东北农业大学水利与土木工程学院灌排工程学课件 第一章
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4线：再经过一段时间后，上部土层中的含 水率已接近田间持水率。
5线：由于根系吸水和土壤蒸发，表层土壤 水分逐渐减少，小于田间持水率。
6线：由于田间持水率是一个变量， 是时间的函数，所以仍有重力水下渗。
2020/11/24
三、旱作地区农田水分状况（二）
2.当地下水埋深较小，作物根系吸水层上面受地面水补 给，下面又受上升毛管水影响时，当有一次大的降雨 和雨停后一段时间，土壤水随时间的变化过程：
2020/11/24
六、土壤含水量的计算公式
• （3）当土壤含水率以占孔隙体积的百分比 表示时，
wAHqn
•q —按空隙比计的土壤含水率。
• n—孔隙率
2020/11/24
例1 土壤含水量的计算
例1:毛土层深度为1米,土壤孔隙率占土体积的 30%,含水率占孔隙的20%,求该土层中的含水量 为多少毫米?合每亩多少立方米?
（3）土壤干旱：土壤含水率过低，植物根系从 土壤中吸取的水量很少，无法补偿叶面蒸发的 消耗，凋萎系数是土壤干旱的临界含水率。
2020/11/24
三、旱作地区农田水分状况（三）
3.名词：
（4）涝灾：由于降雨过多，使旱田地面积 水和稻田淹水过深，造成农业歉收的灾 害。
（5）渍害：由于地下水位过高和土壤上层 滞水，因而土壤过湿，影响作物生长发 育，导致农作物减产或失收的现象
解:M=h(θ2-θ1) =50×10×(40-25)% =75(mm) M=0.667×75 =50(m3/mu)
2020/11/24
思考题
• 1、土壤水按其形态是如何分类的？ • 2、绘图并用文字说明砂、壤、粘 三种土壤水
分特性曲线及差异。 • 3、当地下水位据地面较深、土壤上层干燥时
，如果有一次较大降雨，试说明降雨过程中和 雨后一段时间内土壤剖面上水分的动态变化 。
，但在高吸力时，土壤水分主要受颗粒吸附力的影响 ，因而压实程度对含水率的影响很小。
2020/11/24
1.土壤水分特性曲线图
2020/11/24
二、土壤水分特性曲线
3. 各种土壤水分特性曲线的区别 （1） 土壤越粘，在含水率相同的情况下，吸力越大，表
明粘性土比砂性土排水不易。 （2） 土壤越粘，在相同吸力下，含水量越大，表明孔隙
2020/11/24
2020/11/24
四、水稻地区农田水分状况
2.当地下水埋藏较深，或出流条件较好时，田面建立水 层后农田水分状况
０线：未建立田面水层使农田水分状况。 １线：当出流条件较好时，地面水 虽然不断入渗，入渗的水量能及时 排除，地下水位之上的土壤孔隙没 有达到饱和。
当有排水沟时，排水沟可排除 日常的流量，所以地下水位不上升， 避免了根系层达到饱和。
1.当地下水距地面较深，土壤上层干燥时，有一次大的降雨和雨后 一段时间，土壤水的变化过程：
0线：未接受降雨入渗时的土壤含水率。 1线：降雨自开始后，水分在重力作用下，逐渐湿润下层土壤。 2线：降雨至停止，表层土壤达到饱和，
水在重力作用下逐渐向下层浸润， 影响到更深一层。
3线：雨停后，大于田间持水率的水分在重 力作用下向下移动，。
2020/11/24
二、土壤水分特性曲线
1.概念：表示土壤基质势和含水率的关系曲线。
基质势：是土壤颗粒对水分子的吸附力和毛管现象产 生的毛管力共同形成的，饱和土壤中基质势为零。通 俗地说，是土壤对水的吸力，但对于水来说，所具有 的能量是负值。
2. 影响土壤水分特性曲线的因素
土壤质地：土壤越粘重，含水能力越强。 土壤结构：同一种土壤，孔隙率越小，饱和含水率越小
解:M=hθr/r =1×1000×0.20×1.35/1.0 =270(mm)
M=0.667×270 =180(m3/mu)
2020/11/24
例3 土壤含水量的计算实例
例3:某土壤计划湿润层50厘米,测得该土层的平 均含水率为25%,(占土体积),如果适宜含水率 为40%,求应灌溉的水量为多少毫米?合每亩多 少立方米?
