主講教師：譚軍利博士寧夏大學土木與水利工程學院2012年9月農(nóng)業(yè)水資源利用與管理作物需水量和灌溉制度內(nèi)容提要

作物需水量（概念及計算方法）

作物灌溉制度（充分灌溉）灌溉用水量灌水率第一節(jié)作物需水量灌排工程規(guī)劃、設計、管理的依據(jù)為什么要學習作物需水量？？？水資源規(guī)劃和開發(fā)利用的必需資料植株蒸騰株間土壤蒸發(fā)深層滲漏農(nóng)田水分消耗的途徑田間滲漏：水稻田的滲漏植株蒸騰和株間土壤蒸發(fā)合稱為騰發(fā)，兩者消耗的水量合稱為騰發(fā)量，通常把騰發(fā)量稱為作物需水量。灌溉需水量：除降雨之外而獲得期望的作物產(chǎn)量和品質(zhì)并使作物根區(qū)保持適宜的鹽分平衡所需的灌溉水量或水深?！睹绹鴩夜喔裙こ淌謨浴稰59氣象條件影響作物需水量的影響因素作物特性土壤性質(zhì)氣溫高、日照時間長、空氣濕度低、風速大、氣壓低等使需水量增加水稻需水量較大，麥類、棉花需水量中等，高粱、薯類需水量較少；

地面覆蓋、采用滴灌、水稻控灌等能減少作物需水量。

含水量大，砂性大，則需水量大（棵間蒸發(fā)大）農(nóng)作物技術措施作物需水規(guī)律中間多，兩頭少；開花結(jié)實期需水量最大存在需水臨界期水稻孕穗至開花期棉花開花至幼鈴形成期小麥撥節(jié)至灌漿期需水臨界期：在作物全生育期中，對缺水最敏感，影響產(chǎn)量最大的時期。

了解作物需水臨界期的意義：合理安排作物布局，使用水不至過分集中；在干旱情況下，優(yōu)先灌溉正處需水臨界期的作物。請你選擇你熟悉的一種作物，通過圖書館及中國知網(wǎng)查閱相關文獻，就這種作物的需水規(guī)律寫一篇1000字的論文，并列出你引用的文獻。課后作業(yè)一、直接計算需水量的方法1、以水面蒸發(fā)為參數(shù)的需水系數(shù)法(簡稱“α值法”或稱蒸發(fā)皿法)

ET=αE0(2-1)ET=aE0+b(2-2)ET—某時段內(nèi)的作物需水量，以水層深度mm計；E0—與ET同時段的水面蒸發(fā)量，以水層深度mm計。一般采用80cm口徑蒸發(fā)皿的蒸發(fā)值；a，b—經(jīng)驗常數(shù)；α—需水系數(shù)，或稱蒸發(fā)系數(shù)，為需水量與水面蒸發(fā)量之比值?！唉林抵捣ā薄敝灰婷嬲舭l(fā)發(fā)量資資料，，易于于獲得得且比比較穩(wěn)穩(wěn)定，，適宜水水稻等等作物物，不不適宜宜于旱旱作物物。水面蒸蒸發(fā)皿皿的規(guī)規(guī)格、、安設設方式式及觀觀測場場地規(guī)規(guī)范化化注意非非氣象象條件件(如如土壤壤、水水文地地質(zhì)、、農(nóng)業(yè)業(yè)技術術措施施、水水利措措施等等)對對а值值的影影響注意事事項2．以以產(chǎn)量量為參參數(shù)的的需水水系數(shù)數(shù)法(簡稱稱“K值法法”)ET——作物物全生生育期期內(nèi)總總需水水量，，m3／畝；；Y—作作物物單位位面積積產(chǎn)量量，kg／／畝；；K—以以產(chǎn)產(chǎn)量為為指標標的需需水系系數(shù)。。ET=KY公式式，則則K代代表單單位產(chǎn)產(chǎn)量的的需水水量，，m3／kg；n、c——分分別為為經(jīng)驗驗指數(shù)數(shù)和常常數(shù)，，可以以通過過試驗驗確定定。