作物需水规律-2
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f(u)为风函数，
U f u 0.271 2 100
U2为距地面2m高处的日平均风 速(km／d)；
作物需水规律—需水量
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
Rn为太阳净辐射量
Rn Rns Rnl
Rns为太阳净短波辐射量；
第二章
农田灌溉原理
（二）作物需水规律
第二节：作物需水规律
农田水分调节的目的就是要为作物生长创造一个 良好的环境，那么对作物生长而言，究竟什么样 的环境是良好的呢？这就要研究作物的需水规律， 研究作物的生长对水的需求问题。同时，农业生 产是一个经济活动，要考虑经济效益，这就提出 了成本的问题，提出作物水分生产函数问题。
一般可将作物全生育期划分为 4 个阶 段：
①初期：发芽与早期生长阶段，地 面覆盖率<10%。
②发育期：从初期阶段后期到地面 完全有效覆盖，覆盖率= 70％- 80 ％。 ③中期：从地面完全覆盖到开始成 熟。
Kc可查有关作物表， 也可试验获得。
④后期：从中期阶段后期到完全成 熟或收获期。
从表中数 据可以看 出：在作 物生育前 期和后期， 作物系数 均小于1， 即需水强 度比参考 作物要小； 生育中期 则等于或 大于1， 需水强度 比参考作 物要强。
植物体 输水 根系 吸水
作物需水规律—需水量
4、作物需水量的计算
计算法分为直接计算和 间接计算两种
（1）、直接计算法
a、以产量和需水的相关关系 计算 ET=K*Y b、以水面蒸发和作物需水的 相关关系计算 ET=a*E0
作物需水规律—需水量
作物需水规律—需水量
（2）、间接计算法 通过参照作物需水量的计算间接计算目标作 物的需水量。
作物需水规律—需水量
3、作物需水量的确定 （1）影响因素分析 影响作物需水的因素很多，归纳 起来有自然和人为两大类。自 然因素包括气象、土壤、作物 几种，人为因素有灌排措施、 耕作措施等。 由于各种因素相互联系，错综复 杂，目前还难以从理论上进行 精确计算，但可以以一两种主 要因素建立模型计算。
植物 体输 水 根系 吸水 植物体 蒸腾
Rns 1 a Rs
大气圈
a为地面反射率，对大部分作物取 15％-25％； Rs为到达地面的阳光辐射能量； Rs (0.25 0.5n / N ) Ra
作物需水规律—需水量
Rnl为净长波辐射量
f T Tk4
计算式 :
Rnl f T . f ed . f n / N
平均风速u=2.88m/s，n/N=65%。种植作物
为小麦。
计算：作物需水量
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
计 算 过 程
资料
平均温度20oC 平均相对湿度50% 地面2m高出风速177km/d 海拔高度100m ea ed=ea*RH
项目
第一步：为便于比较，选取一种作物作为参考作物，控制相同生长条件； 第二步：以气象因素为变量，计算参考作物腾发量； 第二步：考虑土壤水分、作物品种因素的影响，对参考作物需水量进行调 整或修正，从而计算出实际需水量。
作物需水规律—需水量
参考作物：目前国内外多采用 参考作物(紫花苜蓿)的蒸发蒸 腾量(ET。)来表示气象因子对 作物需水量的影响（苜蓿需 水量主要受气象条件的影响）
f ed 0.34 0.044 ed
f n / N 0.1 0.9(n / N )
N为最大日照时数， n为实测日照时数。 σ为斯瑞藩—鲍茨曼常数
2.01*10-9（mm/日度4）
Tk为绝对温度: 273+T
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
当土壤供水充分时，作物 系数 Kc 是作物需水量与 参考作物蒸发蒸腾量的 比值，即：
Kc=ETc/ETo
ETo是参考作物的需水量，它反映的是气象因素的 影响，但是不同作物的需水量是不一样的，还必须 研究作物系数，把ETo换算成实际作物的需水量。
作物需水规律—需水量
Kc随作物种类、生育阶段及各主要季节的气候条件而 变化。但参考作物和实际作物受气象因素影响是同步 的，所以Kc值在各水文年相对稳定。
作物需水规律—需水量
作物田间（农田）耗水量的结构关系 植株蒸腾量 生理需水 生态需水
农 田 水 分 消 耗 量
作物腾发量（作 物需水量）
棵间蒸发量
深层渗漏量 田间损失量 田间渗漏量
对旱地 对水田
（2）田间耗水量: 将作物需水量与田间损失水量相加而得。
作物需水规律—需水量
不同作物、不同地区、不同水文年作物需水量不同
返回算例
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
返回算例
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
返回算例
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
ET0 =f(M)
上式表达的是作物蒸腾量与气象 的关系.
