是各不相同的 其最大值出現(xiàn)在作物生長(zhǎng)旺期 而發(fā)芽出苗期則最小 所以在分階段計(jì)算作物需水量時(shí) 各階段應(yīng)分別選取不同的 值 一般水稻用 值法比旱作物用此法好 14 2 K值法 以產(chǎn)量為參數(shù)的需水量計(jì)算法 1 直接計(jì)算需水量的方法 作物產(chǎn)量反映了水 土 肥 熱 氣 光等因素的協(xié)調(diào)及農(nóng)業(yè)措施的綜合作用 在一定條件下 作物需水量將隨產(chǎn)量的提高而增加 但是需水量的增加并不與產(chǎn)量成比例 單位產(chǎn)量的需水量隨產(chǎn)量的增加而逐漸減小 說(shuō)明當(dāng)作物產(chǎn)量達(dá)到一定水平后 要進(jìn)一步提高產(chǎn)量就不能僅靠增加水量 而必須同時(shí)改善作物生長(zhǎng)所必需的其它條件 產(chǎn)量Y 15 2 K值法 以產(chǎn)量為參數(shù)的需水量計(jì)算法 式中 K n c由實(shí)驗(yàn)確定 此法簡(jiǎn)便 只要確定計(jì)劃產(chǎn)量后便可算出需水量 同時(shí) 此法使需水量與產(chǎn)量相聯(lián)系 便于進(jìn)行灌溉經(jīng)濟(jì)分析 作物全生育期內(nèi)總需水量 m3 畝 需水系數(shù) 作物單位面積產(chǎn)量 kg 畝 1 直接計(jì)算需水量的方法 對(duì)于旱作物 在土壤水分不足而影響高產(chǎn)的情況下 需水量隨產(chǎn)量的提高而增大 用此法推算較可靠 但對(duì)于土壤水分充足的旱田以及水稻田 需水量主要受氣象條件控制 產(chǎn)量與需水量關(guān)系不明確 用此法推算的誤差較大 16 3 階段作物需水量 實(shí)踐中的模比系數(shù)法 先確定全生育期作物需水量 估算出作物各生育階段的需水量 然后按照各生育階段需水規(guī)律 以一定比例進(jìn)行分配 即 某一生育階段的作物需水量 模比系數(shù) 日需水量 作物每日所需水量 作物的日需水量和模比系數(shù) 是制定灌溉制度和合理用水的重要依據(jù) 1 直接計(jì)算需水量的方法 17 2 基于參照作物需水量計(jì)算實(shí)際作物需水量參照作物需水量ET0 指的是土壤水分充足 地面完全覆蓋 生長(zhǎng)正常 高矮整齊的開(kāi)闊 長(zhǎng) 寬均在200m以上 綠草地 高3 15cm 的蒸發(fā)蒸騰量 參照作物需水量只受氣象條件的影響 目前采用的計(jì)算作物需水量方法 大致分為以下兩步 第一步 考慮氣象因素對(duì)作物需水量的影響 計(jì)算參照作物蒸發(fā)蒸騰量ET0 第二步 考慮土壤水分及作物條件的影響 對(duì)參照作物需水量進(jìn)行調(diào)整或修正 從而計(jì)算出實(shí)際需水量ET 18 第一步 參照作物需水量ET0的計(jì)算 2 基于參照作物需水量計(jì)算實(shí)際作物需水量 計(jì)算參照作物需水量的方法有很多 最著名的 應(yīng)用最廣泛的是Penman公式 19 第二步 實(shí)際作物需水量ET的計(jì)算 Kc 作物系數(shù) 與作物種類 品種 生育期 作物群體葉面積有關(guān) 實(shí)測(cè)結(jié)果表明 Kc在作物全生育期的變化規(guī)律是 前期和后期相對(duì)較小 生長(zhǎng)盛期較大 實(shí)際作物的需水量與參考作物需水量?jī)烧呤軞庀笠蛩氐挠绊懢哂型叫缘?