作物需水量和灌溉用水量課件

1、第二章 作物需水量和灌溉用水量（Crop Water Requirement and Irrigation Water Use)第一節(jié) 作物需水量第二節(jié) 灌溉制度第三節(jié) 灌溉用水量第四節(jié) 灌水率第一節(jié) 作物需水量(Crop Water Requirement) 一、作物需水及其相關(guān)的基本概念二、作物需水量的影響因素三、研究作物需水量的意義四、作物需水量的推求方法 五、參照作物需水量的計算方法 一、基本概念1、作物需水量2、田間耗水量3、深層滲漏及田間滲漏量定義：作物根系從土壤中吸入體內(nèi)的水分，通過葉片的氣孔擴散到大氣中去的現(xiàn)象。蒸騰（Transpiration）根系吸入體內(nèi)的水分有99%以上消

2、耗于蒸騰蒸騰是一種生理過程蒸騰主要在作物葉面上進行，葉面蒸騰又分為角質(zhì)蒸騰和氣孔蒸騰，其中氣孔蒸騰占90%以上。定義：植株間土壤或田面水分的蒸發(fā)蒸發(fā)（Evaporation）蒸發(fā)是一種物理過程土面蒸發(fā)一般小于自由水面蒸發(fā)，但在飽和含水率時基本等于自由水面蒸發(fā)。深層滲漏(Seepage)及田間滲漏（Pecolation）深層滲漏：旱田中由于降雨或灌溉水量太多，使土壤水分超過了田間持水量，向根系活動層以下的土層產(chǎn)生滲漏的現(xiàn)象。田間滲漏：水稻田的滲漏。稻田滲漏造成水和肥的流失，但可促進土壤通氣，改善還原條件，消除有毒物質(zhì)，有利于作物生長。1、作物需水量（Crop water requirement）

3、 植株蒸騰Traspiration株間蒸發(fā)Evaporation定義：作物需水量是植株（作物）蒸騰與株間蒸發(fā)之和。作物需水量有時段概念，如作物全生育期需水量，某生育階段需水量，月、旬、日、小時需水量。作物需水量常以每天多少毫米表示 (mm/day)作物需水量 = 植株蒸騰 + 株間蒸發(fā)=騰發(fā)量Evapotranspiration(ET)=Transpiration+Evaporation2、田間耗水量 （ Consumptive Use of Water）稻田耗水量=作物需水量+田間滲漏水稻田的滲漏 Percolation in paddy fieldPercolation旱地耗水量=作物需水

4、量二、影響作物需水量的因素Factors Affecting Crop Water Requirement還有耕作措施和灌溉措施作物因素的影響作物因素與作物葉面積指數(shù)關(guān)系密切，常用作物系數(shù)反映氣象因素（Climatic factors）輻射: 為水分由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)提供能量 輻射越大，ET越大氣溫: 決定空氣 持水量 氣溫越高，ET越大濕度: 空氣中水分的多少 濕度越大，ET越小風速: 水汽分子向大氣移動的速度 風速越大，ET越大氣象因素可由參照作物需水量綜合反映與土壤含水率有關(guān) 土壤含水率降到某一臨界含水率以后，土壤含水率越小，ET越小土壤因素（Soil factors）土壤因素可用土壤水分修

5、正系數(shù)反映農(nóng)田水分消耗的主要途徑三、研究作物需水量的意義灌溉系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的依據(jù)灌溉用水調(diào)度的依據(jù)制定流域規(guī)劃、地區(qū)水利規(guī)劃的依據(jù)大氣水循環(huán)的主要部分直接測定 (Lysimeters)四、作物需水量的確定Determining Evapotranspiration計算(equations)1、作物需水量的觀測Measurement of EvapotranspirationLysimeter一般用蒸滲器（Lysimeter,包括測坑和測筒）測定；只有地下水埋深大于2.5米（沙壤土）或3.5米（粘土、壤土）的旱田，可在試驗小區(qū)中直接測定（避免地下水補給量的影響）。水田蒸滲量可用蒸滲器和試驗小區(qū)結(jié)合

6、方法確定。2.5/3.5為地下水臨界深2、作物需水量的計算Calculation of ET直接計算需水量通過計算參照作物需水量來計算實際作物需水量直接計算作物需水量的方法以水面蒸發(fā)為參數(shù)的需水系數(shù)法以產(chǎn)量為參數(shù)的需水系數(shù)法從影響作物需水量的主要因子（水面蒸發(fā)、氣溫、濕度、日照、輻射等）中選擇單因子或多因子，通過實測數(shù)據(jù)的相關(guān)分析，建立經(jīng)驗公式直接計算作物需水量的方法以水面蒸發(fā)為參數(shù)的需水系數(shù)法Pan Evaporation Method某時段內(nèi)的作物需水量（mm）與ET同時段的水面蒸發(fā)量國內(nèi)外都有較多應(yīng)用，我國尤其在水稻地區(qū)應(yīng)用較多直接計算作物需水量的方法以產(chǎn)量為參數(shù)的需水系數(shù)法作物全生育期