ET=KY（（2-3））ET=KYn+c(2-4)對于旱旱作物物，在在土壤壤水分分不足足而影影響高高產(chǎn)的的情況況下，，需水水量隨隨產(chǎn)量量的提提高而而增大大，用用此法法推算算較可可靠。。對于土土壤水水分充充足的的旱田田以及及水稻稻田，，需水水量主主要受受氣象象條件件控制制，產(chǎn)產(chǎn)量與與需水水量關關系不不明確確，用用此法法推算算的誤誤差較較大。。模系數(shù)數(shù)法ETi=KiET/100（（3-5））K=ETi/ET如何估估算各各生育育階段段需水水量先確定定全生生育期期作物物需水水量，，然后后按照照各生生育階階段需需水規(guī)規(guī)律，，以一一定比比例進進行分分配。。ETi—某某一生生育階階段作作物需需水量量；Ki—需需水量量模比比系數(shù)數(shù)，即即生育育階段段作物物需水水量占占全生生育期期作物物需水水量的的百分分數(shù)參照作作物需需水量量ET0指土壤水水分充充足、、地面面完全全覆蓋蓋、生生長正正常、、高矮矮整齊齊的開開闊(地塊塊的長長度和和寬度度都大大于200m)矮矮草地地(草草高8～15cm)上的的蒸發(fā)發(fā)量，一般是指指在這種條件件下的苜蓿草的需水量而言言。二、通過計算算參照作物需需水量來計算算實際作物需需水量的方法法參照作物需水水量主要受氣氣象條件的影影響，所以都都是根據(jù)當?shù)氐氐臍庀髼l件件分階段(月月和旬)計算算。計算ET0；計算思路根據(jù)作物系數(shù)數(shù)Kc對ET0進行修正即可可求出作物的的實際需水量量ET；ET=KcET0作物實際需水水量則可根據(jù)據(jù)作物生育階階段分段計算算。其基本思想是是：將作物騰發(fā)看看作能量消耗的過程，通過過平衡計算求求出騰發(fā)所消消耗的能量，，然后再將能能量折算為水量，即作物需水水量。如果能在農(nóng)田田中測算出騰發(fā)消耗的總總熱量，便能由此推推算出相應的的作物需水量的的數(shù)值。(一)參照作作物需水量的的計算英國的彭曼(Penman)公式是1948年提出來來的，后來經(jīng)經(jīng)過多次的修修正。1979年，，聯(lián)合國世界界糧農(nóng)組織對對彭曼公式又又作了進一步步修正，并正正式認可向各各國推薦作為為計算參照作作物需水量的的通用公式。。參照作物需水水量海拔高度影響響溫度函數(shù)的的改正系數(shù)，，p0為海平面的平平均氣壓，p為計算點的的平均氣壓標準大氣壓下下的溫度函數(shù)數(shù)，其中△為為平均氣溫時時飽和水汽壓壓隨溫度之變變率dea/dt，ea為飽和水汽壓壓，t為平均均氣溫，γ為濕度計常常數(shù)γ=0.66hPa/℃太陽凈輻射干燥力，Ea=0.26(1+0.54u)(ea-ed)。ea為飽和水汽壓壓，ed為當?shù)氐膶嶋H際水汽壓，u為離地面2m高處的風風速Penman-Monteith公公式估算參參考作物蒸發(fā)發(fā)蒸騰量，并并根據(jù)公式的的要求，對參參考作物蒸發(fā)發(fā)蒸騰量做了了新的定義參考作物蒸發(fā)發(fā)蒸騰量：假設作物高高度為0.12m，固定定的葉面阻力力為70s/m，反射率率為0.23，非常類似似于表面開闊、高高度一致、生生長旺盛、完完全覆蓋地面面且不缺水的的綠色草地的的蒸發(fā)蒸騰速速率。