本章的教學目的：1、要求學生掌握作物需水量的估算方法，了解農作物灌溉制度制訂的一般方法，掌握作物灌溉制度制定中有關參數（如土壤含水量上下限、計劃濕潤層、有效降雨量、地下水利用量等）的擬定方法；2、掌握利用農田水量平衡方程式制定農作物灌溉制度的方法；了解我國主要農作物的灌溉制度；了解非充分灌溉原理與作物水分生產函數的一般概念。3、凈灌溉用水量和毛灌溉用水量概念及計算方法；單一作物一次灌溉用水量和灌區多種作物灌溉用水量；灌水流量與灌水率；灌水率圖的繪制與修正。生態環境需水量研究進展

(1)強化生態環境需水量的基礎理論(概念、分類和計算方法等)研究；(2)加強對生態環境需水量的內在與外在影響因素及保障生態環境需水量的途徑與措施等方面的研究；(3)拓展生態需水量的應用性研究等。學習提綱第一部分：1、作物需水量及影響因素2、作物需水量的估算（重點）主要講授：1、作物需水量、田間耗水量的概念；2、作物需水量的估算：作物需水量是研究農田水分變化規律、水分資源開發利用、農田水利工程規劃和設計、分析和計算灌溉用水量等的依據之一。植株蒸騰棵間蒸發深層滲漏或田間滲漏地表徑流組成植株體的一部分1．作物需水量農田水分消耗的途徑一、作物需水量與影響因素植株蒸騰：作物將根系從土壤中吸收的水分，通過葉片的氣孔蒸散到大氣中的現象。棵間蒸發：植株間土壤或田面的水分蒸發。深層滲漏：旱地中由于降雨量或灌溉水量太多，使土壤水分超過了田間持水量，向根系吸水層以下土層滲漏的現象。作物需水量：生長在大面積上的無病蟲害作物，土壤水分和肥力適宜時，在給定的生長環境中能取得高產潛力的條件下為滿足植株蒸騰、棵間蒸發、組成植株體所需要的水量。1．作物需水量一、作物需水量與影響因素作物耗水量就某一地區而言，指具體條件下作物獲得一定產量時實際所消耗的水量。需水量是一個理論值，又稱為潛在蒸散量（或潛在騰發量），而耗水量是一個實際值，又稱實際蒸散量。常以m3畝-1或mm水層表示。1．作物需水量一、作物需水量與影響因素

生態需水量應該是指一個特定區域內的生態系統的需水量，而并不是指單單的生物體的需水量或者耗水量.

作物需水量就等于植株蒸騰量和棵間蒸發量之和，即所謂的“蒸發蒸騰量”，氣象學、水文學和地理學中稱為“蒸散量”或“農田總蒸發量”，國內也有人稱之為“騰發量”。作物需水量包含生理和生態需水兩個方面。作物生理需水：作物生命過程中各種生理活動（如蒸騰作用、光合作用等）所需要的水分。植株蒸騰實際上是作物生理需水的一部分。作物生態需水：指生育過程中，為給作物正常生長發育創造良好的生長環境所需要的水分。棵間蒸發即屬于作物的生態需水。一、作物需水量與影響因素作物在不同生長階段的需水規律為：隨著作物的生長和葉面積的增加，需水量值也不斷增大，在作物苗期，需水量值較小，當作物進入生長盛期，需水量增加很快，葉面積最大時，作物需水量出現高峰；到作物成熟期，需水量值又迅速下降。一、作物需水量與影響因素

在整個作物的生育期內，植株蒸騰和棵間蒸發兩者互為消長。每種作物都有需水高峰期，需水高峰期一般處于作物生長旺盛階段。

作物在不同生育時期對缺水的敏感程度不同，在作物整個生育期中通常把對缺水最敏感、缺水對產量影響最大的時期稱為作物需水臨界期或需水關鍵期。一、作物需水量與影響因素

各種作物需水臨界期不完全相同，但大多數出現在從營養生長向生殖生長的過渡階段，在作物需水臨界期缺水，會對產量產生很大影響。作物需水系數：生產單位產量作物（如1kg小麥）的需水量（mmkg-1）。作物水分利用效率：作物每消耗單位水量所能生產的產量(kg/mm或kg/m3。一、作物需水量與影響因素2．影響作物需水量的主要因素一、作物需水量與影響因素1）作物因素