7、內(nèi)總需水量（m3/畝）需水系數(shù)作物單位面積產(chǎn)量（kg/畝）我國過去旱作地區(qū)應(yīng)用較多，目前仍有少量應(yīng)用。水稻由于產(chǎn)量與ET關(guān)系不密切，應(yīng)用不多。適合于水量不足的旱田。階段作物需水量某一生育階段的作物需水量模比系數(shù)全生育期需水量我國過去應(yīng)用較多，由于每年的氣候條件不同，Ki值變化很大，還有水分狀況不同，Ki值也變化，因此目前不建議采用此法進行ET的階段分配通過計算參照作物需水量來計算實際作物需水量參照作物需水量Reference Evapotranspiration ET0土壤水分充足、地面完全覆蓋、生長正常、高矮整齊的開闊（地塊的長度和寬度都大于200m）矮草地（草高8-15cm）上的騰發(fā)量。F

8、AO1979年定義，用修正Penman公式。92年，F(xiàn)AO又對參照作物騰發(fā)量進行了重新定義，即參照作物騰發(fā)量為一種假想?yún)⒄兆魑锕趯拥尿v發(fā)速率，假想作物的高度為0.12m,固定的葉面阻力為70s/m，反射率為0.23，非常類似于表面開闊、高度一致、生長旺盛、完全遮蓋地面而不缺水的綠色草地的騰發(fā)量。參考作物騰發(fā)量采用Penman-Montieth公式計算計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公式通過計算參照作物需水量來計算實際作物需水量Penman公式最早于1948年提出，并經(jīng)過不斷的修改和完善FAO1979年推薦使用修正Penman公式目前應(yīng)用最多的是Penman-

9、Monteith公式（1992）FAO Irrigation and Drainage Paper 56（1998年）Crop Evapotranspiration ( guidelines for computing crop water requirements)通過計算參照作物需水量來計算實際作物需水量Penman公式的基本原理 能量平衡到達地表的凈輻射Rn=到達地表的凈短波輻射Rns-地表向外發(fā)出的凈長波輻射Rls能量收入：能量支出：顯熱消耗C：由大氣增溫所消耗的能量潛熱消耗E：由于蒸發(fā)蒸騰所消耗的能量土壤增溫G=C/E稱波文比 能量平衡公式凈輻射土壤增溫顯熱潛熱P-M公式所需氣象資料

10、一般：最高，最低及平均氣溫；日照；風速；平均相對濕度最好：最高，最低及平均氣溫；日照；風速；最高、最低相對濕度理想：最高，最低及平均氣溫；凈輻射；風速；最低、最高相對濕度如果有當?shù)厝照占皟糨椛滟Y料，則可對公式進行率定，以便從日照算輻射實際作物需水量 Actual EvapotranspirationCrop Coefficient作物需水量降雨灌溉第二節(jié) 灌溉制度 什么叫灌溉制度如何推求灌溉制度充分灌溉條件下的灌溉制度 水稻 旱作非充分灌溉條件下的灌溉制度灌溉制度作物播種前（或水稻插秧前）及全生育期內(nèi)的灌水次數(shù)、每次的灌水時間、灌水定額以及灌溉定額。灌水定額(Irrigation Requir

11、ement)一次灌水單位灌溉面積上的灌水量（m3/畝或mm）灌溉定額各次灌水定額之和（m3/畝或mm）充分灌溉條件下的灌溉制度總結(jié)群眾豐產(chǎn)灌水經(jīng)驗根據(jù)灌溉試驗資料制定灌溉制度根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度水稻灌溉制度根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度水稻灌溉制度泡田定額(Land Soaking Requirement)泡田定額（m3/畝）插秧時田面所需的水層深度（mm）泡田期總滲漏量（mm）泡田期的天數(shù)泡田期水田田面日平均蒸發(fā)強度（mm/d）泡田期內(nèi)的總降雨量（mm）根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度水稻生育期灌溉制度hminhmaxhpdmh1時段初田面水層深度時段內(nèi)降雨量時段內(nèi)田間耗水量時段內(nèi)灌水量時

