彭曼公式在參考作物需水量中的應(yīng)用

1、彭曼公式在參考作物需水量中的應(yīng)用單魚洋1,張新民2,陳麗娟1(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,甘肅蘭州730070;2.甘肅省水利科學(xué)研究院,甘肅蘭州730000摘要 介紹幾種作物需水量常用計算方法,并且利用彭曼公式計算甘肅省慶陽市巴家嘴灌區(qū)玉米的需水量,結(jié)果證明彭曼公式計算結(jié)果比以往的計算更為精確,從而為整個灌區(qū)的灌溉規(guī)劃和管理提供了更為有利的依據(jù)。關(guān)鍵詞 作物需水量;彭曼公式;巴家嘴灌區(qū)中圖分類號 S11+9 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611(200810-04196-02A pp lic a t ion o f P e nm a n F o r m u la in R e fe re

2、n c e o f C rop W a te r R e qu irem e n ts SHAN Yu -y an g e t a l (E n g in ee r in g In stitu te o f G an su A g ricu ltu ra l U n ive rs ity ,L an zh ou ,G an sh u 730070A b s tra c t S eve ra l cou n tin g m e th ods w e re i n trodu ced an d th e P enm anform u la w a s u sedto ca lcu la te th

3、 e w a te r requ irem en ts m a ize inth eB a jia zu i irr iga tion a rea i n Q in gyan g city o f G an su p rov in ce.R e su lt sh ow ed th a t th e cou n ti n gre su lt by P enm anfo rm u la w a s m o re precise ,w h ich p rov ided m ore favo rab le ba se fo r th e ir r iga tion p lan n in g an d

4、m an agem en t inth e w h o le ir rig a tion are a .K e y w o rd sC rop w a te r requ ire m en ts ;P enm an equ a tion;B a jiazu i irr iga tion a rea作者簡介 單魚洋(1982-,男,遼寧遼陽人,碩士研究生,研究方向:水資源利用。收稿日期 2007-12-11作物需水量系指作物在適宜的土壤水分和肥力水平下,經(jīng)過正常生長發(fā)育,獲得高產(chǎn)時的植株蒸騰、棵間蒸發(fā)以及構(gòu)成植株體的水量之和1-2。作物需水量的單位一般以某時段或全生育期所消耗的水層深度(m m

5、計。我國是一個農(nóng)業(yè)大國,水資源的70%用于農(nóng)業(yè)灌溉,作物需水量是農(nóng)業(yè)灌溉中的重要組成部分,在國民經(jīng)濟消耗中也占到相當(dāng)大的比例。水資源的短缺已經(jīng)嚴(yán)重影響到社會經(jīng)濟的發(fā)展。因此,對作物需水量的計算和研究是非常必要和重要的。1 作物需水量常用計算方法作物產(chǎn)量的高低與水的多少有直接的關(guān)系,作物生長需要消耗大量的水分。作物需水量的大小受物理與生理作用的綜合影響:物理作用是指蒸發(fā)面的液體擴散及上空的氣體紊流過程;生理作用是指植物根系吸水、體內(nèi)輸水和葉面氣孔開閉等過程。根據(jù)大量灌溉試驗資料分析,作物需水量的大小與氣象條件(輻射、溫度、日照、風(fēng)速、土壤水分狀況、作物種類及其生長發(fā)育階段、農(nóng)業(yè)技術(shù)措施、灌溉排水

6、措施等也有關(guān)。這些因素對需水量的影響是相互聯(lián)系的,也是錯綜復(fù)雜的。作物需水量的計算方法主要有3大類。第1類是先計算全生育期總需水量,然后用階段需水模系數(shù)分配各階段需水量的方法,即所謂的“慣用法”。該方法采用1個或幾個影響需水量的參數(shù)與總需水量經(jīng)驗公式計算總需水量,包括產(chǎn)量法、水面蒸發(fā)量法、積溫法、日照時數(shù)法、飽和差法和水面蒸發(fā)產(chǎn)量法、積溫產(chǎn)量法等;第2類是直接計算各生育階段作物需水量的方法,包括經(jīng)驗公式法、水汽擴散法、水量平衡法和綜合法;第3類是先用氣象因素計算各階段參考作物蒸發(fā)蒸騰量,然后乘以作物系數(shù)求各階段作物需水量的方法,包括經(jīng)驗公式法、水汽擴散法、水量平衡法和綜合法。下面將介紹幾種常用