①不同種類的作物需水量有很大的差異；②不同品種的作物需水量有很大差異；③不同生育階段需水量不同；④不同長勢的作物需水量不同。（2）氣象因素氣象因素是影響作物需水量的主要因素，它不僅影響蒸騰速率，也直接影響作物的生長發育。當氣溫高、日照時數多、相對濕度小時，需水量會增加。2．影響作物需水量的主要因素一、作物需水量與影響因素2．影響作物需水量的主要因素冬小麥生長期氣象要素與需水量一、作物需水量與影響因素（3）土壤因素

①影響作物需水量的土壤因素主要有質地、顏色、含水量、有機質含量、養分狀況等。砂土持水力弱，蒸發較快，因此，在砂土上的作物需水量就大。2．影響作物需水量的主要因素

一、作物需水量與影響因素②土壤顏色而言，黑褐色土壤吸熱較多，其蒸發較大，而顏色較淺的黃白色土壤反射較強，相對蒸發較少。③土壤含水量較高時，蒸發強烈，作物需水量較大；相反，土壤含水量較低時，作物需水量較少。（4）農業技術農業栽培技術水平的高低直接影響水量消耗的速度。粗放的農業栽培技術，可導致土壤水分的無效消耗。灌水后適時耕耙保墑、中耕松土，將使土壤表面形成一個疏松層，這樣可減少水量的消耗。2．影響作物需水量的主要因素一、作物需水量與影響因素

作物需水量是農業用水的主要組成部分，也是整個國民經濟中消耗水分的最主要部分。它是水資源合理開發、利用所必需的重要資料，同時也是灌排工程規劃、設計、管理的基本依據。2．影響作物需水量的主要因素

一、作物需水量與影響因素ETc的估算方法有兩類，一類是直接計算法，另一類是通過參考作物蒸發蒸騰量ET0與作物系數Kc估算的方法。直接計算作物蒸發蒸騰量的方法均為經驗公式法，即根據作物蒸發蒸騰量和主要氣象要素以及作物產量等實測成果，用回歸分析方法確定。二、作物需水量（蒸發蒸騰量）的估算（一）直接計算1．水面蒸發量法（蒸發皿法或α

值法）：水面蒸發量與作物需水量之間存在一定程度的相關關系，因此可用水面蒸發量這一參數來計算作物需水量：ETc=αE0

或

ETc=aE0＋b二、作物需水量（蒸發蒸騰量）的估算α—需水系數或蒸發系數，為需水量與水面蒸發量的比值，由實測資料確定，一般水稻田的α=0.9～1.3，旱作的α=0.3～0.7。一般水稻用α

值法比較好。1．水面蒸發量法（蒸發皿法或α

值法）：二、作物需水量（蒸發蒸騰量）的估算2．產量法：作物產量反映了水、土、肥、熱、氣、光等因素的協調及農業措施的綜合作用。在一定條件下，作物需水量將隨產量的提高而增加。但是需水量的增加并不與產量成比例，二、作物需水量（蒸發蒸騰量）的估算

單位產量的需水量隨產量的增加而逐漸減小，說明當作物產量達到一定水平后，要進一步提高產量就不能僅靠增加水量，而必須同時改善作物生長所必需的其它條件。

2．產量法（K值法）：用作物產量計算作物需水量的表達式為：式中：ET―全生育期的需水量（mm）；Y―作物單位面積的產量（kg畝-1）；K―需水系數（m3kg-1），為單位產量的需水量。二、作物需水量（蒸發蒸騰量）的估算

對于旱作物，在土壤水分不足而影響高產的情況下，需水量隨產量的提高而增大，用產量法推算較可靠。

在生產實踐中，習慣采用所謂模系數法估算作物各生育階段的需水量，即先確定全生育期作物需水量，然后按照各生育階段需水規律，以一定比例進行分配。（一）直接計算二、作物需水量（蒸發蒸騰量）的估算

