第二章-作物需水量與灌溉用水量

第二章作物需水量和灌溉用水量（CropWaterRequirementandIrrigationWaterUse)第一節(jié)作物需水量第二節(jié)灌溉制度第三節(jié)灌溉用水量第四節(jié)灌水率第一節(jié)作物需水量一、基本概念二、研究作物需水量的意義三、作物需水量的推求方法一、基本概念1、作物需水量2、田間耗水量1、作物需水量（Cropwaterrequirement）

植株蒸騰Traspiration株間蒸發(fā)EvaporationTheevapotranspirationofacropisthetotalamountofsoilwaterusedfortranspirationbytheplantsandevaporationfromthesurroundingsoilsurface.Theevapotranspirationiscommonlyexpressedinmillimetresofwaterusedperday(mm/day)作物需水量=植株蒸騰+株間蒸發(fā)=騰發(fā)量Evapotranspiration(ET)作物根系從土壤中吸入體內(nèi)，通過(guò)葉片的氣孔擴(kuò)散到大氣中去的水分referstothemovementofwaterfromthesoilintoaplant,uptheplantbody,andouttheplant’sleavesintotheatmosphere.蒸騰（Transpiration）蒸騰（Transpiration）Transpirationtakesplacesoquickly,thatinarainforest,waterthatisinthesoilinthemorningtravelsinto,up,andoutofatreeintimetobecomerainintheafternoon.(Thishaspromptedbiologiststosaythat“rainforests

maketheirownrain.”)蒸騰（Transpiration）植株間土壤或田面蒸發(fā)的水分referstothemovementofwaterfromthesoilsurfaceorwatersurfaceinpaddyfieldintotheatmosphereevaporationfromthesoilsurfaceisatmostequalbutusuallyconsiderablylessthanevaporationfromanopenwatersurface蒸發(fā)（Evaporation）2、田間耗水量

（

ConsumptiveUseofWater）稻田耗水量=作物需水量+田間滲漏水稻田的滲漏PercolationinpaddyfieldPercolation旱地耗水量=作物需水量影響作物需水量的因素FactorsAffectingCropWaterRequirement氣象因素（Climaticfactors）Radiation:suppliesenergytoevaporatewaterfromliquidtovaporAirtemperature:determineshowmuchwateraircanholdHumidity:howmuchwaterisintheairWind:howeasilyamoleculemovesintotheatmosphereDesignnewirrigationsystems二、研究作物需水量的意義schedule(operate)existingones12Directmeasurement(Lysimeters)三、作物需水量的確定DeterminingEvapotranspirationCalculated(equations)131、作物需水量的觀測(cè)MeasurementofEvapotranspirationLysimeterMeasuringCropETInsideviewofweighinglysimeter3m1995SoybeanCrop2、作物需水量的計(jì)算

CalculationofET直接計(jì)算需水量通過(guò)計(jì)算參照作物需水量來(lái)計(jì)算實(shí)際作物需水量直接計(jì)算作物需水量的方法以水面蒸發(fā)為參數(shù)的需水系數(shù)法）以產(chǎn)量為參數(shù)的需水系數(shù)法從影響作物需水量的主要因子（水面蒸發(fā)、氣溫、濕度、日照、輻射等）中選擇單因子或多因子，通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)分析，建立經(jīng)驗(yàn)公式直接計(jì)算作物需水量的方法以水面蒸發(fā)為參數(shù)的需水系數(shù)法PanEvaporationMethod某時(shí)段內(nèi)的作物需水量（mm）與ET同時(shí)段的水面蒸發(fā)量國(guó)內(nèi)外都有較多應(yīng)用，我國(guó)尤其在水稻地區(qū)應(yīng)用較多Etp=Epan*Panfactor(0.8)*Cropfactor

