农田水利学—作物需水量与灌溉用水量

第二章作物需水量与灌溉用水量§1 作物需水量一、作物田间水分的消耗(三种途径：叶面蒸腾、棵间蒸发和深层渗漏)叶面蒸腾：作物植株内水分通过叶面气孔散发到大气中的现象；棵间蒸发：植株间土壤或水面（水稻田）的水分蒸发；深层渗漏：土壤水分超过了田间持水率而向根系以下土层产生渗漏的现象。

解释：棵间蒸发能增加地面附近空气的湿度，对作物生长环境有利，但大部分是无益的消耗，因此在缺水地区或干旱季节应尽量采取措施，减少棵间蒸发（如滴灌<局部灌溉>、水田不建立水层）和地面覆盖等措施。

深层渗漏对旱田是无益的，会浪费水源，流失养分，地下水含盐较多的地区，易形成次生盐碱化。

但对水稻来说，适当的深层渗漏是有益的，可增加根部氧分，消除有毒物质，促进根系生长，常熟、沙河、涟水等灌溉试验站结果都表明：有渗漏的水稻产量比无渗漏的水稻产量高3.9% ～26.5%。

叶面蒸滕量＋棵间蒸发量＝腾发量＝作物田间需水量水田：田间需水量＋渗漏量＝田间耗水量由于水田不同土壤渗漏量大小差别很大，为了使不同土质田块水稻需水具有可比性，因此水稻的田间需水量不包括渗漏量，如计入渗漏量，则称为田间耗水量。

二、作物需水规律（一）影响作物需水量的因素1、气象条件主要因素，气温高、日照时间长、空气湿度低、风速大、气压低等使需水量增加；2、土壤条件含水量大，砂性大，则需水量大（棵间蒸发大）3、作物条件水稻需水量较大，麦类、棉花需水量中等，高粱、薯类需水量较少；4、农业技术措施地面覆盖、采用滴灌、水稻控灌等能减少作物需水量。

（二）作物需水特性1、中间多，两头少；开花结实期需水量最大2、存在需水临界期需水临界期：在作物全生育期中，对缺水最敏感，影响产量最大的时期。

几种作物的需水临界期：水稻孕穗至开花期棉花开花至幼铃形成期小麦拨节至灌浆期了解作物需水临界期的意义：1、合理安排作物布局，使用水不至过分集中；2、在干旱情况下，优先灌溉正处需水临界期的作物。

三、经验公式法确定作物田间需水量（一）全生育期作物田间需水量的确定１、α值法（蒸发皿法）前面已讲过，气温、日照、湿度、风速、气压等气象因素是影响作物需水量的最重要的因素，而水面蒸发正是上述各种气象因素综合作用结果，因此作物的田间需水量与水面蒸发量之间存在一定程度的相关关系。

因此我们可以用水面蒸发量作为参数来估计作物田间需水量。

Ｅ＝αＥ0式中：Ｅ--全生育期作物田间需水量（mm）α--需水系数，江苏中稻α＝１．１５Ｅ0--与Ｅ同时段的水面蒸发量（mm）。

α值法适用于水稻。

(旱作物的E与E0相关不显著)２、Ｋ值法（产量法）实践表明作物的产量与田间需水量之间存在一定的相关关系，在一定范围内Ｅ随作物产量的提高而提高。

因此可以用产量作为参数来估计作物的田间需水量。

Ｅ＝ＫＹ式中Ｅ--需水量，m3/亩；Ｋ--需水系数（ｍ3/Kg)，由试验资料确定；Ｙ--作物产量（ｋｇ/亩）由于Ｅ与Ｙ实际上并不是成线性关系，因此有人对上式作了修正。