ETi=KiET式中：ETi—某一生育階段作物需水量；Ki—需水量模比系數，即作物各生育階段需水量占全生育期作物需水量的百分數，可以從試驗資料中取得。階段作物需水量某一生育階段的作物需水量模比系數通過計算參照作物需水量來計算實際作物需水量

土壤水分充足、地面完全覆蓋、生長正常、高矮整齊的開闊（地塊的長度和寬度都大于200m）矮草地（草高8-15cm）上的騰發量參照作物需水量通過計算參照作物需水量來計算實際作物需水量

計算參照作物需水量的方法有很多，最著名的、應用最廣泛的是Penman公式實際需水量的計算作物系數：隨作物不同，隨生育階段不同參照作物需水量實際作物需水量思考題：1、解釋作物需水量、作物耗水量，有何區別？2、解釋作物需水關鍵期、作物需水系數、作物水分利用效率；3、作物需水量的估算方法有哪些？各有何特點？4、解釋參照作物。學習提綱第二部分：灌溉制度的內涵及確定方法水量平衡法確定旱作物的灌溉制度主要講授：充分灌水條件下灌溉制度的確定（重點）（一）灌溉制度的定義灌溉制度：指特定作物在一定的氣候、土壤、供水等自然條件和一定的農業技術措施下，為了獲得高產或高效，所制訂的向農田灌水的適時適量的方案。包括作物播種前(或水稻栽秧前)及全生育期內的灌水次數，每次灌水的灌水日期、灌水定額以及灌溉定額。一、灌溉制度的內涵及確定方法灌水定額：指一次灌水單位面積上的灌水量。灌溉定額：指作物全生育期各次灌水定額之和。灌水定額及灌溉定額，單位：㎜，m3/hm2。灌水次數：農作物在整個生育期中實施灌溉的次數。灌水時間以作物生育期或年、月、日表示。

灌溉制度隨作物種類、品種和自然條件及農業技術措施的不同而變化。由于擬建灌區規劃設計或已建灌區管理工作的需要，灌溉制度一般都需在灌水季節前加以確定，帶有部分估算（預報）性質。一、灌溉制度的內涵及確定方法

以作物需水規律和氣象條件（特別是降水）等作為主要依據，從當地具體條件出發，針對不同水文年份，擬定濕潤年（頻率為25%）、一般年（頻率為50%）和中等干旱年（頻率為75%）及特旱年（頻率為95%）四種類型的灌溉制度。1）灌溉制度是灌溉工程規劃設計的基礎，是已建成灌區編制和執行用水計劃，合理用水的重要依據。2）灌溉制度關系到灌區內作物產量（效益）和品質的提高，及灌區水土資源的充分利用和灌溉工程設施效益的發揮。（二）研究灌溉制度的意義一、灌溉制度的內涵及確定方法1）根據群眾豐產灌水經驗確定經過多年的實踐、摸索，各地群眾都積累了不少確定灌溉制度的經驗與方法。這些經驗是制定灌溉制度的重要依據，應成為制定灌溉制度最寶貴的資料。（三）制定灌溉制度的方法

灌溉制度調查應根據設計要求的水文年份，仔細調查這些年份不同生育期的作物田間耗水強度[mm/d]及灌水次數、灌水時間、灌水定額及灌溉定額，并由此確定這些年份的灌溉制度。我國北方地區幾種主要旱作物的灌溉制度[調查]2）根據灌溉試驗資料制定長期以來，我國各地的灌溉試驗站已進行了多年灌溉試驗工作，積累了一大批相關的試驗觀測資料，這些資料為制定灌溉制度提供了重要的依據。

3）根據作物的生理、生態指標制定作物對水分的生理反應可從多方面反映出來，利用作物各種水分生理特征和變化規律作為灌溉的指標，能更合理地保證作物的正常生長發育和它對水分的需要。