较多，可持有更多水分，但有效水分不一定大。 （3） 砂土在大孔隙水分排除后。只能保留很少水分，曲
线变化大，而粘土曲线变化比较均匀。 4.滞后现象
同一种土壤，在吸水和释水时，在同一含水率情况下 ，吸水比释水吸力小，这种现象叫滞后现象。
2020/11/24
三、旱作地区农田水分状况
2020/11/24
三、旱作地区农田水分状况 （一）
解:M=nθh =0.3×0.2×1000 =60(mm)
M=0.667×n×θ×h =0.667×0.3×0.2×1000 =40.02(m3/mu)
2020/11/24
例2 土壤含水量的计算实例
• 例2:已知某土层深1米,孔隙率为30%,土的干容 重为1.35t/m3,土壤含水率为干土重20%,求土 壤含水量为多少毫米?每亩多少立方米?
善田间小气候，使得作物处于良好的生长条件
下，wenku.baidu.com到提高产量和品质的目的。
2020/11/24
第一节 农田水分状况
• 一、农田水分存在的形式 • 二、土壤水分特性曲线 • 三、旱作地区农田水分状况 • 四、水稻地区农田水分状况 • 五、农田水分状况的调节措施 • 六、土壤含水量的计算
2020/11/24
•
第一章 农田水分状况
2020/11/24
第一章 农田水分状况和 土壤水分运动
• 本章重点是农田水分存在的形式和土壤水 的概念；土壤水分特性曲线；旱作地区农田水 分状况及调节措施。土壤水分运动一般了解， 土壤—植物—大气连续体只谈基本概念。
•
农田水利措施的目的在于改变和控制农田
水分状况。调节土壤中气、热和养分状况，改
2020/11/24
三、旱作地区农田水分状况（三）
3.名词：
（1）干旱：由于根系吸水不足，破坏了植物体 内水分协调和平衡的现象。分为大气干旱和土 壤干旱。
（2）大气干旱：农田水分尚不妨碍根系的吸收 ，但由于大气温度过高，相对湿度过低，阳光 过强，旱风等，造成的植物蒸腾耗水过大，使 根系吸水速度不能满足蒸发需要。
2020/11/24
六、土壤含水量的计算
2020/11/24
六、土壤含水量的计算
孔隙率： nV孔/V总
含水率 q： 土壤中能容纳水的体积 空气 Va
和土壤总体积之比
Vv
水 Vw
qV水/V总 ＝ Vw/V
qm＝ axVv/Vn
骨架 Vs
V Vs
饱和度 S： 土壤中能容纳水的体积和 土壤孔隙体积之比
S＝Vw /Vv
2020/11/24
S=1 饱和 S<1 非饱和
六、土壤含水量的计算公式
（1）当土壤含水率以占土壤体积的百分比表示 时，
wAH q
式中：w—土壤含水量，当A面积取亩时，w单位是m3/亩 当A取公顷时，w单位是m3/ha；
A— 计算面积，一般1亩667m2， 1公顷10000m2表示；
（6）洪灾：由于河湖泛滥而形成的灾害。
2020/11/24
四、水稻地区农田水分状况
2020/11/24
四、水稻地区农田水分状况