FAO-56推薦使用的的公式形式為為飽和水汽壓ea與溫度曲線的的斜率，kPa/℃干濕表常數(shù)，，kPa/℃℃2m高處平均均風速，m/s作物表面的凈凈輻射，MJ/（m2.d)土壤熱通量，，MJ/（m2.d)平均日或月氣氣溫，℃飽和水汽壓，，kPa實際水汽壓，，kPaET=Kc(ET0)Kc—作物系系數(shù)。(二)實際際需水量的計計算作物需水系數(shù)數(shù)Kc不僅隨隨作物而變化化，更主要的的是隨作物的的生育階段而而異。生育初初期和末期的的Kc較小，，而中期的Kc較大。生育階段播種～越冬越冬～返青返青～拔節(jié)拔節(jié)～抽穗抽穗～灌漿灌漿～收獲全生育期Kc0.860.480.821.001.160.870.87山西省冬小麥麥作物需水系系數(shù)Kc值農(nóng)作物的灌溉制度是指作物播種種前(或水稻稻栽秧前)及及全生育期內(nèi)內(nèi)的灌水次數(shù)、每次的灌水日日期和灌水定額以及灌溉定額。第二節(jié)作作物物灌溉制度灌水定額(m):一次灌水單位位灌溉面積上上的灌水量;灌溉定額(M):各次灌水定額額之和;單位：(1)m3／667m2=m3/畝；(2)mm定義：灌溉供水能夠夠充分滿足作物各生育階階段的需水量量要求而設計計制定的灌溉溉制度。一、充分灌溉溉條件下的灌灌溉制度確定方法：總結(jié)群眾豐產(chǎn)產(chǎn)灌水經(jīng)驗根據(jù)灌溉試驗驗資料制定灌灌溉制度按水量平衡原原理分析制定定作物灌溉制制度（一）水稻稻灌溉制度水稻本田的灌灌溉制度，可可分別針對泡泡田期和插秧秧以后的生育育時期進行設設計。泡田定額的目目的（M1）使一定土層達達到飽和時所所需水量建立插秧時田田面水層深度度泡田期的田間間滲漏量和田田面蒸發(fā)量1、泡田期的的灌溉用水量量的計算M1=0.667（h0+S1+e1t1-P1）泡田定額取決決于土壤、地地勢、地下水水埋深和犁耕耕深度等因素素。一般h0=30~50mm。土壤質(zhì)地地下水埋深大于2m地下水埋深小于2m粘土和粘壤土50~80中壤土和沙壤土80~12070~100輕沙壤土100~16080~130泡田定額：m3/畝生育期灌溉制制度的制定1）按照各地地試驗資料，，合理寫出水水稻不同生長長階段的適宜宜淹灌水層的的上限（hmax）和下限（hmin）2）根據(jù)生育育期任何一個個時段t的農(nóng)農(nóng)田來水與耗耗水，用水量量平衡方法確確定各時段的的灌溉制度。。水量平衡方程程式如下h1+P+m––WC––d=h2m=hmax-hminhminhmaxHphminhmaxhp例題題，，見見教教材材P55.泡田田定定額額為為80m3/畝畝水稻稻生生育育期期灌灌溉溉水水量量為為227m3/畝畝總灌灌溉溉定定額額為為307m3/畝畝（二二））旱旱作作物物灌灌溉溉制制度度通常常以以作作物物主主要要根根系系吸吸水水層層作作為為灌灌水水時時的的土土壤壤計計劃劃濕濕潤潤層層（（H）），，并并要要求求該該土土層層內(nèi)內(nèi)的的儲儲水水量量能能保保持持在在作作物物所所要要求求的的范范圍圍內(nèi)內(nèi)。。