4）按水量平衡原理分析制定灌溉制度水量平衡法以作物各生育期內水層變化（水田）或土壤水分變化（旱田）為依據，從對作物充分供水的觀點出發，要求土壤含水量降至下限時則應進行灌水，以保證作物充分供水。

不同之處：水稻不同生育階段需在田面維持一定深度的水層，根系層土壤多數時間處于飽和狀態，應考慮稻田的深層滲漏問題（排水）；確定水稻灌溉制度時，應以淹灌水層深度的變化為依據。（一）原理：水量平衡原理確定灌溉制度二、水量平衡法確定水稻的灌溉制度我國水稻栽培主要采用育秧移栽方式稻田灌溉秧田灌溉本田灌溉泡田灌溉生育期內灌溉根據灌區當地條件采用先進的育秧方法確定（一）原理二、水量平衡法確定水稻的灌溉制度

M1：泡田定額；h0：插秧時田面所需水層深度（mm）；s1：泡田期的滲漏量，即開始泡田到插秧期間的總滲漏量(mm)；e1：泡田期水田田面平均蒸發強度(mm/d),可用水面蒸發強度代替；

t1：泡田期日數（d）；

P1：泡田期內的降雨量。1、泡田定額M1

M1

=(h0+

s1+

e1t1

－P1)(mm)=0.667(h0+s1+e1t1－P1)(m3/畝)在水稻生育期任何一個時段（t）內，農田水分的平衡關系可表示為：

h1＋P

＋m－WC－d=h22、生育期灌溉定額M2h1、h2：時段始、末田面水層深度（mm）時段內的排水量水稻生育期內任一時段農田水分變化圖解法如果時段初的農田水分處于適宜水層(水田上限(hmax)，經過一個時段的消耗，田面水層降到適宜水層的下限(hmin)，這時如果沒有降雨則需進行灌溉，灌水定額即為：

（一）農田水量平衡方程旱作物的生育期任一時段內，土壤計劃濕潤層（根系層）H內的水量平衡可表示為：三、水量平衡法確定旱作物的灌溉制度K=kt，k為t時段內平均每晝夜地下水補給量(mm或m3/hm2)；ET=et,e為t時段內平均每晝夜的作物田間需水量（mm或m3/hm2）

為了滿足作物正常生長的要求，土壤計劃濕潤層內的土壤含水量（或儲水量）必須經常保持在一定的范圍之內，即通常要求不小于最小允許含水量θmin（或最小允許儲水量Wmin）和不大于最大允許含水量θmax（或最大允許儲水量Wmax）。（二）原理

當計劃濕潤層內的平均土壤含水量（或儲水量）降低到或接近于最小允許值（θmin或Wmin）時，即需進行灌溉，以補充土壤水分，維持作物的正常生長。例如某時段內沒有灌溉也沒有降雨，土壤計劃濕潤層也無變化，隨著時間的推移，土壤儲水量將降至下限，其水量平衡方程可寫為：（二）原理土壤計劃濕潤層(H)內儲水量變化

判斷是否需要灌時段末的灌水定額（m3／hm2或mm）則為（注意單位換算）:（二）原理（大白話！！！）

什么時候灌

灌多少比較θ0（

W0）與

θmin（Wmin）土壤計劃濕潤層深度：實施灌水時計劃調節、控制土壤水分狀況的土層深度。一般可取為作物的主要根系活動層，需根據當地實際情況確定。與作物種類、品種、生育階段、土壤性質以及地下水埋深等因素有關。對某一特定作物其深度隨作物的生長而增加。1、土壤計劃濕潤層深度（三）水量平衡法資料的確定

