1、1ppt课件地面水地下水土壤水土壤水是作物生长环境的核心2ppt课件固态：在土壤冻结时存在汽态：存在于未被水分占据的土壤空隙液态：吸着水：不能被利用，其上限（最大分子持水率）以下的水分为无效水。毛管水：田间持水率和无效水之间的水，容易为农作物利用，称为有效水。重力水：如地下水位高，停留在根系层的重力水影响土壤的通气，这部分水称为过剩水。田间持水率：灌水两天后土壤所能保持的含水率，它是重力水和毛管水、有效水分和过剩水分的分界线。3ppt课件4ppt课件 根系吸水层的土壤水分农作物 地表积水 地下水位到达根系吸水层 毛管水最容易被旱作物吸收引起水涝灾害影响土壤的通气旱作物根系吸水层的允许平均最大含
2、水率为根系吸水层的田间持水率5ppt课件大气干旱土壤干旱生理干旱土壤溶液浓度不超过作物在各个生育期所容许的最高值是确定根系吸水层的土壤最低含水率的个重要指标。以盐渍土为例： min：为按盐类溶液浓度要求所规定的最小含水率结论：旱作物根系吸水层含水率 最大：田间持水率 最小：作物适宜的土壤含水率下限6ppt课件田间经常需要水层生理上要求土壤水分达到饱和（除萌芽和成熟期）水稻的灌溉以保证田间有适宜的浅水层适宜的浅水层为水分、养分的供应提供良好条件调节和改善水稻生长环境条件水层的适宜深度：由作物品种、生育阶段、自然环境、人为条件由经验来决定。7ppt课件k() 土壤的非饱和导水率分别为x、 y、 z
3、方向的水势梯度8ppt课件dt时间内单元体内土壤水分质量的变化量为 由质量守恒定律知两者在数值上相等，即：将（12）式代入（14），得：即为非饱和土壤水运动的基本方程式。9ppt课件D()称为扩散度，表示单位含水率梯度下通过单位面积的土壤水流量。则非饱和土壤水运动方程又可写为式中：C(h)=dd h表示压力水头减少一个单位时，单位体积土壤中所能释放出来的水体积，其量纲为 L-1 ，称为容水度或比水容量，它是土壤水分特征曲线上的斜率。10ppt课件入渗前0很小，地面初始入渗速度i 1很大，短时间内就接近饱和含水率s,见图1-3。随时间的延长，入渗路径的加大，入渗速度i t不断减小，最后趋于i f
4、，即接近该土壤的渗透系数K。通常用入渗速度i t和累积渗水量I与时间t的关系曲线描述入渗规律。11ppt课件式中：i t是任一时间的入渗速度，以单位时间渗入土壤的水层厚度(mmmin或cm/h)计；i 1是第一单位时间末的人渗速度；t为人渗别间(min或h)；为经验指数,决定于土壤性质和初始合水牟, =0.3-0.8,般土壤取0.5。将实验资料I、t按时序求出i=It，取lg i及1g t，点绘于双对数纸上，可拟合成一条直线，如图15所示。12ppt课件式中i 0为第一单位时间内土壤渗吸的平均速度用式（110） I t2) 菲利普入渗公式式中：S为渗吸系数， i f 为稳定入渗速度 i f =
5、i ()13ppt课件14ppt课件15ppt课件16ppt课件17ppt课件应用统一的能量指标“水势”来定量研究整个系统中各个环节能量水平的变化：Rsr、Rrl、Rla:分别为土壤水分通过土壤到达根表皮，由根表皮到达叶面，由叶面到达空气中各段路径的水流阻力。18ppt课件19ppt课件20ppt课件作物根系吸水，也称植株蒸腾植株间水分蒸发，也称棵间蒸发渗漏深层渗漏：旱作物田间渗漏：水稻作物需水量：是指生长在大面积上的无病虫害作物，在最佳水、肥等土壤条件和生长环境中，取得高产潜力所需满足的植株蒸腾和棵间蒸发之和，又称为作物蒸发蒸腾量。蒸发蒸腾量与渗漏量之和( + +)统称为农田耗水量。21pp
6、t课件自然因素：气象条件、土壤特征、作物性状等人为因素：农田灌排措施、农业耕作措施等作物需水量的特点：（1）作物种类不同对水分要求不同（2）同一作物不同生育阶段对水分要求不同（3）地区自然条件不同作物需水量不同（4）农业技术措施不同，作物需水情况不同阶段需水模数：作物各生育阶段的需水量占全生育期总需水量的百分数。日需水量：作物每日所需水量。作物的日需水量和阶段需水模数，是制定灌溉制度和合理用水的重要依据。22ppt课件23ppt课件式中：ET 为作物全生育期内总需水量(mm或m3hm2)； Y 为作物单位面积产量(kg/hm2 )；K 代表单位产量的需水量（m3/kg）。K 、 n、c由实验确