由于水田的栽培技术与旱田不同，因此，农田水 分存在的形式也不相同。我国的水田灌水技术，传统 上采用田面建立一定水层的淹灌方法，故田面经常有 水层存在，并不断向根系吸水层中入渗。一般情况下 ，入渗速度与地下水位埋深、不透水层位置、排水出 流情况有关。下面介绍两种情况： 1.当地下水位埋藏较浅， 又无出流条件时 ０线：地表无水时农田水分状况。 １线、２线、３线：当田面建 立了一定的水层深度时，地面水不 断下渗，使原地下水位之上土壤空 隙达到饱和，此时地面水与地下水 连成一体。
2020/11/24
五、农田水分状况的调节措施
1.农田水分过多的原因 （1） 降雨量过大。 （2） 河流洪水泛滥等进入农田。 （3） 地形低洼，地下水汇流使地下水位上升。 （4） 出流不畅。 2.农田水分不足的原因 （1） 降雨量不足。 （2） 降雨形成的地表径流大量流失。 （3） 土壤保水能力差，水分渗漏。 （4） 蒸发量过大。 3.调节措施 旱则灌，涝则排，同时还要考虑农业技术措施。
H—土层深度，m； θ—按体积比计的q土壤含水率；
土壤含水量也可以象降雨量、蒸发量一样，用水深mm 计，公式为 w=1000Hθ（mm）
2020/11/24
六、土壤含水量的计算公式
• （2）当土壤含水率以占干土重的百分比表 示时，
w AHq 土 水
•
• q —按重量比计的土壤含水率；
• r土—土的干容重
1.土壤水的组成及各种水分的定义
汽态水 吸着水 土壤水 毛管水
重力水
吸湿水
薄膜水 上升毛管水 悬着毛管水
2020/11/24
土壤水的组成示意图
2020/11/24
2.一些重要参数
（1）吸湿系数：当吸湿水达到最大时的土壤含水率。 （2）凋萎系数：使作物发生永久凋萎的土壤含水率，一般为 吸湿系数的1.5～2.0倍。 （3）土壤最大分子持水率：薄膜水达到最大时的土壤含水率 。 （4）田间持水率：悬着毛管水达到最大时的土壤含水率。一 般指灌水两天后土壤所能保持的含水率。 （5）饱和含水率：重力水达到最大时的土壤含水率。 （6）有效水和无效水：能被植物吸收利用的水分为有效水， 即凋萎系数到田间持水量之间的水分。重力水及低于凋萎点的 土壤水不能被植物吸收利用或被土壤所保持，称为无效水。
5线：由于根系吸水和土壤蒸发，表层土壤 水分逐渐减少，小于田间持水率。
6线：由于田间持水率是一个变量， 是时间的函数，所以仍有重力水下渗。
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三、旱作地区农田水分状况（二）
2.当地下水埋深较小，作物根系吸水层上面受地面水补 给，下面又受上升毛管水影响时，当有一次大的降雨 和雨停后一段时间，土壤水随时间的变化过程：
2020/11/24
六、土壤含水量的计算公式
• （3）当土壤含水率以占孔隙体积的百分比 表示时，
wAHqn
•q —按空隙比计的土壤含水率。
• n—孔隙率
2020/11/24
例1 土壤含水量的计算
例1:毛土层深度为1米,土壤孔隙率占土体积的 30%,含水率占孔隙的20%,求该土层中的含水量 为多少毫米?合每亩多少立方米?