冬小麥、棉花、玉米各生育期較典型的計劃濕潤層深度

1、土壤計劃濕潤層深度土壤適宜含水量：最適宜作物生長的含水量，介于θmax與θmin之間。冬小麥、棉花和玉米各生育階段要求的土壤適宜含水量2、土壤適宜含水量及上、下限的確定土壤含水量應滿足以下兩個條件：1）既不產生深層滲漏，又要滿足作物對土壤空氣含量的要求，故一般可取為田間持水量。2）土壤含水量的下限土壤允許最小含水率[θmin]應大于凋萎系數，以作物生長不受抑制為準，一般以占田間持水量的百分數計。根據經驗取60%左右的田間持水量（毛管斷裂點）比較適宜。（1）設計降水量對當地多年降水資料進行頻率分析，按25%、50%、75%的降水保證率（指多年期間降水量能夠得到充分滿足的機率，與"灌溉設計保證率"類似）選定三個降水典型年，根據典型年中的降水量、降水分布情況，設計不同保證率條件下的降水量及其出現的時間。3、有效降水量P0（1）選擇降水典型年的方法有三種：a）按年降水的頻率選擇典型年。因降水量在年內分布不均，尤其是在灌溉季節內降水變差大的地區，雨情往往會不符合設計要求。3、有效降水量P0b)按作物生長時期降水量的頻率選擇典型年。如果灌區主要作物的生長期大致相同時，用此法可得到滿意的結果。c)按年降水的變化特征分階段選擇典型年，例如可以按干、濕季分別統計計算降水量發生的頻率。P0=P-P徑

-P滲（2）有效降水量的計算有效降水：能被田間作物有效利用的當地降水。一般認為小于2mm（亦有認為小于5mm）的降水對作物無實際意義，為無效降水；降水過大將產生徑流和深層滲漏，此兩者也為無效降水。因此，有效降水量一般采用如下公式計算：3、有效降水量P0（2）有效降水量的計算生產實踐中通常采用下列簡化方法求取P0：

P0=σP

式中：σ為降水有效利用系數，其值與降水量、降水強度、降水延續時間、土壤性質、作物生長狀況、地面坡度及覆蓋情況以及計劃濕潤層深度等因素有關，應根據具體條件通過實驗確定。3、有效降水量P0

地下水補給量：地下水借毛細管作用上升至作物根系活動層內而被作物利用的水量。其大小與地下水埋藏深度、土壤性質、作物種類、作物需水強度、氣象條件、根系層土壤含水量等有關。地下水位越接近根系活動層，毛管作用越強，地下水補給量也越多。4、地下水補給量

一般要通過田間試驗來確定地下水對農田的補給強度。地下水（或下部土層）對根系層的補給可在實測兩層間土壤含水量（或基質勢）變化趨勢的基礎上，通過計算土壤水分通量獲得。作物生育期內計劃濕潤層的深度是不斷變化的。若計算時段內計劃濕潤層深度無變化，則WT

項可設定為零；若時段內計劃濕潤層變化較大，由于計劃濕潤層的增加，將增加部分有效水量，此時，WT可近似按下式計算：

5、計劃土壤濕潤層增加而增加的可利用水量

播前灌水的目的在于保證作物種子發芽和出苗所必須的土壤含水量或儲水于土壤中以供作物生育后期之用。播前灌水往往只進行一次。一般可按下式計算：

（四）旱作物播前的灌水定額(M1)的確定在采用水量平衡圖解分析法擬定灌溉制度時，其步驟為：1)根據各旬的計劃濕潤層深度H和作物所要求的計劃濕潤層內土壤含水量的上限和下限，求出H土層內允許儲水量上限Wmax及下限Wmin，繪于圖上。（五）根據水量平衡圖解法擬定旱作物的灌溉制度2)繪制作物田間需水量(ET)累積曲線，由于計劃濕潤層加大而獲得的水量(WT）累積曲線、地下水補給量(K)累積曲線以及凈耗水量(ET－WT－K)曲線。3)根據設計年雨量．求出滲入土壤的降雨量P0，逐時段繪于圖上。4)自作物生長初期土壤計劃濕潤層儲水量W0,逐旬減去(ET-WT-K)值，即至A點引直線平行于(ET-WT-K)曲線，當遇有降雨時再加上降雨入滲量P0，即得計劃濕潤土層實際儲水量(W)曲線。5)當W曲線接近于Wmin時，即進行灌水。灌水定額的大小要適當，不應使灌水后土壤儲水量大于Wmax，也不宜給灌水技術的實施造成困難。灌水定額值也象降雨入滲量一樣加在W曲線上。6)如此繼續進行，即可得到全生育期的各次灌水定額、灌水時間和灌水次數。7)生育期灌溉定額M2=∑m，m為各次灌水定額。根據上述原理，也可列表計算，計算時段采用一旬或五天。計算也十分簡便。