因此 此時(shí)作物需水量可由參照作物蒸發(fā)蒸騰量乘以作物系數(shù)得到 ET0的計(jì)算只考慮了氣象因素對(duì)需水量的影響 實(shí)際作物需水量ET還應(yīng)考慮作物與土壤因素進(jìn)行修正 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 第二節(jié)農(nóng)作物的灌溉制度 灌溉制度 指特定作物在一定的氣候 土壤 供水等自然條件和一定的農(nóng)業(yè)技術(shù)措施下 為了獲得高產(chǎn)或高效 所制訂的向農(nóng)田灌水的方案 包括作物播種前 或水稻栽秧前 及全生育期內(nèi)的灌水次數(shù) 每次灌水的灌水日期 灌水定額以及灌溉定額 灌水定額 指一次灌水單位面積上的灌水量 灌溉定額 指作物全生育期各次灌水定額之和 灌水定額及灌溉定額常以m3 hm2或mm表示 灌水次數(shù) 農(nóng)作物在整個(gè)生育期中實(shí)施灌溉的次數(shù) 灌水時(shí)間以作物生育期或年 月 日表示 32 灌溉制度隨作物種類 品種和自然條件及農(nóng)業(yè)技術(shù)措施的不同而變化 由于擬建灌區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)或已建灌區(qū)管理工作的需要 灌溉制度一般都需在灌水季節(jié)前加以確定 帶有部分估算 預(yù)報(bào) 性質(zhì) 因此 必須以作物需水規(guī)律和氣象條件 特別是降水 等作為主要依據(jù) 從當(dāng)?shù)鼐唧w條件出發(fā) 針對(duì)不同水文年份 擬定濕潤(rùn)年 降雨量頻率為25 中等年 頻率為50 和中等干旱年 頻率為75 及特旱年 頻率為95 四種類型的灌溉制度 也就是說(shuō)同一種作物在不同水文年有不同的灌溉制度 一般在灌溉工程規(guī)劃 設(shè)計(jì)中多采用中等干旱年的灌溉制度作為標(biāo)準(zhǔn) 33 灌溉制度是灌溉工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ) 是已建成灌區(qū)編制和執(zhí)行用水計(jì)劃 合理用水的重要依據(jù) 灌溉制度關(guān)系到灌區(qū)內(nèi)作物產(chǎn)量 效益 和品質(zhì)的提高 及灌區(qū)水土資源的充分利用和灌溉工程設(shè)施效益的發(fā)揮 34 一 充分灌溉條件下的灌溉制度 在灌區(qū)規(guī)劃 設(shè)計(jì)或管理中 常采用以下幾種方法來(lái)確定灌溉制度 1 根據(jù)群眾豐產(chǎn)灌水經(jīng)驗(yàn)確定作物灌溉制度經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐 摸索 各地群眾都積累了不少確定灌溉制度的經(jīng)驗(yàn)與方法 這些經(jīng)驗(yàn)是制定灌溉制度的重要依據(jù) 應(yīng)成為制定灌溉制度最寶貴的資料 灌溉制度調(diào)查應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求的水文年份 仔細(xì)調(diào)查這些年份不同生育期的作物田間耗水強(qiáng)度 mm d 及灌水次數(shù) 灌水時(shí)間 灌水定額及灌溉定額 并由此確定這些年份的灌溉制度 1 制定灌溉制度的方法 35 一 充分灌溉條件下的灌溉制度 1 根據(jù)群眾豐產(chǎn)灌水經(jīng)驗(yàn)確定作物灌溉制度 我國(guó)北方地區(qū)幾種主要旱作物的灌溉制度 調(diào)查 1 制定灌溉制度的方法 36 一 充分灌溉條件下的灌溉制度 2 根據(jù)灌溉試驗(yàn)資料制定灌溉制度長(zhǎng)期以來(lái) 我國(guó)各地的灌溉試驗(yàn)站已進(jìn)行了多年灌溉試驗(yàn)工作 積累了一大批相關(guān)的試驗(yàn)觀測(cè)資料 這些資料為制定灌溉制度提供了重要的依據(jù) 1 制定灌溉制度的方法 37 一 充分灌溉條件下的灌溉制度 1 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水量平衡法以作物各生育期內(nèi)水層變化 水田 或土壤水分變化 旱田 為依據(jù) 從對(duì)作物充分供水的觀點(diǎn)出發(fā) 要求在作物各生育期內(nèi)水層變化 水田 或計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)的土壤含水量維持在作物適宜水層深度或土壤含水量的上限和下限之間 