（3）土壤干旱：土壤含水率过低，植物根系从 土壤中吸取的水量很少，无法补偿叶面蒸发的 消耗，凋萎系数是土壤干旱的临界含水率。
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三、旱作地区农田水分状况（三）
3.名词：
（4）涝灾：由于降雨过多，使旱田地面积 水和稻田淹水过深，造成农业歉收的灾 害。
（5）渍害：由于地下水位过高和土壤上层 滞水，因而土壤过湿，影响作物生长发 育，导致农作物减产或失收的现象
解:M=h(θ2-θ1) =50×10×(40-25)% =75(mm) M=0.667×75 =50(m3/mu)
2020/11/24
思考题
• 1、土壤水按其形态是如何分类的？ • 2、绘图并用文字说明砂、壤、粘 三种土壤水
分特性曲线及差异。 • 3、当地下水位据地面较深、土壤上层干燥时
，如果有一次较大降雨，试说明降雨过程中和 雨后一段时间内土壤剖面上水分的动态变化 。
，但在高吸力时，土壤水分主要受颗粒吸附力的影响 ，因而压实程度对含水率的影响很小。
2020/11/24
1.土壤水分特性曲线图
2020/11/24
二、土壤水分特性曲线
3. 各种土壤水分特性曲线的区别 （1） 土壤越粘，在含水率相同的情况下，吸力越大，表
明粘性土比砂性土排水不易。 （2） 土壤越粘，在相同吸力下，含水量越大，表明孔隙
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四、水稻地区农田水分状况
2.当地下水埋藏较深，或出流条件较好时，田面建立水 层后农田水分状况
０线：未建立田面水层使农田水分状况。 １线：当出流条件较好时，地面水 虽然不断入渗，入渗的水量能及时 排除，地下水位之上的土壤孔隙没 有达到饱和。
当有排水沟时，排水沟可排除 日常的流量，所以地下水位不上升， 避免了根系层达到饱和。
1.当地下水距地面较深，土壤上层干燥时，有一次大的降雨和雨后 一段时间，土壤水的变化过程：
0线：未接受降雨入渗时的土壤含水率。 1线：降雨自开始后，水分在重力作用下，逐渐湿润下层土壤。 2线：降雨至停止，表层土壤达到饱和，
水在重力作用下逐渐向下层浸润， 影响到更深一层。
3线：雨停后，大于田间持水率的水分在重 力作用下向下移动，。
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二、土壤水分特性曲线
1.概念：表示土壤基质势和含水率的关系曲线。
基质势：是土壤颗粒对水分子的吸附力和毛管现象产 生的毛管力共同形成的，饱和土壤中基质势为零。通 俗地说，是土壤对水的吸力，但对于水来说，所具有 的能量是负值。
2. 影响土壤水分特性曲线的因素
土壤质地：土壤越粘重，含水能力越强。 土壤结构：同一种土壤，孔隙率越小，饱和含水率越小
解:M=hθr/r =1×1000×0.20×1.35/1.0 =270(mm)
M=0.667×270 =180(m3/mu)
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例3 土壤含水量的计算实例
例3:某土壤计划湿润层50厘米,测得该土层的平 均含水率为25%,(占土体积),如果适宜含水率 为40%,求应灌溉的水量为多少毫米?合每亩多 少立方米?
较多，可持有更多水分，但有效水分不一定大。 （3） 砂土在大孔隙水分排除后。只能保留很少水分，曲
线变化大，而粘土曲线变化比较均匀。 4.滞后现象
同一种土壤，在吸水和释水时，在同一含水率情况下 ，吸水比释水吸力小，这种现象叫滞后现象。
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三、旱作地区农田水分状况
2020/11/24
三、旱作地区农田水分状况 （一）
解:M=nθh =0.3×0.2×1000 =60(mm)
M=0.667×n×θ×h =0.667×0.3×0.2×1000 =40.02(m3/mu)
2020/11/24
例2 土壤含水量的计算实例
• 例2:已知某土层深1米,孔隙率为30%,土的干容 重为1.35t/m3,土壤含水率为干土重20%,求土 壤含水量为多少毫米?每亩多少立方米?