ETETETmP0K1、、水水量量平平衡衡方方程程Wt-W0=Wr+P0+K+M-ET式中中：：Wt,W0—時時段段初初和和任任一一時時間間t時時的的土土壤壤計計劃劃濕濕潤潤層層內(nèi)內(nèi)的的儲儲水水量量；；Wr——由由于于計計劃劃濕濕潤潤層層增增加加而而增增加加的的水水量量；；P0—保保存存在在土土壤壤計計劃劃濕濕潤潤層層內(nèi)內(nèi)的的有有效效雨雨量量K——時時段段t內(nèi)內(nèi)的的地地下下水水補補給給量量，，即即K=kt；；M——時時段段t內(nèi)內(nèi)的的灌灌溉溉水水量量；；ET——時時段段t內(nèi)內(nèi)的的作作物物田田間間需需水水量量，，即即ET=et，，e為為t時時段段內(nèi)內(nèi)平平均均每每晝晝夜夜的的作作物物田田間間需需水水量量。。mm或或m3/畝畝任一一時時段段內(nèi)內(nèi)土土壤壤計計劃劃濕濕潤潤層層的的儲儲水水量量必必須須經(jīng)經(jīng)常常保保持持在在一一定定的的適適宜宜范范圍圍內(nèi)內(nèi)，，處處于于Wmin~Wmax之間間。。當無無有有效效降降雨雨時時，，計計劃劃濕濕潤潤層層中中的的儲儲水水量量由由于于作作物物的的消消耗耗接接近近于于Wmin，此此時時需需要要進進行行灌灌溉溉，，補補充充水水量量。。Wmin=W0–ET+K則，，推推算算出出開開始始進進行行灌灌水水時時的的時時間間間間距距t=(W0-Wmin)/(e-k)而這這一一時時段段末末灌灌水水定定額額mm=Wmax-Wmin=667nH（（θmax–θmin)m=Wmax-Wmin=667H（（θ′′max–θ′′min)式中中m——灌灌水水定定額額，，m3/畝畝；；H——該該時時段段內(nèi)內(nèi)土土壤壤計計劃劃濕濕潤潤層層深深度度，，m；；n——計計劃劃濕濕潤潤層層內(nèi)內(nèi)土土壤壤的的空空隙隙率率（（以以占占土土壤壤體體積積的的%計計））2、、基基本本資資料料的的收收集集(1)土土壤壤計計劃劃濕濕潤潤層層深深度度(H)是指指在在旱旱田田進進行行灌灌溉溉時時，，計計劃劃調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)控控制制土土壤壤水水分分狀狀況況的的土土層層深深度度。。(2)土土壤壤最最適適宜宜含含水水率率及及允允許許的的最最大大、、最最小小含含水水率率適宜宜含含水水率率因因作物物種種類類、、生生育育階階段段的的需需水水特特點點、、施施肥肥情情況況和和土土壤壤性性質(zhì)質(zhì)(包包括括含含鹽鹽狀狀況況)等等因因素素而而異異；；采用用θθmax=θθ田，θθmin為凋凋萎萎系系數(shù)數(shù)(3)降降雨雨入入滲滲量量(P0)指降降雨雨量量(P)減減去去地地面面徑徑流流損損失失(P地)后后的的水水量量，，P0=P-P地(2-15)降雨雨入入滲滲量量也也可可用用降降雨雨入入滲滲系系數(shù)數(shù)來來表表示示：：P0=ααP(2-16)α——降降雨雨入入滲滲系系數(shù)數(shù)，，其其值值與與一一次次降降雨雨量量、、降降雨雨強強度度、、降降雨雨延延續(xù)續(xù)時時間間以以及及土土壤壤性性質(zhì)質(zhì)、、地地面面覆覆蓋蓋及及地地形形等等因因素素有有關關。。一般般認認為為一一次次降降雨雨量量小小于于5mm時時，，αα為為0；；當一次次降雨雨量在在5～～50mm時，，α約約為0.1.～～0.8；；當次降降雨量量大于于50mm時，，α=0.7～～0.8。。