降至下限時(shí)則應(yīng)進(jìn)行灌水 以保證作物充分供水 應(yīng)用時(shí)要參考 結(jié)合前幾種方法的結(jié)果 這樣才能使得所制定的灌溉制度更為合理與完善 38 2 水稻灌溉制度 39 2 水稻灌溉制度 水稻本田的灌溉制度 可分別針對(duì)泡田期及插秧以后的生育期進(jìn)行設(shè)計(jì) 1 泡田期泡田期的灌溉用水量 泡田定額 可用下式確定 M1 0 667 h0 S1 e1t1 P1 式中M1 泡田期灌溉用水量 m3 畝 h0 插秧時(shí)田面所需的水層深度 mm S1 泡田期的滲漏量 即開(kāi)始泡田到插秧期間的總滲漏量 mm t1 泡田期的日數(shù) e1 t1時(shí)期 泡田期 內(nèi)水田田面平均蒸發(fā)強(qiáng)度 mm d 可用水面蒸發(fā)強(qiáng)度代替 P1 t1時(shí)期內(nèi)的降雨量 mm 40 通常 泡田定額按照土壤 地勢(shì) 地下水埋深等類似田塊的實(shí)測(cè)資料決定 一般h0 30 50cm條件下 泡田定額可采取以下數(shù)值 粘土 壤土 50 80m3 畝 中壤土 砂壤土 80 120m3 畝 輕砂壤土 100 160m3 畝 2 水稻灌溉制度 1 泡田期 41 2 水稻灌溉制度 2 生育期 水量平衡原理 水量平衡方程 h1 P m s c E h2式中h1 時(shí)段初田面水層深度 P 時(shí)段內(nèi)降雨量 m 時(shí)段內(nèi)的灌水量 s 時(shí)段內(nèi)滲漏量c 時(shí)段內(nèi)排水量 E 蒸發(fā)量 h2 時(shí)段末田面水層深度 式中各數(shù)值均以mm計(jì) 42 2 水稻灌溉制度 2 生育期 水量平衡原理 如圖所示 m為灌溉量 P為降雨 E為蒸發(fā)量 c為排水量 s為滲漏量 初始水層深為h1 對(duì)任一時(shí)段 h1 P m s c E h2m h2 s c E h1 P 43 如果時(shí)段初的農(nóng)田水分處于適宜水層 水田 上限 hmax 經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)段的消耗 田面水層降到適宜水層的下限 hmin 這時(shí)如果沒(méi)有降雨 則需進(jìn)行灌溉 灌水定額即為 m hmax hmin 當(dāng)確定了各階段適宜水層hmax hmin以及各階段需水強(qiáng)度 即可采用圖解法推求水稻灌溉制度 3 圖解法推求作物灌溉制度 2 水稻灌溉制度 44 45 4 列表計(jì)算法擬定作物灌溉制度 列表法計(jì)算灌溉制度步驟 1 基本資料 生育期階段耗水強(qiáng)度 生育期降雨量 階段適宜水深 2 列表逐日計(jì)算 3 列出灌溉制度表 4 計(jì)算灌溉定額 例題 P35 2 水稻灌溉制度 46 經(jīng)計(jì)算 可求得灌水次數(shù)為10次 灌溉定額為340mm 即227立方米 畝 若泡田定額為80立方米 畝 則總灌溉定額為M 227 80 307m3 畝 由計(jì)算表可得到灌水時(shí)間和每次灌水量 由此得到灌溉制度的全部四個(gè)要素 47 注意點(diǎn) 2 水稻灌溉制度 計(jì)算時(shí)間應(yīng)從返青期前一天開(kāi)始 剛播秧的幾天內(nèi)水深允許低于hmin 防止漂秧 每次灌溉至少10mm以上 然后依次15 20 25 30mm等 需水臨界期充分灌溉 校核 48 例題1 用列表法制定水稻的灌溉制度 資料 1 某灌區(qū)擬種植雙季晚稻 設(shè)計(jì)年全生育期需水系數(shù) 1 4 水面蒸發(fā)量E 350 0mm 稻田日滲漏量為1 5mm d 2 灌水方法采用淺灌深蓄 各生育階段需水模系數(shù) 淹灌水層上下線及雨后允許最大深度見(jiàn)表1 1 3 設(shè)計(jì)年雙季晚稻生育期內(nèi)降雨量見(jiàn)表1 2 4 泡田定額為120mm 泡田末期 7月31日 田面水層為30mm 分蘗期末要求曬田 