E0为保证作物存活下来，但产量为零（棵粒无收）。

E=KY n + C式中：n--经验指数；Ｃ--经验常数。

K值法适用于旱作。

（二）各生育阶段田间需水量的确定（1）利用需水模系数有了全生育期田间需水量，可以借助需水模系数，把总需水量按各生育阶段进行分配。

需水模系数是作物某一生育阶段田需水量占生生育期需水量的百分比。

Ei=Ki E式中 Ei --第i阶段作物田间需水量；Ki --第i阶段作物需水模系数。

需水模系数通过试验取得，表2-7列出了几种主要作物的需水模系数。

（2）利用阶段需水系数（水稻）式中αi--第i阶段需水系数；Ｅ0i --第i阶段的水面蒸发量（mm）。

（三）需水强度的确定需水强度即为某一天的需水量。

单位：mm/d 或 m3/(亩d)公式： ei=Ei/ti式中 ei--第i阶段的需水强度；Ei--第i阶段的需水量；ti--第i阶段的天数。

四、彭曼法计算作物需水量英国科学家彭曼于1949年首次提出，又于1963年简化了他的公式。

联合国粮农组织推荐采用彭曼法计算作物需水量。

彭曼法的特点是：理论基础可靠，计算精度较高；但计算较复杂，所需基础数数较多。

计算时分两步。

（一）计算出潜在需水量（参考作物需水量）潜在需水量指：参考作物（如苜蓿mu xu、牧草)在供水充足条件下的需水量。

式中 P0--标准大气压；P--计算地点平均大气压；Δ--平均气温时饱和水气压Ea随温度变化的变率；γ--湿度计常数；Rn--太阳净幅射。

（二）计算实际作物的需水量E=Kc×Ep式中 Kc--作物系数。

§2 作物灌溉制度天然降雨可满足作物的部分需水要求，但降水不强能完全满足作物的需水要求。

在干旱和半干旱地区更是如此，因此为实现农业的高产稳产，必须进行灌溉。

要灌溉就牵涉到什么时候灌、灌多少等问题。

本节讨论的作物灌溉制度就是解决上述问题。

一、概述1．什么是灌溉制度灌溉制度：为了保证作物适时播种（或栽秧）和正常生长，通过灌溉向田间补充水量的灌溉方案。

灌溉制度的内容：灌水定额、灌水时间、灌水次数和灌溉定额。

灌水定额：一次灌水在单位面积上的灌水量。

单位：水田可用mm，旱田用m3/亩。

换算：1mm= 0.667m3/亩灌溉定额：生育期各次灌水的灌水定额之和。

总灌溉定额：播前灌水定额（或泡田定额）+ 灌溉定额2．为什么要制定灌溉制度（1）为灌溉工程规划设计提供依据。

（2）为灌区用水管理提供依据。

3．制定灌溉制度的方法（1）总结群众丰产经验；（2）进行灌溉试验；（3）按水量平衡原理进行计算。

在生产实践中，常把上述三种方法结合起来使用。

具体做法是：根据设计年份的气象资料和作物的需水要求，参照群众丰产经验和灌溉试验资料，根据水量平衡原理拟定作物灌溉制度。

二、水稻的灌溉制度水稻种植一般采取育秧移栽的方法。

育秧的田块叫秧田。

移栽的田块叫本田或大田。

秧田育秧时间短，田块面积小，灌水量较少，因此下面主要讨论的是大田的灌溉制度。

秧田的灌溉：先灌浅水，水深10~20mm，苗高3cm后，增加水深至20~40mm，苗高10cm 后，排水落干，促进根系生长，拔秧前为便于拔秧，再深水浸泡。

本田插秧前需要泡田整田，便于插秧，并为秧苗返青创造条件。

所以本田分为泡田期和插秧后的生育期。

泡田期灌水定额称为泡田定额。

（一）泡田定额泡田额一般为80~110m3/亩。

江苏昭关灌区多年平均M饱=98.7m3/亩。

（二）生育期灌溉制度1．水田水量平衡方程某时段水量耗损：蒸发E、渗漏S、排水C水量补给：降雨P、灌溉M设时段初水层深为h1，时段末水层深h2，则2．计算灌溉制度计算原理见下图：3、计算方法（1）列表逐日计算（2）编写电算程序，利用计算机计算三、旱作物的灌溉制度（一）播前灌水定额播前灌水的作用：保证种子发芽出苗；储水。

计算公式：式中 H--计划湿润层深，即计划到调节与控制土壤水分的土层深度，播前灌水时H=0.3~0.4m；A--孔隙率；βmax、βo--分别为灌水上限含水率和初始含水率（以水的体积占孔隙体积的百分数表示）。