善田间小气候，使得作物处于良好的生长条件
下，wenku.baidu.com到提高产量和品质的目的。
2020/11/24
第一节 农田水分状况
• 一、农田水分存在的形式 • 二、土壤水分特性曲线 • 三、旱作地区农田水分状况 • 四、水稻地区农田水分状况 • 五、农田水分状况的调节措施 • 六、土壤含水量的计算
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•
第一章 农田水分状况
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第一章 农田水分状况和 土壤水分运动
• 本章重点是农田水分存在的形式和土壤水 的概念；土壤水分特性曲线；旱作地区农田水 分状况及调节措施。土壤水分运动一般了解， 土壤—植物—大气连续体只谈基本概念。
•
农田水利措施的目的在于改变和控制农田
水分状况。调节土壤中气、热和养分状况，改
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三、旱作地区农田水分状况（三）
3.名词：
（1）干旱：由于根系吸水不足，破坏了植物体 内水分协调和平衡的现象。分为大气干旱和土 壤干旱。
（2）大气干旱：农田水分尚不妨碍根系的吸收 ，但由于大气温度过高，相对湿度过低，阳光 过强，旱风等，造成的植物蒸腾耗水过大，使 根系吸水速度不能满足蒸发需要。
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六、土壤含水量的计算
2020/11/24
六、土壤含水量的计算
孔隙率： nV孔/V总
含水率 q： 土壤中能容纳水的体积 空气 Va
和土壤总体积之比
Vv
水 Vw
qV水/V总 ＝ Vw/V
qm＝ axVv/Vn
骨架 Vs
V Vs
饱和度 S： 土壤中能容纳水的体积和 土壤孔隙体积之比
S＝Vw /Vv
2020/11/24
S=1 饱和 S<1 非饱和
六、土壤含水量的计算公式
（1）当土壤含水率以占土壤体积的百分比表示 时，
wAH q
式中：w—土壤含水量，当A面积取亩时，w单位是m3/亩 当A取公顷时，w单位是m3/ha；
A— 计算面积，一般1亩667m2， 1公顷10000m2表示；
（6）洪灾：由于河湖泛滥而形成的灾害。
2020/11/24
四、水稻地区农田水分状况
2020/11/24
四、水稻地区农田水分状况
由于水田的栽培技术与旱田不同，因此，农田水 分存在的形式也不相同。我国的水田灌水技术，传统 上采用田面建立一定水层的淹灌方法，故田面经常有 水层存在，并不断向根系吸水层中入渗。一般情况下 ，入渗速度与地下水位埋深、不透水层位置、排水出 流情况有关。下面介绍两种情况： 1.当地下水位埋藏较浅， 又无出流条件时 ０线：地表无水时农田水分状况。 １线、２线、３线：当田面建 立了一定的水层深度时，地面水不 断下渗，使原地下水位之上土壤空 隙达到饱和，此时地面水与地下水 连成一体。
2020/11/24
五、农田水分状况的调节措施
1.农田水分过多的原因 （1） 降雨量过大。 （2） 河流洪水泛滥等进入农田。 （3） 地形低洼，地下水汇流使地下水位上升。 （4） 出流不畅。 2.农田水分不足的原因 （1） 降雨量不足。 （2） 降雨形成的地表径流大量流失。 （3） 土壤保水能力差，水分渗漏。 （4） 蒸发量过大。 3.调节措施 旱则灌，涝则排，同时还要考虑农业技术措施。
H—土层深度，m； θ—按体积比计的q土壤含水率；
土壤含水量也可以象降雨量、蒸发量一样，用水深mm 计，公式为 w=1000Hθ（mm）
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六、土壤含水量的计算公式
• （2）当土壤含水率以占干土重的百分比表 示时，
w AHq 土 水
•
• q —按重量比计的土壤含水率；
• r土—土的干容重
1.土壤水的组成及各种水分的定义
汽态水 吸着水 土壤水 毛管水
重力水
吸湿水
薄膜水 上升毛管水 悬着毛管水
2020/11/24
土壤水的组成示意图
2020/11/24
2.一些重要参数
（1）吸湿系数：当吸湿水达到最大时的土壤含水率。 （2）凋萎系数：使作物发生永久凋萎的土壤含水率，一般为 吸湿系数的1.5～2.0倍。 （3）土壤最大分子持水率：薄膜水达到最大时的土壤含水率 。 （4）田间持水率：悬着毛管水达到最大时的土壤含水率。一 般指灌水两天后土壤所能保持的含水率。 （5）饱和含水率：重力水达到最大时的土壤含水率。 （6）有效水和无效水：能被植物吸收利用的水分为有效水， 即凋萎系数到田间持水量之间的水分。重力水及低于凋萎点的 土壤水不能被植物吸收利用或被土壤所保持，称为无效水。