參照書(shū)中例題 35頁(yè) 49 表2 1水稻各生育階段需水系數(shù) 適宜水層上下限及雨后允許最大蓄水深 50 表2 2設(shè)計(jì)年雙季晚稻生育期內(nèi)的降雨量 51 3 旱作物的灌溉制度采用水量平衡制定旱作物的灌溉制度 以作物主要根系吸水層作為灌水的土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層 H 并要求該土層內(nèi)的儲(chǔ)水量能保持在作物所要求的范圍內(nèi) M 52 任一時(shí)間t時(shí)的土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)的儲(chǔ)水量 時(shí)段初的土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)的儲(chǔ)水量 時(shí)段內(nèi)保存在土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)的有效降雨量 時(shí)段內(nèi)的地下水補(bǔ)給量 時(shí)段內(nèi)的灌溉水量 時(shí)段內(nèi)的作物需水量 1 根據(jù)水量平衡原理制定旱作物灌溉制度 3 旱作物的灌溉制度 53 3 旱作物的灌溉制度 為了滿足作物正常生長(zhǎng)的要求 土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)的土壤含水量 或儲(chǔ)水量 必須經(jīng)常保持在一定的范圍之內(nèi) 即通常要求不小于最小允許含水量 min 或最小允許儲(chǔ)水量Wmin 和不大于最大允許含水量 max 或最大允許儲(chǔ)水量Wmax 當(dāng)計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)的平均土壤含水量 或儲(chǔ)水量 降低到或接近于最小允許值 min或Wmin 時(shí) 即需進(jìn)行灌溉 以補(bǔ)充土壤水分 維持作物的正常生長(zhǎng) 1 根據(jù)水量平衡原理制定旱作物灌溉制度 54 3 旱作物的灌溉制度 1 根據(jù)水量平衡原理制定旱作物灌溉制度 例如某時(shí)段內(nèi)沒(méi)有灌溉也沒(méi)有降雨 土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層也無(wú)變化 隨著時(shí)間的推移 土壤儲(chǔ)水量將降至下限 其水量平衡方程可寫(xiě)為 55 3 旱作物的灌溉制度 1 根據(jù)水量平衡原理制定旱作物灌溉制度 判斷是否需要灌 時(shí)段末的灌水定額 m3 畝 則為 注意單位換算 確定灌水時(shí)間 確定灌水量 比較 0 W0 與 min Wmin 或 56 旱作物的灌溉定額 土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)允許最大儲(chǔ)水量 土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)允許最小儲(chǔ)水量 土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層深度 計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)土壤孔隙率 占土壤體積的 允許的土壤最小含水率 占土壤空隙體積的 允許的土壤最大含水率 占土壤空隙體積的 計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)土壤干容重 57 計(jì)劃濕潤(rùn)層深度 H a 土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層深度 實(shí)施灌水時(shí)計(jì)劃調(diào)節(jié) 控制土壤水分狀況的土層深度 一般可取為作物的主要根系活動(dòng)層 