7、定。（3）以多因素为参数： 以模比系数法为例：估算作物各生育阶段的需水量，先确定全生育期作物需水量，然后按照各生育阶段需水规律，以一定比例进行分配，即式中：ETi 某一生育阶段作物需水量；K i 为某阶段需水模系数，可以从试验资料中取得。24ppt课件25ppt课件式中：考虑月份的参照作物蒸发蒸腾量(mmd)；T ：月平均气温()； C ：修正系数；P ：各月昼长时间占全年昼长时间百分数。 2）以辐射为参数的计算方法式中：: 计算时段内参照作物蒸发蒸腾量(mm/d)；RS : 计算时段内太阳辐射，以等效水面蒸发量计(mm/d);W : 取决于日平均温度与高程的权重系数；c ：取决于平均相对湿度
8、与白天风速的修正系数。26ppt课件际Kc ： 作物系数，与作物种类、品种、生育期、作物群体叶面积有关。实测结果表明，作物系数Kc 在作物全生育期内的变化规律是：前期和后期相对较小，生长盛期较大。实际作物的需水量与参考作物需水量两者受气象因素的影响具有同步性的。因此，此时作物需水量可由参照作物蒸发蒸腾量乘以作物系数得到。27ppt课件KW ：土壤水分修正系数；AW ：相对有效含水率，p、f分别为凋萎系数和田间持水率。28ppt课件29ppt课件(m3/hm2或mm)式中：a1:插秧时田面所需的水层深度(cm)；S1:泡田期的渗漏量，开始泡田到插秧期间的总渗漏量mm;t1:泡田期的天数； e1:
9、t1时期内田面平均蒸发强度(mm/d); P1 : t1时期内的降雨量(mm)；水稻生育期内灌溉制度：水量平衡方程h1: 时段初田面水层深度；h2：时段末田面水层深度；P ：时段内降雨量；m：时段内的灌水量； E ：时段内田间耗水量；c：时段内排水量，式中各式均以mm计。30ppt课件31ppt课件32ppt课件式中；w0、wt ：时段初和任意时间t土壤计划湿润层内的储水量；wT ：由于计划湿润层增加而增加的水量；P0 ：土壤计划湿润层内保存的有效雨量；K ：时段t内的地下水补给量，即K=kt，k为t时段内平均每昼夜地下水补给量；M：时段t内的灌溉水量；ET :时段t内的作物田间需水量，即ET
10、 =et , e为t时段内平均每昼夜的作物田间需水量。33ppt课件34ppt课件3)有效降雨量(P0 )：式中：降雨有效利用系数，其值采用0.70.9； P：实际降雨量。4)地下水补给量( K )：指地下水借土壤毛细管作用上升至作物根系吸水层内而被作物所利用的水量，与作物种类、作物需水强度、计划湿润层含水量等有关。5)由于计划湿润层增加而增加的水量(wt):式中:H1、 H2 ：计算时段初、末计划湿润层深度(mm) ; A: 土壤空隙率 , 以占土体积的计 ; :(H2H1)深度内土层中的平均含水率,以占孔隙率的。35ppt课件W min :土壤计划湿润层内允许最小储水量(m3/hm2或mm
11、)则由上式可推出距离下次灌水时间间隔t : 相应的灌水定额m：上述（1 40）（1 42）式可用土壤计划湿润层（H）内储水量的变化示意图来表示。得出上述数据后，可以确定旱作物播前灌水定额和生育期的灌溉制度。36ppt课件37ppt课件式中：0：播前H土层内的平均含水率，以占孔隙率的计。（3）根据水量平衡，采用图解法拟定早作物生育期的灌溉制度的步骤：1）根据各旬计划湿润层深度H 和作物所要求的计划湿润层内土壤含水率的上限 max和下限 min，求出H土层内允许储水量上限W max（7）曲线及下限W min（6）曲线(W max=A H max, W min=A H min) ,绘于图1 12上；