(4)地地下水水補給給量(K)地下水水補給給量系系指地地下水水借土土壤毛毛細管管作用用上升升至作作物根根系吸吸水層層而被被作物物利用用的水水量，，其大大小與與地下下水埋埋藏深深度、、土壤壤性質(zhì)質(zhì)、作作物種種類、、作物物需水水強度度、計計劃濕濕潤土土層含含水量量等有有關。。(5)由于于計劃劃濕潤潤層增增加而而增加加的水水量(WT)在作物物生育育期內(nèi)內(nèi)計劃劃濕潤潤層是是變化化的，，由于于計劃劃濕潤潤層增增加，，可利利用一一部分分深層層土壤壤的原原有儲儲水量量，WT可按下下式計計算：：WT=667γγs(H2－H1)θ′/γw或WT=667(H2－H1)nθ式中：：H1—計劃劃時段段初計計劃濕濕潤層層深度度，m；H2—計劃劃時段段末計計劃濕濕潤層層深度度，m；θ—(H2-H1)深度度的土土層中中的平平均含含水率率，以以占孔孔隙率率的百百分數(shù)數(shù)計，，一般般θ<θ田；n——土土壤孔孔隙率率，以以占土土體積積的百百分數(shù)數(shù)計；；θ′——同同θ，，但以以占干干土重重的百百分數(shù)數(shù)計；；γs、γ水—分分別為為土壤壤干容容重和和水的的容重重，t／m3。3、旱旱作物物播前前的灌灌水定定額(M1)的的確定定M1=667γγsH（θθmax－θθ0)/γγwH—土土壤壤計劃劃濕潤潤層深深度(m)，應應根據(jù)據(jù)播前前灌水水要求求決定定；n—相相應應于H土層層內(nèi)的的土壤壤孔隙隙率，，以占占土壤壤體積積百分分數(shù)計計；θmax—一一般為為田間間持水水率，，以占占孔隙隙的百百分數(shù)數(shù)計；；θ0—播播前H土層層內(nèi)的的平均均含水水率，，以占占孔隙隙率的的百分分數(shù)計計；θ′max、θ′0—同θθmax、θ0，但以以占干干土重重的百百分數(shù)數(shù)計。。灌水率率：灌區(qū)單單位面面積(例如如以萬萬畝計計)上上所需需灌溉溉的凈凈流量量q凈又稱灌水模模數(shù)。作用：：計算算灌區(qū)區(qū)渠首首的引引水流流量和和灌溉溉渠道道的設設計流流量。。單位位：m3/(s/104×667m2)第三節(jié)節(jié)灌灌水率率設計方方法：：灌水率率q凈應分別別根據(jù)據(jù)灌區(qū)區(qū)各種種作物物的每每次灌灌水定定額，，逐一一進行行計算算。設灌區(qū)區(qū)面積積為A（畝畝），，種有有甲、、乙、、丙……種作作物，，面積積各為為α1A、α2A、α3A、……；α1、α2、α3…分別別為各各種作作物的的種植植面積積占灌灌區(qū)面面積的的百分分數(shù)。。作物甲甲的各各次灌灌水定定額分分別為為m1、m2、…、mn(m3/畝），要要求各次灌灌水在T1、T2、…、Tn晝夜內(nèi)完成成，則對于甲作作物，各次次灌水所要要求的灌水水率為第i次灌水水時qi，凈=α1mi/8.64Ti（3-65）則對于乙作作物，各次次灌水所要要求的灌水水率為第i次灌水水時qi，凈=α2mi/8.64Ti（3-66）其中T1、T2、…、Tn均為灌水延延續(xù)時間，，以d計。。對于自流流灌區(qū)，每每天灌水延延續(xù)時間一一般以24h計；對于抽水灌灌區(qū)，則每每天抽灌時時間以20~22h計，則式式中系數(shù)8.64均均相應地改改為7.2~7.92.