計(jì)劃濕潤(rùn)層深度與作物種類 品種 生育階段 土壤性質(zhì)以及地下水埋深等因素有關(guān) 對(duì)某一特定作物其深度隨作物的生長(zhǎng)而增加 需根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況確定 3 旱作物的灌溉制度 2 旱作物灌溉制度的基本資料 58 2 旱作物灌溉制度的基本資料 冬小麥 棉花 玉米各生育期較典型的計(jì)劃濕潤(rùn)層深度 3 旱作物的灌溉制度 59 允許最大 最小含水率 max min max fc min wp b 2 旱作物灌溉制度的基本資料 冬小麥 棉花和玉米各生育階段要求的土壤適宜含水量 土壤適宜含水量介于 max與 min之間 隨作物品種及其生育階段 土壤性質(zhì)等因素而變化 3 旱作物的灌溉制度 60 降雨入滲量P0 c 降雨入滲系數(shù)P 5 05 P 50 0 8 1 0P 50 0 7 0 8 2 旱作物灌溉制度的基本資料 有效降水 能被田間作物有效利用的當(dāng)?shù)亟邓?一般認(rèn)為小于2mm 亦有認(rèn)為小于5mm 的降水對(duì)作物無(wú)實(shí)際意義 為無(wú)效降水 降水過(guò)大將產(chǎn)生徑流和深層滲漏 此兩者也為無(wú)效降水 因此 有效降水量一般采用如下公式計(jì)算 3 旱作物的灌溉制度 61 地下水補(bǔ)給量K d 2 旱作物灌溉制度的基本資料 地下水補(bǔ)給量 地下水借毛細(xì)管作用上升至作物根系活動(dòng)層內(nèi)而被作物利用的水量 其大小與地下水埋藏深度 土壤性質(zhì) 作物種類 作物需水強(qiáng)度 氣象條件 根系層土壤含水量等有關(guān) 地下水位越接近根系活動(dòng)層 毛管作用越強(qiáng) 地下水補(bǔ)給量也越多 一般要通過(guò)田間試驗(yàn)來(lái)確定地下水對(duì)農(nóng)田的補(bǔ)給強(qiáng)度 地下水 或下部土層 對(duì)根系層的補(bǔ)給可在實(shí)測(cè)兩層間土壤含水量 或基質(zhì)勢(shì) 變化趨勢(shì)的基礎(chǔ)上 通過(guò)計(jì)算土壤水分通量獲得 通常取作物需水量的15 20 3 旱作物的灌溉制度 62 計(jì)劃濕潤(rùn)層增加而增加的水量WT e 2 旱作物灌溉制度的基本資料 作物生育期內(nèi)計(jì)劃濕潤(rùn)層的深度是不斷變化的 若計(jì)算時(shí)段內(nèi)計(jì)劃濕潤(rùn)層深度無(wú)變化 則WT項(xiàng)可設(shè)定為零 若時(shí)段內(nèi)計(jì)劃濕潤(rùn)層變化較大 由于計(jì)劃濕潤(rùn)層的增加 將增加部分有效水量 此時(shí) WT可近似按下式計(jì)算 3 旱作物的灌溉制度 63 播前灌水的目的在于保證作物種子發(fā)芽和出苗所必須的土壤含水量或儲(chǔ)水于土壤中以供作物生育后期之用 播前灌水往往只進(jìn)行一次 一般可按下式計(jì)算 3 旱作物播前灌水定額 M1 的確定 3 旱作物的灌溉制度 64 以棉花灌溉制度為例 在采用水量平衡圖解分析法擬定灌溉制度時(shí) 其步驟為 1 根據(jù)各旬的計(jì)劃濕潤(rùn)層深度H和作物所要求的計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)土壤含水量的上限和下限 求出H土層內(nèi)允許儲(chǔ)水量上限Wmax及下限Wmin 繪于圖上 2 繪制作物田間需水量 ET 累積曲線 由于計(jì)劃濕潤(rùn)層加大而獲得的水量 WT 累積曲線 地下水補(bǔ)給量 K 累積曲線以及凈耗水量 ET WT K 曲線 3 根據(jù)設(shè)計(jì)年雨量 求出滲入土壤的降雨量P0 逐時(shí)段繪于圖上 4 根據(jù)水量平衡圖解法擬定旱作物的灌溉制度 3 旱作物的灌溉制度 65 66 4 根據(jù)水量平衡圖解法擬定旱作物的灌溉制度 3 旱作物的灌溉制度 4 