12、段內(nèi)排水量時段末田面水層深度灌水定額m=hmax-hminp表2-5 各生育階段淹灌水層深度根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度水稻間歇灌溉制度淹水深度根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度水稻灌溉制度計算實例根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度HKETPM根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度任一時間t時的土壤計劃濕潤層內(nèi)的儲水量時段初的土壤計劃濕潤層內(nèi)的儲水量計劃濕潤層增加而增加的水量時段內(nèi)保存在土壤計劃濕潤層內(nèi)的有效降雨量時段內(nèi)的地下水補給量時段內(nèi)的灌溉水量時段內(nèi)的作物需水量根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度旱作物的灌溉定額土壤計劃濕潤層內(nèi)允許最大儲水量土壤計劃濕潤層內(nèi)允許最小儲水量土壤計劃濕潤層深度

13、計劃濕潤層內(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%）計劃濕潤層內(nèi)土壤干容重根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度的基本資料計劃濕潤層深度（H）冬小麥棉花土壤最適宜含水率根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度的基本資料允許最大、最小含水率max、 minmax=fcminwp根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度的基本資料降雨入滲量P0降雨入滲系數(shù)P5 =05P50 =0.8-1.0P50 =0.7-0.8根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度的基本資料地下水補給量K與地下水埋深、土壤性質(zhì)、作物種類、計劃濕潤

14、層的土壤含水率、氣候條件等有關(guān)一般取作物需水量的15%-20%根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度的基本資料計劃濕潤層增加而增加的水量WTH1H201004003002004080120160200計劃濕潤土層含水量（m3/畝）需水量（m3/畝）04080120160滲入土層降雨量（m3/畝）棉花灌溉制度設(shè)計圖作物需水量累積曲線WT累積曲線K值累積曲線ET-WT-K累積曲線滲入土壤內(nèi)的降雨量累積曲線計劃濕潤土層允許最大儲水量Wmax曲線計劃濕潤土層允許最小儲水量Wmin曲線計劃濕潤土層實際儲水量W曲線根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度灌水深層滲漏根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度旱作物播前灌水定額非

15、充分灌溉條件下的灌溉制度非充分灌溉的定義及其基本原理作物水分生產(chǎn)函數(shù)非充分灌溉制度非充分灌溉的定義及其基本原理充分灌溉(Sufficient Irrigation)供水充分，作物各生育階段所需水分都得到滿足，從而使作物產(chǎn)量達到最大時的灌溉非充分灌溉Deficit Irrigation供水有限，作物某個生育階段或所有生育階段實際騰發(fā)量小于充分灌溉時的騰發(fā)量非充分灌溉的定義及其基本原理實際騰發(fā)量ETa產(chǎn)量YaETmYm非充分灌溉的定義及其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，在供水不超過作物正常生長所需水量的前提下，毛效益隨水量的增加而增加成

16、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，盡管毛效益最大，但凈效益卻不一定最大，因此有時盡管水資源充分，為獲取最大的凈效益，也實行非充分灌溉如何在時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)作物水分生產(chǎn)函數(shù)(Crop Water Production) Function)作物產(chǎn)量與投入水量或作物消耗水量之間的關(guān)系全生育期模型階段缺水模型加法模型線性模型非線性模型乘法模型第三節(jié) 灌溉用水量 什么叫灌溉用水量如何推求灌溉用水量灌溉用水量（Irrigation Requirement）灌溉土地需從水

17、源取用的水量 主要用于水源工程的規(guī)劃設(shè)計和區(qū)域水資源的宏觀管理灌溉用水量的計算一種作物的一次凈灌溉用水量一種作物的一次毛灌溉用水量該作物某次灌水的灌水定額該作物的灌溉面積灌溉水利用系數(shù)（Irrigation Efficiency）田間所需要的凈灌溉水量與水源提供的毛灌溉水量之比灌溉用水量的計算綜合灌水定額綜合毛灌水定額某時段內(nèi)綜合凈灌水定額第1種作物灌溉面積比例第1種作物同時段內(nèi)的灌水定額鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水量農(nóng)村人畜用水、鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)用水農(nóng)村人畜用水：主要考慮水資源條件和生活水平確定居民生活用水按人均標準計算牲畜飲用水按牲畜類別及相應(yīng)標準計算工業(yè)用水：一般按工廠類別和單位產(chǎn)值用水計算城市居民：150-250L/人d農(nóng)村居民：50-150L/人d大牲畜：25-35L/頭d中等牲畜：8-25L/頭d第四節(jié) 灌水率灌區(qū)單位面積上