作物需水规律—需水量
国际粮农组织推荐的参考作物需水量计算的数学模型——能 量平衡模型 将作物腾发看作能量消耗过程，通过能量平衡先计算出腾发 过程所消耗的能量，然后再将能量折算为水量，即作物需 水量。而能量的来源就是太阳的辐射能量，这个能量是可 以计算的，约为太阳辐射能量40%。能量与水气化的能量 关系是：每蒸发1克水，消耗 600 卡的热能，即农田水分 消耗将等于(0.4R卡/平方厘米)/(600卡/立方厘米)=R/1500厘 米。因此 , 只要测出能量的消耗量，即转化量，就可推算 出水分的气化量。 如，某地区4-9月份R=423.6卡/平方厘米/日，则平均潜在腾 发量=423.6/1500=0.282cm/日 关键的问题就是如何计算消耗的能量！
1、农田水分消耗分析 （1）农田水分消耗途径
植株蒸腾 棵间蒸发 农田渗漏 合成有机质（作物体）
植物体 蒸腾
植物体 输水 根系 吸水
作物需水量
（2）农田水分消耗量的构成
农田水分消耗的途径也就是其主要构成。包括：
a、植株蒸腾量
b、棵间蒸发量 c、田间渗漏量
d、组成植物体及光合作用等生理过 程的需水量
由于组成植物体及消耗于光合作用过程 的水量一般小于作物蒸发蒸腾量的 1%， 故在生产实践中常予以忽略。 渗漏量的大小与土壤性质、水文地质条件等因素有关，它和腾发量的性质完全 不同,并且主要是稻田渗漏。因此，一般都是将腾发量与渗漏量分别进行计算。
Ra
Rs=(0.25+0.5n/N)Ra
(mm/天)(查表1)
(mm/天)
16.4
9.43
Rns=(1-a)Rs
ed=11.7 f(T) f(ed) f(n/N) Rnl=f(T).f(ed).f(n/N) u昼/u夜=1 Rhmax=70% Rs=9.43 U夜=2.87m/s Rn=Rns - Rnl W w.Rn C ET0
Rn Rns Rnl
Rns 1 a Rs
Rs (0.25 0.5n / N ) Ra
Rnl f T . f ed . f n / N
返回算例
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
返回算例
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
通过参考作物腾发量计算，间 接计算实际腾发量： ET =K * K *ET0
C C θ
式中：KC、 KBiblioteka Baidu分别为作物和土壤 系数。
当土壤水分充足时，Kθ=1。
作物需水规律—需水量
a、参考作物蒸发蒸腾量（ET0）
“从高度一致，生长旺盛，完 全遮盖住地面且不缺水， 815cm 高的开阔（地块长宽都 大于200米）草地上（苜蓿草） 所蒸发蒸腾的速率” 即：
1、作物需水量
2、作物水分生产函数
（一）、作物需水量
作物需水量是农业用水的主要组成部分，也是整个国民经 济中消耗水分的最主要部分。因此，它是水资源开发利 用时的必需资料，同时也是灌排工程规划、设计、管理 的基本依据。目前全世界的用水量不断增长，水资源不 足日益突出，对作物需水量的研究和估算，已成为一个 重要研究课题。
作物需水规律—需水量
2、作物需水量与 田间耗水量
（1）作物需水量：把作物生育 期内的作物蒸发蒸腾量之和 称之为作物需水量。
作物潜在需水量：“生长在大 面积上的无病虫作物，在最 佳的水、肥等土壤条件和生 长环境中，能获得最高增产 潜力所需满足蒸发蒸腾的水 量”。是作物需水量的最大 值。
灌溉用水量:将作物需水量减 去自然降雨，以及原有土壤 水利用量之后而需要的量。
作物需水量计算的
数学模型
影响作物蒸发蒸腾的主要因素中，气象因子 规律性比较强，资料容易获得，在水分充 足时也是主要因素，作物、土壤以及当地 的条件和农技措施变化比较复杂，难以量 化，因此，一般把气象因子单独考虑，以 此建立模型。具体方法为：
ET=k*f(M)
在实际中，作物因子、土壤及 其它因子另作系数k处理。
作物需水规律—需水量
受风力、海拔、地理位置、作物叶面积等影响，实际情况要复杂得多 !
