灌溉与排水工程学复习要点

灌溉与排水工程学灌溉排水：利用人工干预方式，采用灌溉或利用降雨田间土壤水分和排除农田多余水分。精量灌溉：精确估算出农作物生长必需的灌溉水量，并采用高效的节水灌溉技术将此水量准确而均匀的灌入作物根系层土壤中。农田水分状况：农田土壤水、地面水和地下水的状况及其相应的养分、通气、热状况。我国水资源现状：水资源不足，时空分布不均匀，旱涝灾害频繁，东南沿海向西北内陆减少。灌溉地带的划分的依据：根据不同地区及农作物对灌溉排水的要求，按降雨量划分：常年灌溉地带：降雨量小于400mm/年。不稳定灌溉地带：400-1000mm/年，东北和黄淮海地区。水稻灌溉地带：长江中下游及西南地区，1000mm以上。1、非充分灌溉制度：是在有限灌溉水量条件下，为获取最佳的产量目标，对作物灌水时间和灌水定额进行最优分配的灌溉制度。农作物的灌溉制度：是指旱作物播种前(或水田栽秧前)及全生育期内的灌水次数，每次灌水的灌水日期、灌水定额以及灌溉定额。灌水定额：是指一次灌水单位面积上的灌水量。灌溉定额：农作物在全生育期各次灌水定额之和。土壤计划湿润层深度：采用水量平衡制定旱作物的灌溉制度，作物主要根系吸水层。作物水分亏缺：当作物植株的蒸腾失水超过作物根系吸水时，造成植物细胞体内储水量减少，叶水势降低作物需水关键期：水分亏缺对作物产量影响最敏感、最严重的生育时期烘干法测定土壤含水率的步骤；每个人在同一位置取三个土样。步骤：1.称取土壤铝盒质量m12.取土3称重m24.烘干5.称重m36.计算公式：含水率=m水/m土x100%土壤水分的存在形式；固态、汽态、液态（吸着水：不能被利用其上限以下的水为无效水；毛管水：田间持水率和无效水之间的水，容易被植物利用，有效水；重力水:地下水位高，停留在根系层的水影响土壤的通气，这部分水称为过剩水，地下水位低，水很快排出根系层而不能被使用。）水分入渗的规律、特点及考斯加可夫计算公式入渗前土壤含水率θ0很小时，地面初始入渗速度i1很大，地面处的含水率短时间内就接近饱和含水率θs。随时间的延长，入渗路径的加大，入渗速度it不断减小，最后趋于一稳定值if，即接近该土壤的渗透系数K。通常用入渗速度it和累积渗水量I与时间t的关系曲线描述入渗规律。入渗过程分：渗吸阶段，入渗速度it随着入渗时间加大不断减小，为非稳定流阶段；渗透阶段。考斯加可夫公式：it=i1t—a,式中：it是任一时间的入渗速度，以单位时间渗入土壤的水层厚度(mm／min或cm/h)；i1是第一单位时间末的入渗速度；t为入渗时间(min或h)；经验指数α=0.3～0.8，一般土壤取0.5。水分亏缺的定义和影响；（1）水分亏缺对作物生理过程的影响,抑制作物器官和个体的生长发育；影响光合与呼吸作用；影响碳水化合物代谢和同化物运输；影响生化反应；影响对矿物质吸收。（2）水分亏缺对作物干物质累积和产量的影响，导致作物干物质累积和产量的降低，影响程度取决于水分亏缺的程度及发生水分亏缺的时间。（3）有益作用：适度的水分亏缺有益于提高作物产量和改善果实品质。计算：经测定某灌区土壤干容重为1.41g/cm3，田间持水率为23%（重量比），冬小麦拔节期计划湿润层为0.6m,日耗水量为3mm，土壤水分下限为田间持水率的70%，假定土壤初始含水率为20%（重量比），在无雨情况下还需多少天应进行灌溉？其灌水定额为多少？解：计划湿润层内土壤可供水量为：W1=γ(θ0－θmin)H=1.41×(θ0－70%θf)×600mm=1.41×(20%－70%×23%)×600mm=33mm距离下次灌溉的时间为：t=W1/e=33mm/3mm/d=11d下次罐水定额为：W=γ(θf－θmin)H=γ(θf－70%θf)H=1.41×(θf－70%θf)×600mm=1.41×(23%－70%×23%)×600mm=58.4mm(584m3/hm2)2、灌水方法：灌溉水进入田间或作物根区土壤内转化为土壤肥力水分要素的方法。