我國各地主主要作物灌灌水延續(xù)時時間大致如如下：水稻：泡田田期灌水7-15晝晝夜，生生育期灌水水3-5晝晝夜。小麥：播前前灌10-20晝晝夜；拔節(jié)節(jié)后灌水10-15晝夜。。棉花：苗期期、花鈴期期8-12晝夜，，吐絮期8-15晝晝夜。玉米：拔節(jié)節(jié)抽穗l0-15晝晝夜；開開花期8-13晝晝夜。對于灌溉面面積較小的的灌區(qū)，灌灌水延續(xù)時時間要相應應減小，例例如，一條條農(nóng)渠的灌灌水延續(xù)時時間一般約約12-24h。設計步驟：：1）先對某某一設計代代表年計算算出灌區(qū)各各種作物每每次灌水的的灌水率，，所得灌水水率繪在方方格紙上，，稱為初步步灌水率圖圖。2）根據(jù)一一定的原則則對初步灌灌水率圖進進行修正。。從圖上看，，各時期的的灌水率大大小相差懸懸殊，渠道道輸水斷斷斷續(xù)續(xù)，不不利于管理理。因此需需要對初步步灌水率圖圖要進行修修正。修正灌水率率圖原則：：不影響作物物需水要求求盡量不要改改變主要作作物關鍵用用水期的各各次灌水時時間，若必必須調(diào)整移移動，以往往前移動為為主，前后后移動不超超過三天；；要使修正后后的灌水率率圖比較均均勻、連續(xù)續(xù)一般最小灌灌水率不應應小于最大大灌水率的的40％。。大面積水稻稻灌區(qū)(萬萬畝以上)的設計凈凈灌水率(q凈)一般為0.45～～0.6[m3／(s·萬萬畝)]；；大面積旱作作灌區(qū)的設設計凈灌水水率一般為為0.2～0.35[m3／(s··萬畝)]；水旱田均有有的大中型型灌區(qū)，其其綜合凈灌灌水率可按按水旱面積積比例加權權平均求得得。灌溉用水量量:灌溉土地需需從水源取取用的水量量。第四節(jié)灌灌溉用水水量目的確定灌溉工工程的規(guī)模模及可能開開發(fā)的灌溉溉面積提出用水要要求，以便便對水資源源實行統(tǒng)一一合理調(diào)度度；進行供水與與用水的平平衡計算，，當供水不不能滿足用用水要求時時，應提出出所要采取取的措施一、設計典典型年的選選擇蒸發(fā)(ET)降雨灌溉地下水的補給由于地下水水的補給比比較穩(wěn)定，，灌溉用水水量主要取取決于降雨雨量。降雨雨量年際變變化大，因因此各年的的灌溉用水水量就有很很大的差異異。如何來確定灌溉用水量首先要確定降雨量確定一個特定的水文年份設計典型年年計算方法：根據(jù)歷年降降雨量資料料，用頻率率方法進行行統(tǒng)計分析析，中等年(降雨量頻頻率為50％)、中等干旱年年(降雨雨量頻率為為75％)干旱年(降雨量量頻率為85％～90％)。。以這些典型型年的降雨雨量資料作作為計算設設計灌溉制制度和灌溉溉用水量的的依據(jù)。二、典型年年灌溉用水水量及用水水過程線1、直接計計算法對于任何一一種作物的的某一次灌灌水，須供供水到田間間的灌水量量(稱凈灌灌溉用水量量)W凈，W凈=mA(m3)(3-67)m-該作物物某次灌水水的灌水定定額，m3／畝；A-該作物物的灌溉面面積，畝。。全灌區(qū)任何一一個時段內(nèi)的的凈灌溉用水水量是該時段段各種作物凈凈灌溉用水量量之和，按此此計算可求得得典型年全灌灌區(qū)凈灌溉用用水量過程。。灌溉水由水源源經(jīng)各級渠道道輸送到田間間，一部分水水會損失掉。。而為了滿足足作物的生長長需要，灌溉溉需水量應當當包括這部分分損失掉的水水量。在此引入灌溉水利用系系數(shù)η水，它是衡