自作物生長(zhǎng)初期土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層儲(chǔ)水量W0 逐旬減去 ET WT K 值 即至A點(diǎn)引直線平行于 ET WT K 曲線 當(dāng)遇有降雨時(shí)再加上降雨入滲量P0 即得計(jì)劃濕潤(rùn)土層實(shí)際儲(chǔ)水量 W 曲線 5 當(dāng)W曲線接近于Wmin時(shí) 即進(jìn)行灌水 灌水時(shí)期除考慮水量盈虧的因素外 還應(yīng)考慮作物各發(fā)育階段的生理要求 與灌水相關(guān)的農(nóng)業(yè)技術(shù)措施以及灌水和耕作的勞動(dòng)組織等 灌水定額的大小要適當(dāng) 不應(yīng)使灌水后土壤儲(chǔ)水量大于Wmax 也不宜給灌水技術(shù)的實(shí)施造成困難 灌水定額值也象降雨入滲量一樣加在W曲線上 67 4 根據(jù)水量平衡圖解法擬定旱作物的灌溉制度 3 旱作物的灌溉制度 6 如此繼續(xù)進(jìn)行 即可得到全生育期的各次灌水定額 灌水時(shí)間和灌水次數(shù) 7 生育期灌溉定額M2 m M為各次灌水定額 根據(jù)上述原理 也可列表計(jì)算 計(jì)算時(shí)段采用一旬或五天 計(jì)算也十分簡(jiǎn)便 把播前灌水定額加上生育期灌溉定額 即得旱作物的總灌溉定額M 即 M M1 M2按水量平衡方法估算灌溉制度 如果作物耗水量和降雨量資料比較精確 其計(jì)算結(jié)果比較接近實(shí)際情況 對(duì)于比較大的灌區(qū) 由于自然地理?xiàng)l件差別較大 應(yīng)分區(qū)制定灌溉制度 并與前面調(diào)查和試驗(yàn)結(jié)果相互核對(duì) 以求比較切合實(shí)際 68 例題2 用列表法制定棉花的灌溉制度 資料 1 某灌區(qū)籽棉計(jì)劃產(chǎn)量2250kg 畝 根據(jù)相似地區(qū)試驗(yàn)資料 需水系數(shù)K 2 32m3 kg 各生育階段的計(jì)劃濕潤(rùn)層深度及需水模數(shù)如表2 1所示 2 設(shè)計(jì)年 P 75 各旬降雨量見(jiàn)表2 2 降雨有效利用系數(shù) 1 0 3 灌區(qū)土壤為粘壤土 0 80cm土層內(nèi)土壤孔隙率n 45 7 田間持水率 田 24 允許最大和最小含水率分別為 田和0 6 田 4 3月下旬進(jìn)行播前灌溉 灌水定額為900m3 hm2 4月中旬播種 播種時(shí)0 4m土層內(nèi)的含水率為21 6 0 4m以下土層內(nèi)的含水率為 田 5 地下水埋深3 4m 地下水補(bǔ)給量可忽略不計(jì) 69 棉花各生育階段計(jì)劃濕潤(rùn)層深度及需水模系數(shù)表2 1 作物需水量 70 表2 1設(shè)計(jì)年 P 75 的旬降雨量 71 計(jì)算步驟 1 計(jì)算生育期內(nèi)H深土壤含水量W0 中允許儲(chǔ)水量上限Wmax及下限Wmin 作物需水量ET 2 計(jì)算由于計(jì)劃濕潤(rùn)層增加而增加的水量 WT 3 地下水補(bǔ)給量 K 4 凈耗水量 ET WT K 5 降雨入滲量 P0 6 實(shí)際土壤儲(chǔ)水量 Wt 7 Wmin Wt Wmax 求m值 72 非充分灌溉原理的理論基礎(chǔ) 傳統(tǒng)的灌溉理論 農(nóng)田灌溉以某一定作物獲得單位面積的產(chǎn)量最高為工程設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則 即滿足農(nóng)田充分灌溉 隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展 全社會(huì)對(duì)水資源的需要不斷增長(zhǎng) 不得不從根本上探討水資源的最合理利用方式 著重提高水的有效利用率 即產(chǎn)生了非充分灌溉理論 二 非充分灌溉條件下的灌溉制度 73 非充分灌溉不以追求傳統(tǒng)的單產(chǎn)最高為目標(biāo) 