灌溉制度

第二章农田灌溉原理（三）作物灌溉制度灌溉制度概述：它是新建工程规划设计的基础，也是已成灌区编制和执行用水计划、合理用水的重要依据，也关系到灌区农业生产的发展，水土资源的充分利用和灌溉工程设施效益的发挥。灌溉制度是在一定的气候、土壤、水资源等自然条件下和一定的农业技术措施下，为获得高产稳产所制定的的一整套向田间灌水的制度。它包括作物播种前(或水稻栽秧前)及全生育期内的灌水次数、每次的灌水日期、灌水定额和灌溉定额，即灌溉制度四要素。灌水定额(m)：单位面积上的一次灌水量灌溉定额(M)：单位面积上各次灌水量之和单位：（1）m3／亩（667m2=1亩）（2）mm第三节：灌溉制度的确定灌溉制度的确定作物灌溉制度的制定方法群众长期生产中积累了丰富的经验，按照这些经验可以确定t、m、M、n在实验站进行多方案试验比较，根据实验结果确定灌溉制度。从大气、水、土、作物等内在关系出发，进行系统分析，编制程序，利用计算机进行模拟比较，确定最优方案。总结群众经验根据实验确定按照灌溉模式确定水量平衡分析确定根据水量平衡分析制作灌溉制度，是目前主要的确定方法。本节主要介绍本方法。灌溉制度的确定方法灌溉制度的确定灌溉制度确定本节内容水量平衡法确定灌溉制度有两种方法：1.列表法2.图解法下面在水稻灌溉制度中介绍列表法，旱作物灌溉制度中介绍图解法。（一）水稻灌溉制度水稻本田的灌溉制度包括泡田期及插秧以后的生育期两个部分。其灌溉定额为：M＝M1＋M21、泡田定额（M1）计算：由三部分组成：一是使一定土层达到饱和时所需水量；二是建立插秧时田面水层深度三是泡田期的田间渗漏量和田面蒸发量。可用下式计算：M1＝0.667H（θ1－θ0）+0.667h0+0.667(st1+et1-p1)H为饱和土层深度，一般为犁底层以上；e为泡田期间平均蒸发强度；s为泡田期间平均渗漏强度；t1为泡田时间，p1为泡田期间有效降雨；h0为田面水深。h0Het1st1p1地面线泡田定额按土壤、地势、地下水埋深和耕犁深度相类似田块上的实测资料决定。一般在h0=3～5cm条件下，泡田定额大约等于以下数值：粘土和粘壤土为50～80m3／亩；中壤土和沙壤土为80～120m3／亩(地下水埋深大于2m时)或70～100m3／亩(地下水埋深小于2m时)；轻沙壤土为100～160m3／亩(地下水埋深大于2m时)或80～130m3／亩(地下水埋深小于2m时)。2、生育期灌溉制度确定确定生育期灌溉制度首先要按照各地试验资料，合理确定水稻不同生长阶段的适宜淹灌水层的上限和下限（参数），然后根据生育期任何一个时段t的农田来水与耗水，建立水量平衡方程，用水量平衡方法确定各时段的灌溉制度，其水量平衡方程式如下：h1+(P+m-C-E-S)=h2h1时段初田面水深；p时段内降雨；m时段内灌溉；c时段内排水（弃水）；E时段内蒸发量；h2时段末田面水深S为深层渗漏量(1)基本算式hEspcm表中水层为：适宜水层下限(hmin)；适宜水层上限(hmax)；降雨后最大蓄水深度(HP)(2)参数确定单位：mmhmaxhminh1h2h1+P+m-C-(E-S)=h2m=hmax-hmin(3)平衡推算E考虑到S和E均为消耗量，单独计算较为复杂，将其合并考虑，用E表示。h1+P+m-C-E=h23、算例：基本资料如下：（1）早稻生育期各阶段耗水强度。见前表；（2）生育期降雨量。见表中第5栏；（3）各生育期适宜水层深度。见下表。根据灌区具体条件，采取浅灌深蓄方式灌溉，黄熟期自然落干。计算过程列于表中。此表可由实验获得，也可以查有关当地资料整理得到。