灌水技术：相应于某种灌水方法所必须采用的一系列科学技术措施。4种灌水方法：地面灌水方法：使灌溉水通过田间渠沟或管道输入田间，水流呈连续薄水层或细小水流沿田面流动，主要借重力作用兼有毛细管作用下渗湿润土壤的灌水方法。地面灌水三种：畦灌法、沟灌法、淹灌法。喷灌灌水方法：利用一套专门的设备将灌溉水加压或利用地形高差自压，通过管道系统输送压力水至喷洒装置，将水喷射到空中分散成细小水滴，像天然降雨一样降落到地面，随后主要借毛细管力和重力作用渗入土壤灌溉作物的灌水方法。微灌灌水方法：就是通过一套专门设备，将灌溉水加低压或利用地形落差自压、过滤，并通过管道系统输水至末级管道上的特殊灌水器，使水和溶于水中的化肥以较小的流量均匀而又经常地、缓慢地湿润作物根系区附近的土壤表面或地表下土壤的灌溉方法。依水流由灌水器流出的方式，可分为滴灌法、微喷灌法和涌泉灌法。渗灌灌水方法：利用修筑在地下的专门设施将灌溉水引入田间耕作层，借毛细管作用自下而上湿润土壤灌溉作物的灌水方法。地面灌溉水流推进过程：①：灌溉水由田间渠沟或管道进入田块后，迅速沿田面的纵向推进，在水流推进的前缘形成一个明显的湿润前锋；②：水流在向前推进的同时向土壤中下渗；③：当湿润前锋到达田块尾端，或到达田块某一距离，并已达到所要求的灌水量时，停止向田块灌水；④：田面水流继续向田块尾端流动，田面水流深度不断下降，向土壤内下渗的水量逐渐增加；⑤：田块首端水深先下降至零，地表面形成一落干锋面；⑥：落干锋面随田面水流和土壤入渗向田块尾端移动；⑦：落干锋面与湿润前锋在田块某距离处或尾端相遇；⑧：当田面完全无水，田间水全部渗入土壤转为土壤水。灌溉方式的划分：根据灌溉水向田间输送与湿润土壤的方式划分。灌水质量的衡定标准指标的意义：1、田间灌溉水有效利用率Ea：是指应用某种灌水方法或某项灌水技术灌溉后，储存于计划湿润作物根系土壤区内的水量与实际灌入田间的总水量的比值。2、田间灌溉水储存率Es：是指应用某种灌水方法或某项灌水技术灌溉后，储存于计划湿润作物根系土壤区内的水量与灌溉前计划湿润作物根系土壤区所需要的总水量的比值。3、田间灌水均匀度Ed：是指应用灌水方法、灌水技术实施灌水后，田间灌溉水下渗湿润作物计划湿润土层深度的均匀程度。4、田间灌水质量综合有效利用率Eg：有效入渗水量V1(即作物蒸腾量)与有效入渗水量V1+深层渗漏水量V2+田间灌水径流失量V3+土壤棵间蒸发量和水分漂移损失水量V4+灌水不足区域所欠缺水量V0的总和的比值。第三章以河流为水源的4种取水方式：无坝取水：灌区附近的河流水源丰富，河道枯水期的水位和流量均能满足灌溉要求时，可在河岸上选择适宜的地点作为取水口，修建取水建筑物，从河流侧面引水。优点：工程简单、投资省、施工易、工期短、收效快；缺点：不能控制河道水位，常受河水涨落、泥沙运动以及河床变迁等的影响。无坝渠首位置的选择：一般选择在灌区的上游，以减小坝高，使灌区农田大部分能自流灌溉。设在河岸坚固、河床较稳定、河流弯道的凹岸。取水口宜设在凹岸中点的偏下游处。有坝取水：当河流水源较丰富，而水位较低，不能满足引水灌溉要求时，在河床上修拦河坝(又称壅水坝、溢流坝或滚水坝)，抬高水位，以便自流引水灌溉。这种引水方式叫有坝(或低坝)取水，所建工程称有坝渠首。优点：引水口距灌区较近，缩短了干渠长度；缺点：增加了拦河坝(闸)工程；无坝渠首位置的选择：一般选择在灌区的上游，以减小坝高，使灌区农田大部分能自流灌溉。抽水取水：河流水量丰富，但灌区位置较高，修建自流引水工程困难或不经济时，可采取抽水取水方式。优点：干渠工程量小；缺点：增加了机电设备和管理费用。水库取水：当河流来水与灌溉用水不相适应，其流量、水位均不能满足灌溉要求，必须在河流的适当地点修建水库进行径流调节，以解决来水和用水间的矛盾。实现途径：修建大坝，用来蓄水、提高水位。优点：能充分利用河流资源；缺点：工程量大，有库区淹没。掌握坎儿井工程的引水原理坎儿井：高山雪水融化，开挖水平廊道截取潜流。