而是求得高效用水條件下的凈效益最大或費(fèi)用目標(biāo)最小 根據(jù)所應(yīng)用的農(nóng)田類型和條件不同 在實(shí)際中有許多提法 如 在水資源短缺的半干旱地區(qū) 為解決有限水量在作物生育期的最優(yōu)分配問(wèn)題 根據(jù)作物需水關(guān)鍵期進(jìn)行有限次數(shù)或有限量灌溉提出的有限灌溉制度或優(yōu)化灌溉制度為追求農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量或區(qū)域持續(xù)發(fā)展所提出的調(diào)虧灌溉它們都是為了提高水分利用效率 達(dá)到節(jié)水增產(chǎn) 提高經(jīng)濟(jì)效益的目的 二 非充分灌溉條件下的灌溉制度 74 非充分灌溉條件下的灌溉制度 75 1 非充分灌溉基本原理 如何使有限的水資源發(fā)揮最大的效益 供水量 效益 效益 不同的水量有不同的產(chǎn)量和相應(yīng)的毛收益 在供水不超過(guò)作物正常生長(zhǎng)所需水量的前提下 毛效益隨水量的增加而增加 成本 不同的水量有不同的成本 供水量越大 成本越高 在水資源有限的情況下 可控制單位面積供水量 使單方水產(chǎn)生的凈效益最大 充分灌溉時(shí) 盡管毛效益最大 但凈效益卻不一定最大 因此有時(shí)盡管水資源充分 為獲取最大的凈效益 也實(shí)行非充分灌溉 如何在時(shí)間上和空間上合理分配有限的水資源 其依據(jù)是作物水分生產(chǎn)函數(shù) 76 2 作物水分生產(chǎn)函數(shù) 作物水分生產(chǎn)函數(shù) 指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平基本一致的條件下 作物所消耗的水資源量與作物產(chǎn)量之間的函數(shù)關(guān)系 作物水分生產(chǎn)函數(shù)為灌溉系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)或某地區(qū)進(jìn)行節(jié)水灌溉制定優(yōu)化配水計(jì)劃提供基本依據(jù) 作物水分生產(chǎn)函數(shù)的模式很多 主要有兩大類 一是作物產(chǎn)量與全生育期總蒸發(fā)蒸騰量的關(guān)系 二是作物產(chǎn)量與各生育階段蒸發(fā)蒸騰量的關(guān)系 77 R J Hanks 1974 全生育期模型 J DoorenbosandA H Kasam 1975 作物實(shí)際產(chǎn)量 作物最大產(chǎn)量 全生育期實(shí)際騰發(fā)量 全生育期潛在騰發(fā)量 78 M E Jensen 1968 階段缺水模型 Minhas 1974 作物實(shí)際產(chǎn)量 作物最大產(chǎn)量 第i階段的實(shí)際騰發(fā)量 第i階段的潛在騰發(fā)量 第i階段的缺水敏感指數(shù) 79 3 非充分灌溉制度 非充分灌溉制度 就是在有限灌溉水量條件下 為獲取最佳的產(chǎn)量目標(biāo) 對(duì)作物灌水時(shí)間和灌水定額進(jìn)行最優(yōu)分配的灌溉制度 即解決好什么時(shí)候灌水 各次灌水如何分配有限水量的問(wèn)題 在實(shí)踐上就是如何灌好 關(guān)鍵水 在理論上就是以水分 生產(chǎn)函數(shù)為依據(jù) 制定出優(yōu)化灌溉制度 抓作物需水臨界值 減少灌水次數(shù) 抓適宜土壤含水率下線 減小灌水定額 80 3 非充分灌溉制度 優(yōu)化灌溉制度的確定方法非充分灌溉條件下 作物的灌溉制度是對(duì)有限的可供水量在作物全生育期內(nèi)進(jìn)行灌水時(shí)間和灌水定額的最優(yōu)分配 由于作物每一生育階段的灌水決策與時(shí)間有關(guān) 因此 這種最優(yōu)化過(guò)程是與作物生育階段密切相關(guān)的多階段決策過(guò)程 常用的求解方法是動(dòng)態(tài)規(guī)劃法 81 第三節(jié)灌溉用水量 在灌溉工程的