1948年由彭曼提出，经多次修正，1979年联合国粮农组 织向各国推荐的具体计算式为：
辐射项 空气动力项
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
昼夜因子 海拔 因子 太阳短波 净辐射 风函数 饱和水气压 实际水气压
（mbar）（查表4） (mbar）
月份与数值
23.4 11.7
ea-ed
f(u) =0.27（1+u/100） (1-w) (1-w)f(u)(ea-ed)
(mbar)
(查表7 或计算） (查表8) (mm/天)
11.7
0.75 0.32 2.81
月份 5 纬度39o20”，n/N=65% a取0.25
此式以能量转换为主,同时考虑到空气动力学等气象因素。
作物需水规律—需水量
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
式中： ETo为参考作物蒸发蒸腾量(mm ／d)； C为补偿昼夜天气变化的修正系 数，与湿度、昼夜风速、到达 地面辐射量有关，可查表
W为与温度和海拔高度有关的权 重因子，可查表；
返回算例
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
返回算例
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
返回算例
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
ea、ed为平均气温下空
气的饱和水汽压与实际平 均水汽压(102Pa )。
以上各数据可从气象站获得（一般为 表格），或换算得到。
国内也绘制了参考作物需水量等值线图， 对计算作物需水量很有实用价值。
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
各种气象资料表
11 f（ed）
返回算例
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
返回算例
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
返回算例
作物需水规律—需水量
ETC=KC* K *ET0
θ
b、作物系数Kc计算
(mm/天)
(查表10) (查表11) (查表12) (mm/天) (mm/天) (查表3) (mm/天) (查表13) (mm/天)
ETC=KC* K *ET0
θ
20%
返回算例
上例中：
算例
资料：
某地，北纬39o20’，地面高程100m，
计算月份为5月，最高温度28oC，最低温度
12oC，平均温度20oC，最大相对湿度70%， 最小相对湿度30%，平均相对湿度50%，夜
晚风速u夜=2.9m/s，日间风速u昼=2.87m/s，
因此，实践中常采用 实验法和计算法来确定需 水量。 这里主要介绍计算法。
作物需水规律—需水量
（2）作物需水量计算的数 学模型
SPAC
植物体 蒸腾
对影响作物蒸发蒸腾的主 要因素气象(M)、作物(C)、 土壤 (S) 以及农业耕作措 施(P)用数学模型表示： ET=f(M、C、S、P)
系 统 中 的 水 分 运 移
U f u 0.271 2 100
U2为距地面2m高处的日平均风 速(km／d)；
作物需水规律—需水量
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
Rn为太阳净辐射量
Rn Rns Rnl
Rns为太阳净短波辐射量；
第二章
农田灌溉原理
（二）作物需水规律
第二节：作物需水规律
农田水分调节的目的就是要为作物生长创造一个 良好的环境，那么对作物生长而言，究竟什么样 的环境是良好的呢？这就要研究作物的需水规律， 研究作物的生长对水的需求问题。同时，农业生 产是一个经济活动，要考虑经济效益，这就提出 了成本的问题，提出作物水分生产函数问题。
一般可将作物全生育期划分为 4 个阶 段：
①初期：发芽与早期生长阶段，地 面覆盖率<10%。
②发育期：从初期阶段后期到地面 完全有效覆盖，覆盖率= 70％- 80 ％。 ③中期：从地面完全覆盖到开始成 熟。
Kc可查有关作物表， 也可试验获得。
④后期：从中期阶段后期到完全成 熟或收获期。
从表中数 据可以看 出：在作 物生育前 期和后期， 作物系数 均小于1， 即需水强 度比参考 作物要小； 生育中期 则等于或 大于1， 需水强度 比参考作 物要强。
植物体 输水 根系 吸水
作物需水规律—需水量
4、作物需水量的计算
计算法分为直接计算和 间接计算两种
（1）、直接计算法
a、以产量和需水的相关关系 计算 ET=K*Y b、以水面蒸发和作物需水的 相关关系计算 ET=a*E0
作物需水规律—需水量
作物需水规律—需水量
（2）、间接计算法 通过参照作物需水量的计算间接计算目标作 物的需水量。
作物需水规律—需水量
3、作物需水量的确定 （1）影响因素分析 影响作物需水的因素很多，归纳 起来有自然和人为两大类。自 然因素包括气象、土壤、作物 几种，人为因素有灌排措施、 耕作措施等。 由于各种因素相互联系，错综复 杂，目前还难以从理论上进行 精确计算，但可以以一两种主 要因素建立模型计算。