Epan =ClassApanevaporation.Thisdataisinterpolatedforeachlocationbasedondatafrommajorregionalcentres.Panfactor =Evaporationofwaterfromapanisaffectedbythepan’sdimensions,windspeed,humidityandthetypeofcropwithintheupwindfetch.Thepanfactoristypically0.8butmayrangefrom0.45to0.85.CropFactor=Empiricalratiosofcroptopanevaporation.Itsvalueisindicativeofthegreenleafareaofthevegetation.直接計(jì)算作物需水量的方法以產(chǎn)量為參數(shù)的需水系數(shù)法作物全生育期內(nèi)總需水量（m3/畝）需水系數(shù)作物單位面積產(chǎn)量（kg/畝）我國(guó)過(guò)去旱作地區(qū)應(yīng)用較多，目前仍有少量應(yīng)用階段作物需水量某一生育階段的作物需水量模比系數(shù)通過(guò)計(jì)算參照作物需水量來(lái)計(jì)算實(shí)際作物需水量參照作物需水量

ReferenceEvapotranspirationET0土壤水分充足、地面完全覆蓋、生長(zhǎng)正常、高矮整齊的開(kāi)闊（地塊的長(zhǎng)度和寬度都大于200m）矮草地（草高8-15cm）上的騰發(fā)量EToistherateofevapotranspirationfromalargearea,coveredbygreengrass,8to15cmtall,whichgrowsactively,completelyshadesthegroundandwhichisnotshortofwater計(jì)算參照作物需水量的方法有很多，最著名的、應(yīng)用最廣泛的是Penman公式通過(guò)計(jì)算參照作物需水量來(lái)計(jì)算實(shí)際作物需水量Penman公式最早于1948年提出后來(lái)經(jīng)過(guò)了不斷的修改和完善目前應(yīng)用最多的是Penman-Monteith公式23通過(guò)計(jì)算參照作物需水量來(lái)計(jì)算實(shí)際作物需水量Penman公式的基本原理——能量平衡到達(dá)地表的凈輻射Rn=到達(dá)地表的凈短波輻射Rns-地表向外發(fā)出的凈長(zhǎng)波輻射Rls能量收入：能量支出：顯熱消耗C潛熱消耗λE土壤增溫GSWLWExtraterrestrialRadiationRaRnsNetshortwaveReflectedSW=aRsRnlnetlongwaveRsglobalradiation=(0.25+0.5.(n/N)).RaNetradiationdrivingEt=Rn=(Rns-Rnl)通過(guò)計(jì)算參照作物需水量來(lái)計(jì)算實(shí)際作物需水量25EnergybalanceequationsNetRadiationSoilHeatingAirHeatingLatentHeatEvap26Transferofmoistureawayfromleaf:Rateoftransfer=potential/resistanceRn= netradiation[MJm-2d-1]Rns= netshortwaveradiation[MJm-2d-1]RadiationTerm

Whenradiationdataarenotavailable,thenetradiationRncanbeestimatedasfollows:29Rnl= netlongwaveradiation[MJm-2d-1]Ra= extraterrestrialradiation[MJm-2d-1]N= relativesunshinefraction[]Tkx=maximumtemperature[K]Tkn=minimumtemperature[K]ed= actualvapourpressure[kPa]30where:Ra= extraterrestrialradiation[MLm-2d-1]dr= relativedistanceEarth-Sundr= solardeclination[rad]ψ= latitude[rad]ωs= sunsethourangle[rad]ExtraterrestrialRadiation(Ra)

Extraterrestrialradiationisafunctionofthelatitudeandtimeoftheyear.Ravaluescanbeobtainedfromtables(TableAI)orcalculatedasfollows:31J= JuliandayintheyearFordailyvalues,Jcanbedeterminedby:

IfM<3thenJ=J+2IfleapyearandM>2,thenJ=J32Thesoilheatflux(G)

isestimatedforadailyperiods(effectivesoildepth0.18m)asfollows:

Formonthlyperiods(effectivesoildepth2.0m)thesoilheatflux(G)canbeestimatedas:

Sincethemagnitudeofdailysoilheatfluxover10-30dayperiodsisrelativelysmall,itnormallycanbeneglectedandthusG=033SlopeVapourPressureCurve(D)D= slopevapourpressurecurve[kPaoC-1]T= airtemperature[oC]ea= saturationvapourpressureat temperatureT[kPa]SaturationVapourPressure

ea= saturationvapourpressure[kPa]T= temperature[oC]`PsychrometricConstant

γ= psychrometricconstant[kPaoC-1]P= atmosphericpressure[kPa]l= latentheat[MJkg-1]36LatentHeatofVaporisation