（1）参数计算表中水层为：适宜水层下限(hmin)；适宜水层上限(hmax)；降雨后最大蓄水深度(HP)单位：mmh1+P+m-C-E=h2（2）水量平衡推算10-30-508.58.5h1+P+m-C-E=h2h1+P+m-C-E=h2经计算得，灌水次数为10次，灌溉定额为340mm，即227立方米/亩；若泡田定额为80立方米/亩，则总灌溉定额为M=227+80=307m3/亩。由计算表可得到灌水时间和每次灌水量。由此得到灌溉制度的全部四个要素。(3)灌溉制度降水、灌溉、入渗、土壤水分再分布，植株根系吸水和蒸腾，以及土壤蒸发等一系列水量转化过程在连续不断地进行着，形成了农田水分循环过程。通过土壤水分的变化过程，对照作物需水的要求，就可以制定作物灌溉制度。（二）旱作物灌溉制度设计来水量：WI=P+I+G+RI+R’I耗水量：W0=ET+D+RS+R’o1.旱作物田块水量平衡方程选取单位面积农田，以作物最大根系活动层深度为边界，分析某一时段内所有的来水量及去水量。旱作物灌溉制度设计式中：WI、W。分别为来水量与去水量；P为t时段内降雨量；I为灌水量；G为地下水补给量；RI为地面流入量；R’I为地下流入量。ET为t时段内的蒸发蒸腾量；D为深层渗漏量；Rs为地面流出量；R’o为地下流出量。来水量：WI=P+I+G+RI+R’I耗水量：W0=ET+D+RS+R’o旱作物灌溉制度设计根据水量平衡原理：某一定时段内，所有的来水量应等于去水量和时段内土壤储水量的变化量。P+I+G+Ri+R’I=ET+D+Rs+R’o+ΔSw式中：ΔSw为时段t内土壤储水量的变化量旱作物灌溉制度设计ΔSw=Sw末—Sw初加强田间管理，且在农田四周修筑田埂，可防止地面流入、流出量，即Ri=0，Rs=0，另由于地下流入，流出量R’i和R’O很小，在实际应用时往往予以忽略，因而上式可简化为：P+I+G=ET+D+ΔSw旱作物灌溉制度设计若科学用水，严格控制灌水定额并采用先进的节水灌溉技术，使得灌溉造成的深层渗漏损失减至为零，即D=0，则I即为净灌水定额In。对降雨量，仅考虑对作物来说的有效降雨量Pe，上式进一步简化为：旱作物灌溉制度设计下面就对此式进行研究Pe+In+G=ET+ΔSwP+I+G=ET+D+ΔSw2．基本资料的收集与确定ΔSw=H*A（θt–θ0）H为土壤计划湿润层深度，指在旱田进行灌溉时，计划调节控制土壤水分状况的土层深度。一般采用30～40cm；随着作物的成长和根系的发育，需水量增多，计划湿润层也应逐渐增加，至生长末期，由于作物根系停止发育，需水量减少，计划层深度不宜继续加大，一般不超过0.8～1.0m。1）土壤储水量的变化量ΔSw受计划湿润层深度变化的影响，也受含水量变化的影响。Pe+In+G=ET+ΔSw(1)计划湿润层对ΔSw的影响由于计划湿润层增加而增加的水量(ΔSwH)在作物生育期内计划湿润层是变化的，由于计划湿润层增加，可利用一部分深层土壤的原有储水量，ΔSwH可按下式计算：ΔSwH=(Ht-H0)*A*θ计划湿润层增加深度式中：Ho——计划时段初计划湿润层深度，m；Ht——计划时段末计划湿润层深度，m；θ——(H2一H1)深度的土层中的平均含水率，以占孔隙率的百分数计，一般θθ田；A——计算面积，m2(2)土壤最适宜含水率对土壤储水量的变化量ΔSw影响土壤最适宜含水率(θ适)随作物种类、生育阶段的需水特点、施肥情况和土壤性质(包括含盐状况)等因素而异，一般应通过试验或调查总结群众经验确定。土壤含水率应控制在允许最大和允许最小含水率之间变化。允许最大含水率(θmax)一般以不致造成深层渗漏为原则，所以采用θmax=θ田，θ田为土壤田间持水率。作物允许最小含水率(θmin)应大于凋萎系数。具体数值可根据试验确定，缺乏试验资料时，可参考资料。一般采用断裂含水量，或θmin=(0.45-0.6)θ田，该值取决于作物不同生育阶段对缺水的敏感性及土壤持水特性。