植物 体输 水 根系 吸水 植物体 蒸腾
Rns 1 a Rs
大气圈
a为地面反射率，对大部分作物取 15％-25％； Rs为到达地面的阳光辐射能量； Rs (0.25 0.5n / N ) Ra
作物需水规律—需水量
Rnl为净长波辐射量
f T Tk4
计算式 :
Rnl f T . f ed . f n / N
平均风速u=2.88m/s，n/N=65%。种植作物
为小麦。
计算：作物需水量
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
计 算 过 程
资料
平均温度20oC 平均相对湿度50% 地面2m高出风速177km/d 海拔高度100m ea ed=ea*RH
项目
第一步：为便于比较，选取一种作物作为参考作物，控制相同生长条件； 第二步：以气象因素为变量，计算参考作物腾发量； 第二步：考虑土壤水分、作物品种因素的影响，对参考作物需水量进行调 整或修正，从而计算出实际需水量。
作物需水规律—需水量
参考作物：目前国内外多采用 参考作物(紫花苜蓿)的蒸发蒸 腾量(ET。)来表示气象因子对 作物需水量的影响（苜蓿需 水量主要受气象条件的影响）
f ed 0.34 0.044 ed
f n / N 0.1 0.9(n / N )
N为最大日照时数， n为实测日照时数。 σ为斯瑞藩—鲍茨曼常数
2.01*10-9（mm/日度4）
Tk为绝对温度: 273+T
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
当土壤供水充分时，作物 系数 Kc 是作物需水量与 参考作物蒸发蒸腾量的 比值，即：
Kc=ETc/ETo
ETo是参考作物的需水量，它反映的是气象因素的 影响，但是不同作物的需水量是不一样的，还必须 研究作物系数，把ETo换算成实际作物的需水量。
作物需水规律—需水量
Kc随作物种类、生育阶段及各主要季节的气候条件而 变化。但参考作物和实际作物受气象因素影响是同步 的，所以Kc值在各水文年相对稳定。
作物需水规律—需水量
作物田间（农田）耗水量的结构关系 植株蒸腾量 生理需水 生态需水
农 田 水 分 消 耗 量
作物腾发量（作 物需水量）
棵间蒸发量
深层渗漏量 田间损失量 田间渗漏量
对旱地 对水田
（2）田间耗水量: 将作物需水量与田间损失水量相加而得。
作物需水规律—需水量
不同作物、不同地区、不同水文年作物需水量不同
返回算例
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
返回算例
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
返回算例
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
ET0 =f(M)
上式表达的是作物蒸腾量与气象 的关系.
作物需水规律—需水量
国际粮农组织推荐的参考作物需水量计算的数学模型——能 量平衡模型 将作物腾发看作能量消耗过程，通过能量平衡先计算出腾发 过程所消耗的能量，然后再将能量折算为水量，即作物需 水量。而能量的来源就是太阳的辐射能量，这个能量是可 以计算的，约为太阳辐射能量40%。能量与水气化的能量 关系是：每蒸发1克水，消耗 600 卡的热能，即农田水分 消耗将等于(0.4R卡/平方厘米)/(600卡/立方厘米)=R/1500厘 米。因此 , 只要测出能量的消耗量，即转化量，就可推算 出水分的气化量。 如，某地区4-9月份R=423.6卡/平方厘米/日，则平均潜在腾 发量=423.6/1500=0.282cm/日 关键的问题就是如何计算消耗的能量！
1、农田水分消耗分析 （1）农田水分消耗途径
植株蒸腾 棵间蒸发 农田渗漏 合成有机质（作物体）
植物体 蒸腾
植物体 输水 根系 吸水
作物需水量
（2）农田水分消耗量的构成
农田水分消耗的途径也就是其主要构成。包括：
a、植株蒸腾量
b、棵间蒸发量 c、田间渗漏量
d、组成植物体及光合作用等生理过 程的需水量
由于组成植物体及消耗于光合作用过程 的水量一般小于作物蒸发蒸腾量的 1%， 故在生产实践中常予以忽略。 渗漏量的大小与土壤性质、水文地质条件等因素有关，它和腾发量的性质完全 不同,并且主要是稻田渗漏。因此，一般都是将腾发量与渗漏量分别进行计算。
Ra
Rs=(0.25+0.5n/N)Ra
(mm/天)(查表1)
(mm/天)
16.4
9.43
Rns=(1-a)Rs
ed=11.7 f(T) f(ed) f(n/N) Rnl=f(T).f(ed).f(n/N) u昼/u夜=1 Rhmax=70% Rs=9.43 U夜=2.87m/s Rn=Rns - Rnl W w.Rn C ET0
Rn Rns Rnl
Rns 1 a Rs
Rs (0.25 0.5n / N ) Ra
Rnl f T . f ed . f n / N
返回算例
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
