灌溉排水概论(1)

为一弯月面。分毛管上升水、力
毛管悬着水
10～30KPa
大孔隙中的水
重力
田间持水量(毛管 悬着水达到最大)， 田持
饱和含水率
灌溉排水概论(1)
• 土壤水分常数（soil water constant）：根据土 壤水分形态不同而定义的土壤特征含水量，如 田间持水量、凋萎系数等
• 田间持水量（field (moisture) capacity）：农田 土壤某一深度内保持吸湿水、膜状水和毛管悬 着水的最大水量
6-12 30-36 40-52
8-15 30-35 44-54
9-18 32-42 40-50
20
40-45 45-54
17-24 35-45 48-53
40-50 48-55
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1.2 土壤水分运动
• 入渗条件下的土壤水分运动 • 土壤水分再分布 • 蒸发条件下的土壤水分运动
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灌溉排水概论(1)
土壤水的形态与水分常数
类型
形态
作用力
水分常数
吸湿水 束缚在土粒表面的水汽 薄膜水 吸湿水外层连续水膜
(薄膜水不能被植物吸收)
吸附力 最外层3MPa 吸着力 最外层~0.625MPa
1.5MPa
最大吸湿量（吸湿 常数）
最大分子持水量 凋萎系数
毛管水 重力水
土壤孔隙(毛管)，水气界面 表面张力作用→ 毛管
Baidu Nhomakorabea
最大 吸湿量
4-6
22-30 30-40
2-3
4-9
22-29 28-40
2-3
6-10 22-28 30-38
3-5
6-13 22-28 28-38
3-4
15
28-32 32-40
12-17 25-35 35-40
－
30-35 38-42
体积百分比(%)
凋萎 系数
田间 持水量
饱和 含水量
5-9
32-42 45-52
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1.2.2 土壤水分再分布
• 再分布：降水、灌溉之后，水分在土壤剖 面中的运动
Ø表层水分由于蒸发、继续向下运动而减小 Ø深层水分继续向下运动，湿润锋下移 Ø田间持水量
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1.2.3 蒸发
• 陆面蒸发：
Ø土面蒸发：soil evaporation Ø植物蒸腾（散发）：plant transpiration Ø腾发（蒸散）：evapotranspiration
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• 土壤含水量（soil water content）：105℃烘 干至恒重时失去的水量。以单位质量干土 中水的质量或单位土壤总容 积中水的容积 表示（质量含水量、体积含水量）
• 主要测定方法
Ø称重法（烘干法） Ø核技术测量：中子仪， γ射线仪 Ø电磁测量：时域反射仪(TDR) Ø核磁共振测量 Ø热脉冲测量 Ø遥感测量：大面积地表含水率
1.2.1 降水/灌溉入渗
• 入渗：水分进入土壤的过程 • 入渗类型：
Ø一维垂直入渗：降水、灌溉入渗 Ø二维垂直、水平入渗：河道、渠道入渗 Ø三维垂直、水平入渗：水库、湖泊入渗
• 入渗条件下土壤水分运动
Ø非饱和土壤水运动 Ø饱和－非饱和土壤水运动
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积水条件下的干土入渗：
➢分区： ❖饱和区 ❖过渡区 ❖传导区 ❖湿润区
灌溉排水概论(1)
2020/11/21
灌溉排水概论(1)
要求：
• 熟悉北方主要作物需水规律，掌握灌溉制度 的方法
• 熟悉农田土壤水分特征参数及基本运动规律 • 掌握灌溉排水工程类型及适用条件 • 掌握灌溉系统（渠道、管道）的组成、渠系
建筑物的分类及其作用 • 熟悉不同灌水方法及其技术特点 • 了解排水系统及特点 • 掌握灌溉、排水管理基本内容
1.1 农田水分状况与水分特征参数
• 农田水分状况(Field water regime)：
农田中地表水、土壤水和地下水的状态、 变化规律及对作物生长影响的总称
• 农田水分调控(Regulation of field water regime)：利用农田水利措施对农田水分状
况进行调节与控制，以改善土壤中的气、 热、养分状况及农田小气候，达到农业增 产的目的。
灌溉排水概论(1)
参考教材
• 郭元裕主编. 农田水利学（第3版）. 北京： 中国水利水电出版社. 1997
灌溉排水概论(1)
灌溉排水概论(1)
1 土壤水分特征参数及基本运动规律 • 要求：熟悉农田土壤水分特征参数及基本
运动规律
• 主要内容：
Ø农田土壤水分特征参数 Ø土壤水分基本运动规律
灌溉排水概论(1)
灌溉排水概论(1)
蒸发强度的决定性因素：
➢外界条件：辐射、气温、湿度、风速 等气象因素决定了大气蒸发能力
水分蒸发过程中的能量供给
蒸发面水汽向大气的扩散过程
➢土壤条件：土壤表层的含水率状况决 定了土壤供水能力
➢饱和区、过渡区 一般不存在
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积水条件下的干土入 渗：
➢积水后，表土含水率 很快增加到θ0 (<θs )
➢地表处含水率梯度由 大变小，t足够大时地 表含水率不变
➢地表入渗率逐渐减小
➢湿润锋不断下移，含 水率变化平缓
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描述土壤入渗过程的物理量：
入渗率i：单位时间内通过单位面积的入渗水 量（地表水通量），mm/min, mm/h, mm/d
累积入渗量I：从入渗开始到某一时刻通过单 位面积的总水量，mm
i与I的关系：i(t)=dI(t)/dt
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入渗过程的影响因素：
供水速率P（降水强度…）、土壤入渗能力f P<f，入渗率i取决于供水速率P（通量控制）； P>f，入渗率I
取决于入渗能力f （剖面控制）， 超过f的部分产生 地表积水、径流 （超渗产流）
• 凋萎系数（wilting coefficient）：植物开始发 生永久凋萎时的土壤含水率，也称凋萎含水率 或萎蔫点
• 土壤有效含水量（available water content of soil）：土壤中能被作物吸收利用的水量，即 田间持水量与凋萎系数之间的土壤含水量
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• 土壤含水率与水分常数的应用：
Ø估计水分对植物生长的影响 Ø计算灌溉水量 Ø根据土壤水分的动态变化估算腾发量（地面蒸
发＋植物蒸腾）
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华北平原不同质地土壤的水分常数
土壤 质地
最大 吸湿量
砂壤土 1-2
轻壤土 1-2
中壤土 2-3
重壤土 2-3
轻粘土 －
中粘土 －
重粘土 －
重量百分比(%)
凋萎 系数
田间 持水量
饱和 含水量