组成：竖井：是廊道开挖的工作井，用以出土和通风；地下廊道：是截取地下潜流和输水的通道；明渠：输送水到田间。灌溉工程田、林、路的规划布置：沟—渠—路：道路布置在灌水田块的上端，位于斗渠一侧。优点：农业机械入田耕作比较便利，道路拓宽比较容易。缺点：机耕道要跨过所有的农渠。沟—路—渠：道路布置在灌水田块的下端，界于灌水渠、排水沟之间。优点：道路与末级固定沟渠不相交；缺点：农业机械进入田间须跨越沟渠，今后拓宽机耕道路也比较困难。路—沟—渠：道路布置在灌水田块的下端、排水沟的上侧。优点：方便农业机械入地，道路拓宽也比较容易。缺点：道路要与农排相交，影响排水，且雨季易导致田块积水、道路受淹。渠道进水口水位要求：保证所需要的控制高程，取水口一般设置在凹岸中点偏下游处。计算：某灌区干渠向三个支渠配水全部实行续灌，干渠各段及各支渠长度如图示。已知支一毛流量为3.0m3/s；支二毛流量为2.0m3/s；支三毛流量为1.6m3/s，干渠沿线土壤为重壤土（A=1.3，m=0.35），试计算干渠各段的设计流量及干渠ＡＤ段的渠道水利用系数η干。δ=A/Qmn：δ为每千米渠道输水损失；A渠床土壤渗透系数，m渠床土壤透水指数。Qn为渠道净流量。输水损失量：Q1=δLQn/100;毛流量=Q1+Qn.第四章输配水管网的工作制度：输配水管网的工作制度是指管道系统的运行工作顺序及进行输水、配水和灌水的方式。续灌方式：上级管道向所有下一级管道同时配水。特点：上一级管道和所有下一级管道内同时有水流通过。轮灌方式：指上一级管道按预先划分好的轮灌组分组或逐一地向下一级管道配水或灌水的方式。特点：下一级管道在灌水时期内是轮流工作的。优点：灌水时间和灌水量均较集中，有利于与农业操作、田间管理相配合，提高人工控制灌水的工作效率。缺点：管道系统投资较大。随机方式：由于灌溉系统面积较大、灌区内的用水单位多、各种作物种植比例分散，用水带有一定的随意性而采用随机取用水的方式（或称按需分配方式）。特点：把管道系统各给水栓、配水井或出水口的取用水都看作是一个个独立的随机事件，应用概率论和数理统计理论推算各级管道的设计流量。此种方式要求出水口以上的管网任何时候都有水。（集中轮灌）灌溉组的划分必须遵循以下原则：轮灌编组应便于运行管理和农事田间管理；各轮灌组的流量应接近；轮灌组内同时工作的管道应靠近，便于控制和管理；轮灌组划分应有利于提高管道设备利用率和降低水头损失；各轮灌组管道的流量之和要与上一级管道供给的流量相适应；尽量照顾农业生产条和群众的用水习惯，要便于调配劳力和组织灌水。灌溉管道系统的特点：优点：节水效益显著；土地利用率高；适应性强，便于实现自动化；输水速度快，灌溉效率高；维修养护省工、省时，管理方便；灌水及时，作物增产增收效果明显。缺点：需要的材料和设备较多；投资较高；规划设计内容较复杂；对水源的水质要求较高。第五章旱区：是指广大的干旱地区、半干旱地区、半干旱半湿润地区及半湿润偏旱地区。雨水径流集蓄灌溉工程：是导引、收集雨水径流，并把它蓄存起来，作为一种有效水资源而予以灌溉利用的工程技术措施。集水效率：通常是指某时段内或某次集水面的集水量占同一时期内的降雨量的比值。第六章农田排水的任务：排除农田多余水分控制地下水埋深。掌握排水的种类1.除涝排水：排除由于降雨超渗部分在田间形成的径流水层和低洼地汇集的多余的地面积水。2.防渍排水：坡度较小的地区和低洼地，在排除地面积水以后，对地下水位过高而采取排除土壤中多余水分的措施。完整的除涝排水工程包括除涝排水、防渍排水两种形式。3.防止土壤盐碱化排水：降低地下水位、减少潜水蒸发、避免盐分累积在土壤的表层的排水形式。除涝排水：排除由于降雨超渗部分在田间形成的径流水层和低洼地汇集的多余的地面积水。防渍排水：坡度较小的地区和低洼地，在排除地面积水以后，对地下水位过高而采取排除土壤中多余水分的措施。完整的除涝排水工程包括除涝排水、防渍排水两种形式。防止土壤盐碱化排水：降低地下水位、减少潜水蒸发、避免盐分累积在土壤的表层的排水形式。排除地面水的排涝