把播前灌水定額加上生育期灌溉定額，即得旱作物的總灌溉定額M，即：M＝M1+M2

按水量平衡方法估灌溉制度，如果作物耗水量和降雨量資料比較精確，其計算結果比較接近實際情況。對于比較大的灌區，由于自然地理條件差別較大，應分區制定灌溉制度，并與前面調查和試驗結果相互核對，以求比較切合實際。思考題1、試述作物灌溉制度的內容和確定方法?2、試述旱作區水量平衡方程中各要素的含義及用圖解法確定旱作物灌溉制度的步驟?3、某一時段灌水定額如何計算？第三節灌溉用水量

灌溉用水量：指灌溉地需從水源取用的水量。

影響因素：灌溉面積、作物的種植情況、土壤、水文地質和氣象條件等，灌溉用水量的大小直接影響著灌溉工程的規模。一、設計典型年的確定

農作物所消耗的水量主要來自灌溉，降雨和地下水每年灌溉用水量與降雨量有關。1、設計典型年：由于降雨量在年際之間變化很大，各年的灌溉用水量差異很大。因此，需確定一個特殊的水文年份，作為規劃設計的依據。2、設計典型年的灌溉制度根據：設計典型年的的氣象資料計算出來的灌溉制度稱為設計灌溉制度，相應的灌溉用水量稱為“設計灌溉用水量”。利用頻率分析法，確定不同干旱程度的典型年份，中等年（降雨頻率為50％），中等干旱年（75％），干旱年（85－90％）。

1、

灌水定額計算法（直接推算法）灌區種有多種作物，多次灌溉，那末：對于任何一種作物的某一次灌水：

W凈＝mA二、計算典型年灌溉用水量及用水過程線。有兩種方法可用來確定典型年灌溉用水量及用水過程。W毛＝

當作物的灌溉面積、灌溉制度確定后，即可利用上式推算出各次各種作物灌水的凈灌溉用水量。

水稱為灌溉水利用系數影響因素：

水與各級渠道長度、流量、土壤、水文地質條件、渠道工程狀況、灌溉管理水平，灌水技術措施等有關。我國大中型灌區平均只有0.4左右利用

水我們可以直接根據W凈推求W毛

式中：m1、m2──第1種，第2種作物在該時段內的灌水定額。

1、

2──各種作物灌溉積占灌區的灌溉面積的比值。2、綜合灌水定額計算法

任何時段內全灌區的綜合灌水定額，是該時段內各種物灌水定額的面積加權平均值：m綜凈＝

1m1＋

2m2＋…全灌區的某時段內凈灌溉用水量：

W凈＝m綜凈A3、綜合灌水定額推算與直接推算的比較。

①簡繁程度類似

②綜合法的一些作用

A、反映全灌區用水的一項指標。衡量全灌區用水是否合適的一項重要指標，與條件相近的其它灌區互相比較。

B、可由局部推算全灌區（條件類似）,由一條支渠推算全灌區。

C、灌區的作物種植面積比例已經定好了，但灌區總灌溉面積還須根據水源等條件決定.第四節灌水率2、用途：計算灌區渠道的引水流量和灌溉渠道的設計流量一、灌水率的定義與用途1、定義：灌水率指灌區單位面積（例如以萬畝計）上所需灌溉的凈流量q凈（反映時間和大小），又稱為灌水模數，它是根據灌溉制度確定的。

①灌區總面積為A，作物:甲、乙、丙……

面積:A1、A2、A3………

灌水定額:m1、m2、m3……

延續時間:T1T2,T3……

②分作物品種計算，即分別計算各種作物的每次的灌水率。③計算公式：二、灌水率的計算：根據定義有：

式