返回算例
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
通过参考作物腾发量计算，间 接计算实际腾发量： ET =K * K *ET0
C C θ
式中：KC、 KBiblioteka Baidu分别为作物和土壤 系数。
当土壤水分充足时，Kθ=1。
作物需水规律—需水量
a、参考作物蒸发蒸腾量（ET0）
“从高度一致，生长旺盛，完 全遮盖住地面且不缺水， 815cm 高的开阔（地块长宽都 大于200米）草地上（苜蓿草） 所蒸发蒸腾的速率” 即：
1、作物需水量
2、作物水分生产函数
（一）、作物需水量
作物需水量是农业用水的主要组成部分，也是整个国民经 济中消耗水分的最主要部分。因此，它是水资源开发利 用时的必需资料，同时也是灌排工程规划、设计、管理 的基本依据。目前全世界的用水量不断增长，水资源不 足日益突出，对作物需水量的研究和估算，已成为一个 重要研究课题。
作物需水规律—需水量
2、作物需水量与 田间耗水量
（1）作物需水量：把作物生育 期内的作物蒸发蒸腾量之和 称之为作物需水量。
作物潜在需水量：“生长在大 面积上的无病虫作物，在最 佳的水、肥等土壤条件和生 长环境中，能获得最高增产 潜力所需满足蒸发蒸腾的水 量”。是作物需水量的最大 值。
灌溉用水量:将作物需水量减 去自然降雨，以及原有土壤 水利用量之后而需要的量。
作物需水量计算的
数学模型
影响作物蒸发蒸腾的主要因素中，气象因子 规律性比较强，资料容易获得，在水分充 足时也是主要因素，作物、土壤以及当地 的条件和农技措施变化比较复杂，难以量 化，因此，一般把气象因子单独考虑，以 此建立模型。具体方法为：
ET=k*f(M)
在实际中，作物因子、土壤及 其它因子另作系数k处理。
作物需水规律—需水量
受风力、海拔、地理位置、作物叶面积等影响，实际情况要复杂得多 !
1948年由彭曼提出，经多次修正，1979年联合国粮农组 织向各国推荐的具体计算式为：
辐射项 空气动力项
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
昼夜因子 海拔 因子 太阳短波 净辐射 风函数 饱和水气压 实际水气压
（mbar）（查表4） (mbar）
月份与数值
23.4 11.7
ea-ed
f(u) =0.27（1+u/100） (1-w) (1-w)f(u)(ea-ed)
(mbar)
(查表7 或计算） (查表8) (mm/天)
11.7
0.75 0.32 2.81
月份 5 纬度39o20”，n/N=65% a取0.25
此式以能量转换为主,同时考虑到空气动力学等气象因素。
作物需水规律—需水量
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
式中： ETo为参考作物蒸发蒸腾量(mm ／d)； C为补偿昼夜天气变化的修正系 数，与湿度、昼夜风速、到达 地面辐射量有关，可查表
W为与温度和海拔高度有关的权 重因子，可查表；
返回算例
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
返回算例
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
返回算例
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
ea、ed为平均气温下空
气的饱和水汽压与实际平 均水汽压(102Pa )。
以上各数据可从气象站获得（一般为 表格），或换算得到。
国内也绘制了参考作物需水量等值线图， 对计算作物需水量很有实用价值。
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
各种气象资料表
11 f（ed）
返回算例
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
返回算例
ET0 CW .Rn 1 W . f u . ea ed
返回算例
作物需水规律—需水量
ETC=KC* K *ET0
θ
b、作物系数Kc计算
(mm/天)
(查表10) (查表11) (查表12) (mm/天) (mm/天) (查表3) (mm/天) (查表13) (mm/天)
ETC=KC* K *ET0
θ
20%
返回算例
上例中：
算例
资料：
某地，北纬39o20’，地面高程100m，
计算月份为5月，最高温度28oC，最低温度
12oC，平均温度20oC，最大相对湿度70%， 最小相对湿度30%，平均相对湿度50%，夜
晚风速u夜=2.9m/s，日间风速u昼=2.87m/s，
因此，实践中常采用 实验法和计算法来确定需 水量。 这里主要介绍计算法。
作物需水规律—需水量
（2）作物需水量计算的数 学模型
SPAC
植物体 蒸腾
对影响作物蒸发蒸腾的主 要因素气象(M)、作物(C)、 土壤 (S) 以及农业耕作措 施(P)用数学模型表示： ET=f(M、C、S、P)
系 统 中 的 水 分 运 移