12、 2)绘制作物田间需水量(ET )（1）累积曲线、由于计划湿润层加大而获得的水量(WT )（3）累积曲线、地下水补给量(K )（4）累积曲线以及净耗水量(ET- WT- K）（1-3- 4）累积曲线；38ppt课件ET- WT- KET- WT- Kw 39ppt课件40ppt课件41ppt课件42ppt课件43ppt课件式中：SWD : 指某时段的土壤水分亏缺量(mm)； S : 作物根系吸水量(mm) ； E : 棵间蒸发量(mm) ； P : 有效降水量(mm)； G : 地下水补给量(mm)； I : 有效灌水量(mm)；SWG ：土壤有效储水量(mm)。只有当土壤水分亏缺SWD 超过
13、一定数值时，才会对作物生长发育产生不利影响，此种现象就称为土壤水分的胁迫现象。44ppt课件式中： T：作物植株正常生长发育条件下的蒸腾量(mm)； S ：根系实际吸水量(mm) 。 只有当作物水分亏缺CWD 超过一定数值时，才会对作物生长发育产生不利影响，此种现象就称为作物水分的胁迫现象。产生作物水分胁迫的临界水分亏缺值决定于作物的种类、生长阶段及气象等因素。45ppt课件46ppt课件47ppt课件48ppt课件: 根系活动层的平均土壤含水率 f : 土壤田间持水率； w p: 凋萎系数。 3)旱涝指数法旱涝指数是反映土壤水分平衡状况的指标, 计算公式为：E T m+ Wm /W p：需水
14、量，P+R+W0/WP：实际供水量。一般来说：当D 0.5时，作物受旱；当D0.50.8时，作物受轻旱；当0.8D 1.3时，作物处于适宜生长阶段；当D1.3时, 作物受涝。49ppt课件50ppt课件反映土壤水分条件、作物受旱程度、产量水平。 3)水分胁迫指标C WSI：在生产实践中常用相对蒸发蒸腾量的减少来表示作物水分胁迫状况，即式中： E Ta为作物的实际蒸发蒸腾速率(mm/d)；E Tm为充分供水时的潜在蒸发蒸腾速率(mm/d)。CWSI 0时，充分供水； CWSI 1时，作物蒸腾停止，严重缺水。51ppt课件式中： ET、ETm：作物全生育期内的实际和最大蒸发蒸腾量。2、以生育阶段蒸
15、发蒸腾量为变量的水分生产函数模型 （1）相加模型 式中：k 为在生育阶段k作物对水分亏缺的敏感因子； n 为生育阶段数。52ppt课件通常情况下，作物在关键需水期，其敏感指数大于其它非关键需水期的敏感指数。53ppt课件54ppt课件(2)约束条件1)决策约束：式中：d i为i阶段的灌水量(m3/hm2)；q i为i阶段初始单位面积可供水量(m3)；M 为全生育期单位面积作物总可供水量(m3)；ET min, i和ET max, i分别为i阶段的最小与最大蒸发蒸腾量(m3/hm2)。55ppt课件式中： i: i 阶段含水率； wp、f：凋萎系数、田间持水率，以体积为百比计。(3)初始条件1)
16、第一阶段初土壤可利用水量2)第一阶段初可用的灌溉水量式中：M 0为第一阶段灌溉定额上限56ppt课件2)水量分配方程(5)递推方程：两个状态变量(qi,w i)，相应有两个递推方程：式中： R i(qi,di)：i阶段qi状态下作出决策di得到i阶段的效益，：余留阶段的最大总效益57ppt课件R i (w i, E T i )：状态w i下，作出决策ET i所得i阶段的效益，：余留阶段的最大总效益。根据动态规划逐次渐近法求解。由中等水文年冬小麦优化灌溉制度表可以看出：从营养生长阶段到生殖生长阶段，灌溉对作物的产量影响较大。58ppt课件式中： i : 第i种作物的灌溉面积(hm2)； m i
17、: 第i种作物某次灌水的灌水定额(m3/hm2);M 净=M 净i :求得典型年全灌区净灌溉用水量过程线2、多年灌溉用水量的确定按上述第1步逐年推求，即得多年灌溉用水量。3、灌溉用水量频率曲线及应用由第2步求得多年的灌溉用水量系列之后，可以应用数理统计原理求得年灌溉用水量的理论频率曲线。59ppt课件式中；T ki , qk , di, m ki ：分别为第i种作物第i次灌水的灌水延续时间(d)、灌水率、灌水定额(m3/hm2)。由公式看出Tki,与qk,di成反比，灌水延续时间的长短必须根据具体情况进行综合分析确定。确定了设计灌水率，就可以推算渠首引水流量。通常可先针对某一设计代表年计算出灌区各种作物每次灌水的灌水率，并将其绘成直方图称为灌水率图。60ppt课件作业：61ppt课件