λ= latentheatofvaporisation[MJkg-1]T= airtemperature[oC]Asthevalueofthelatentheatvariesonlyslightlywithtemperatureasinglevalueoflambdamaybeused,i.e..λ=2.45

AtmosphericPressure

AssumingatmosphericpressureatsealevelPo=101.3[kPa]:

z=elevationabovesealevel[m]38

ActualVapourPressure(ed) Theaveragedailyvapourpressurecanbedeterminedfrom:

a. Hygrometermeasurementsofrelativehumidity(RH)dailyatTmax(earlyafternoon)andTmin(earlymorning)asfollows:(RHasdecimal)atearlymorning: RHmax=maximumdailyrelativehumidity [%] Tmin= minimumdailytemperature[oC]ea

(Tmin)=saturationvapourpressureatTmin[kPa]atearlyafternoon:Rhmin= minimumdailyrelativehumidity[%]Tmax= maximumdailytemperature[oC]ea(Tmin)= saturationvapourpressureatTmax[kPa]

b. Ifhumiditydataarelackinganestimateofvapourpressurecanbemadebyassumingthatminimumtemperatureequaltodewpointtemperature:

40VapourPressureDeficit(VPD)VPD= vapourpressuredeficit[kPa]ea(Tmax)=saturationvapourpressureatTmax[kPa]ea(Tmin)= saturationvapourpressureatTmin[kPa]41WindSpeed(U2)

Theconversionfactorforwindgaugesatnon-standardheight(2m)iswithstandard0.12mcrop:

Uz= windspeedmeasuredatheightz[ms-1]U2= windspeedmeasuredat2mheight[ms-1]z= heightwindspeedmeasured[m]DayWind Windspeeddataarenormallyreportedasdailyaveragesover24hours.Thefollowingrelationshipcanbeusedtodeterminedaytimewind(07.00-19.00h)

Ud= windspeedduringdaytime(07.00- 19.00h)[ms-1]Un= windspeedduringnighttime(19.00- 07.00h)[ms-1]U= averagewindspeedover24hours [ms-1]foraverageconditions:

43MeteorologicalDataRequirementsMinimum:Tmax;Tmin;SunshineHours:Windrun(kmd-1)Better:Tmax.;Tmin.;SunshineHours;WindRun;Rhmax;RHminIdeal:Tmax.;Tmin.;GlobalorNetRadiation(MJm-2d-1);WindRun;RHmax;RHminLocallyavailablesunshinehoursandnetradiationdatawillallowpropercalibrationofPenmanforlocalsunshineconditions.44實(shí)際作物需水量