（二）生育期内灌溉制度1．水量平衡方程研究对象：计划湿润层土壤含水量平衡方程： W1+P+WT+K+M-E-S-C=W2图中各变量单位均为m3/亩。

W1、W2--分别为时段初、末计划湿润层内含水量，H1--时段初计划湿润层深；H2--时段末计划湿润层深；E--腾发量，即作物田间需水量；M--灌水量；P--降水量；C--排水量（地表径流量）；K --地下水补给量；一般地下水埋深大于3米时，取K=0，地下水埋深小于3米时，K按试验资料取值。

S--深层渗漏；WT--因计划湿润层增加而增加的水量。

令P0为入渗雨量(m3/亩），则P0 = P－CC =αPP0=P-αP=（1- α）P=σPP--降雨量(m3/亩)；α--径流系数。

σ--降雨入渗系数，参考表2-15。

（参阅本科教材）计划湿润层水量平衡方程变为：W1+ P0+WT + K + M －E－S = W2各变量单位均为m3/亩。

2．计算灌溉制度的原理（1）计算各时段灌水上下限及田间持水量（2）推算灌溉制度列表或图解计算时采用旬为时段,电算时可以日为计算时段。

先设无m、无s，计算该时段末含水量W2=W1+WT+P0+K－E如果，则不需灌溉,也无深层渗漏。

如果，则m=Wmax－W2 (实际计算时宜对m取整)灌水后W2'=W2+m如果，则s=W2－W田持排水后 W2'=W田持计算方法（1）列表或图解逐旬计算（2）编写电算程序，利用计算机计算3．列表法计算步骤（1）收集基本资料；（2）计算生育期计划湿润层内含水量；（3）计算各次降雨的入渗雨量及时段入渗雨量；（4）计算因计划湿润层增加而增加的含水量WT；（5）计算各时段地下水补给量；（6）计算各时段田间需水量；（7）逐日计算灌溉制度；（8）校核各生育阶段及全生育期的计算结果。

§3 灌溉用水量和灌溉用水流量前面介绍了灌溉制度，但还有两个问题未解决。

（1）水库兴利调节需要用水过程，因此存在一个如何确定灌区灌溉用水量的问题。

（2）设计抽水站、引水闸等，应以用水流量为依据，因此还存在一个如何确定灌区灌溉用水流量的问题。

本节的任务就是讨论如何计算灌溉用水量和灌溉用水流量。

一、灌溉用水量（一）直接法直接利用各种作物的灌溉制度来计算。

一般以旬为时段来计算。

若有K种作物，则某时段的灌溉用水量为式中 Wi--第i时段灌区用水量；Mij--第i时段第 j种作物的灌水定额；Aj--第j 种作物的种植面积；η水--灌溉水利用系数；全生育期或全年用水量:直接法适用于小型灌区。

例题：某小型灌区作物单一为水稻，某次灌水有1000亩需灌水，灌水定额为40mm，灌区灌溉水利用系数为0.75，试计算该次灌水的净灌溉用水量和毛灌溉用水量。

(二)间接法利用综合灌水定额来计算，综合灌水定额:是某一时段内各种作物灌水定额的面积加权平均值,称为该时段的综合灌水定额.式中α1、α2、α3、αn--各种作物的种植比(之和为1)，mi,1、mi,2、mi,3、mi,n--第 i时段各种作物的灌水定额。

某时段的灌溉用水量：m综：1 它是衡量全灌区用水状况的一个综合指标；2 若全灌区种植比例相似，可用综合灌水定额方便地计算出某一局部的灌溉用水量；3 在供水水源有限的情况下，可用综合灌水定额计算保灌面积，即。

间接法适用于大中型灌区。

例题：某灌区A=20万亩，A水田=16万亩，A棉花=4万亩，m水田=45mm，m棉花=40m3/亩。

求m综。

二、灌溉用水流量（一）直接法直接根据灌溉制度或灌溉用水量计算。

式中 T--时段内天数；t --1天灌水时数，自流为24h,提灌为18~22h .适用于小型灌区。

例题：某小型提水灌区，作物均为水稻，面积1000亩，用水高峰期最大灌水定额为100m3/亩，灌溉水利用系数为0.75，灌水延续4天，每天灌水20小时。