ΔSwθ=H*A（θt–θ0）2)降雨入渗量(Pe)Pe指降雨量(P)减去地面径流损失(R地)后的水量，即Pe=P-R地Pe基本等于降雨入渗量，可用降雨入渗系数来表示：Pe=αPα——降雨入渗系数，其值与一次降雨量、降雨强度、降雨延续时间、土壤性质、地面覆盖及地形等因素有关。一般认为一次降雨量小于5mm时，α为0；当一次降雨量在5～50mm时，α约为1.0；当次降雨量大于50mm小于100mm时，α=1.0～0.8；100-150时，α=0.8～0.7；大于150时为0.7。Pe+In+G=ET+ΔSw3)地下水补给量(G)地下水补给量系指地下水借土壤毛细管作用上升至作物根系吸水层而被作物利用的水量，其大小与地下水埋藏深度、土壤性质、作物种类、作物需水强度、计划湿润土层含水量等有关。具体数据要根据试验来确定，一般当地下水埋深为1.0-2.0m时，地下水补给量可达到作物耗水量的20%。Pe+In+G=ET+ΔSw地下水补给量与地下水埋深、蒸发强度、土壤质地、作物等有关系。陕西洛惠渠经验公式：CETHBG)15.0(式中：H为地下水埋深，m；ETc为作物腾发量，mm/d；B为地下水补给系数,参考值见下表。作物B土壤类型沙壤土中壤土粘壤土冬小麦0.40.50.6夏玉米0.30.40.5棉花0.30.40.5Pe+In+G=ET+ΔSw3、腾发量的计算(ET)关于腾发量的计算在作物需水一节已介绍，这里看一下ET导致土壤水分变化的过程。Pe+In+G=ET+ΔSw4、灌水量的计算（In）一次灌水量（In，有时也用m表示，）计算公式：Pe+In+G=ET+ΔSw一次灌水最大量计算式：In=Wmax-Wmin=667H（θmax-θmin）InIn=Wmax-W实=667H（θmax-θ实）在解决以上各种数据之后，可以进行编程计算求得灌溉制度，也可以用图解法进行灌溉制度的制定。（1）以旬为时段，根据计划湿润深度H和作物所要求的计划湿润层内土壤含水率上限θmax和下限θmin，求出允许储水上限Wmax和下限Wmin，绘在图上（2）绘制需水量ET累计线，湿润层增而增加水量WT即ΔSwH和地下水补给K即G累计量线，并绘制净耗水量（ET-WT-K）累计线（3）根据设计水文年绘制有效降雨量P0（4）从初始土壤储水量W0开始，逐旬减去（ET-WT-K）值，即在Wmax和下限Wmin之间作（ET-WT-K）平行线W，遇有效降雨加上P0（5）W接近Wmin时即灌水，灌水量小于等于Wmax–Wmin（6）如此类推，即可求全生育期灌水时间、次数、灌水量（7）M2=∑mi5、图解法拟定灌溉制度ΔSw=（ΔSwH+G）-ET基线无降雨和灌溉的水量平衡式WT31为作物需水量ET累计曲线；2为渗入土壤的有效降雨量Pe累计曲线；3为土壤水润层增加而增的水量ΔSwH（即WT）累计曲线；4为地下水补给G（即K）累计曲线；5为计划湿润层储水量ΔSw曲线；6为计划湿润层允许最小储水量Wmin曲线；7为计划湿润层允许最大出水量Wmax曲线。将图中每次灌水量，即灌水定额相加，即得到作物生育期的灌溉定额M2，即M2=m1+m2+….+mn6．旱作物播前的灌水定额(M1)的确定播前灌水往往只进行一次。一般可按下式计算：M1=667H（θmax－θ0)H——土壤计划湿润层深度(m)，应根据播前灌水要求决定θmax——一般为田间持水率，以占孔隙的百分数计；θ0——播前H土层内的平均含水率，以占孔隙率的百分数计8、灌溉定额的计算把播前灌溉水定额加上生育期灌溉定额，即得到旱作物的总灌溉定M，即M=M1+M2根据平衡，预报未来灌水时间：Pe+G=ET+ΔSw=e*t+ΔSwt=(Pe+G–ΔSw)/e7、灌溉预报(t)思考题1、基本概念：灌水定额、灌溉定额、灌溉制度、有效降水、计划湿润层2、掌握制定稻田灌溉制度的列表法3、掌握制定旱地灌溉制度的图解法参数的确定、图表的制定方法等