ActualEvapotranspirationCropCoefficientCropcoefficients,Kc,varywithgrowthstageKc1.01.5TimeIIIIIIIVI= CropestablishmentII= CropGrowth-tilleringIII= FloweringandgrainfillIV= Cropmaturity47作物需水量降雨灌溉第二節(jié)灌溉制度什么叫灌溉制度如何推求灌溉制度——充分灌溉條件下的灌溉制度水稻旱作——非充分灌溉條件下的灌溉制度灌溉制度作物播種前（或水稻插秧前）及全生育期內(nèi)的灌水次數(shù)、每次的灌水時(shí)間、灌水定額以及灌溉定額。灌水定額(IrrigationRequirement)——一次灌水單位灌溉面積上的灌水量（m3/畝或mm）灌溉定額——各次灌水定額之和（m3/畝或mm）充分灌溉條件下的灌溉制度總結(jié)群眾豐產(chǎn)灌水經(jīng)驗(yàn)根據(jù)灌溉試驗(yàn)資料制定灌溉制度根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度水稻灌溉制度根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度水稻灌溉制度泡田定額(LandSoakingRequirement)泡田定額（m3/畝）插秧時(shí)田面所需的水層深度（mm）泡田期總滲漏量（mm）泡田期的天數(shù)泡田期水田田面日平均蒸發(fā)強(qiáng)度（mm/d）泡田期內(nèi)的總降雨量（mm）根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度水稻生育期灌溉制度hminhmaxhpdmh1時(shí)段初田面水層深度時(shí)段內(nèi)降雨量時(shí)段內(nèi)田間耗水量時(shí)段內(nèi)灌水量時(shí)段內(nèi)排水量時(shí)段末田面水層深度灌水定額m=hmax-hminp表2-5各生育階段淹灌水層深度根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度水稻間歇灌溉制度淹水深度根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度水稻灌溉制度計(jì)算實(shí)例根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度HKETPM根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度任一時(shí)間t時(shí)的土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)的儲(chǔ)水量時(shí)段初的土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)的儲(chǔ)水量計(jì)劃濕潤(rùn)層增加而增加的水量時(shí)段內(nèi)保存在土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)的有效降雨量時(shí)段內(nèi)的地下水補(bǔ)給量時(shí)段內(nèi)的灌溉水量時(shí)段內(nèi)的作物需水量根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度旱作物的灌溉定額土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)允許最大儲(chǔ)水量土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)允許最小儲(chǔ)水量土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層深度計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)土壤孔隙率（占土壤體積的%）允許的土壤最小含水率（占土壤空隙體積的%）允許的土壤最大含水率（占土壤空隙體積的%）計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)土壤干容重根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度的基本資料計(jì)劃濕潤(rùn)層深度（H）冬小麥棉花土壤最適宜含水率根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度的基本資料允許最大、最小含水率θmax、θminθmax=θf(wàn)cθmin＞θwp根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度的基本資料降雨入滲量P0降雨入滲系數(shù)P＜5α=05≤P≤50α=0.8-1.0P＞50α=0.7-0.8根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度的基本資料地下水補(bǔ)給量K與地下水埋深、土壤性質(zhì)、作物種類、計(jì)劃濕潤(rùn)層的土壤含水率、氣候條件等有關(guān)一般取作物需水量的15%-20%根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度旱作物灌溉制度的基本資料計(jì)劃濕潤(rùn)層增加而增加的水量WTH1H201004003002004080120160200計(jì)劃濕潤(rùn)土層含水量（m3/畝）需水量（m3/畝）04080120160滲入土層降雨量（m3/畝）棉花灌溉制度設(shè)計(jì)圖作物需水量累積曲線WT累積曲線K值累積曲線ET-WT-K累積曲線滲入土壤內(nèi)的降雨量累積曲線計(jì)劃濕潤(rùn)土層允許最大儲(chǔ)水量Wmax曲線計(jì)劃濕潤(rùn)土層允許最小儲(chǔ)水量Wmin曲線計(jì)劃濕潤(rùn)土層實(shí)際儲(chǔ)水量W曲線根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度灌水深層滲漏根據(jù)水量平衡原理制定灌溉制度旱作物播前灌水定額非充分灌溉條件下的灌溉制度非充分灌溉的定義及其基本原理作物水分生產(chǎn)函數(shù)非充分灌溉制度非充分灌溉的定義及其基本原理充分灌溉(SufficientIrrigation)供水充分，作物各生育階段所需水分都得到滿足，從而使作物產(chǎn)量達(dá)到最大時(shí)的灌溉非充分灌溉DeficitIrrigation供水有限，作物某個(gè)生育階段或所有生育階段實(shí)際騰發(fā)量小于充分灌溉時(shí)的騰發(fā)量非充分灌溉的定義及其基本原理實(shí)際騰發(fā)量ETa產(chǎn)量YaETmYm非充分灌溉的定義及其基本原理如何使有限的水資源發(fā)揮最大的效益供水量效益效益：不同的水量有不同的產(chǎn)量和相應(yīng)的毛收益，在供水不超過(guò)作物正常生長(zhǎng)所需水量的前提下，毛效益隨水量的增加而增加成本：不同的水量有不同的成本，供水量越大，成本越高在水資源有限的情況下，可控制單位面積供水量，使單方水產(chǎn)生的凈效益最大充分灌溉時(shí)，盡管毛效益最大，但凈效益卻不一定最大，因此有時(shí)盡管水資源充分，為獲取最大的凈效益，也實(shí)行非充分灌溉如何在時(shí)間上和空間上合理分配有限的水資源，其依據(jù)是作物水分生產(chǎn)函數(shù)作物水分生產(chǎn)函數(shù)(CropWaterProductionFunction)作物產(chǎn)量與投入水量或作物消耗水量之間的關(guān)系全生育期模型階段缺水模型加