7、的計算需水量的方法。1.1 以產(chǎn)量為參數(shù)的經(jīng)驗公式 簡稱“K 值法”。作物產(chǎn)量是太陽能的累積與水、土、肥、熱、氣諸因素的協(xié)調(diào)及農(nóng)業(yè)技術(shù)措施的綜合結(jié)果,但在一定的氣象和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施條件下,作物產(chǎn)量與需水量有較好的關(guān)系。因而把作物在一定的自然條件和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施下所獲得的產(chǎn)量與其相適應(yīng)的需水量聯(lián)系起來,以需水系數(shù)表示它們之間的關(guān)系,即ET c =15K Y (1或ET c =K (15Y n+C(2式中,E T c 為作物全生育期總需水量(m 3/k g;K 為需水系數(shù),即形成1kg 產(chǎn)量所消耗的水量;Y 為作物產(chǎn)量(k g/hm 2;C ,n為經(jīng)驗常數(shù)及指數(shù),n 一般取0.30.5。此方法計算作物

8、需水量,有一定的可靠性,尤其在中、低產(chǎn)范圍,其誤差常在30%以下。1.2 水面蒸發(fā)量法 又稱值法或蒸發(fā)皿法。用水面蒸發(fā)量為參數(shù)估算作物需水量的方法早在19161917年開始使用,該法采用的公式為ET c =15E 0(3或ET c =15a E 0+b(4式中,E 0為全生育期內(nèi)的水面蒸發(fā)(m 3/hm 2;為需水系數(shù),為全生育期內(nèi)總需水量與水面蒸發(fā)量的比值;a ,b 為經(jīng)驗系數(shù)。E 0應(yīng)用601型或80c m 口徑蒸發(fā)皿的測定值,不宜用20c m 口徑小型蒸發(fā)皿的測定值,單位應(yīng)與ET c 一致。由實測資料確定,旱作物=0.30.7?！爸捣ā焙汀癒 值法”都是直接計算作物需水量的方法,因為其簡

9、單,系數(shù)在各灌區(qū)由經(jīng)驗容易獲得,因此在很多灌區(qū)仍廣泛應(yīng)用。1.3 積溫法 該法采用的公式為ET c =T (5或ET c =T +s(6式中,T 為全生育期內(nèi)的日平均氣溫累積值(;為經(jīng)驗系數(shù)(m m /;s 為經(jīng)驗常數(shù)。積溫法在我國南方某些地區(qū)被應(yīng)用于計算水稻需水量,應(yīng)用簡便,氣溫資料易于取得,也有的用指數(shù)形式的公式。但在干旱半干旱地區(qū),往往不是積溫而是干熱風(fēng)對蒸發(fā)蒸騰起決定作用,所以不宜采用。1.4 日照時數(shù)法日照時數(shù)法采用的公式形式為ET c =f H (7或ET c =f H +c (8式中,H 為全生育期內(nèi)的累計是照時數(shù)(h;f 為經(jīng)驗系數(shù)(m m /h;c 為經(jīng)驗常數(shù)。日照法適應(yīng)于夏

10、季生長的作物。1.5 飽和差法 該法采用公式為安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),J ou rn a l o f A n h u i A g r i .S c i .2008,36(10:4196-4197 責(zé)任編輯 張彩麗 責(zé)任校對 馬君葉ET c=a D(9或ET c=a1D+b1(10式中,D為全生育期內(nèi)的日平均空氣飽和差,累積值(hP a;a、a1為經(jīng)驗系數(shù)(m m/hP a;b1為經(jīng)驗常數(shù)。飽和差法多用模比系數(shù)計算階段作物需水量,計算誤差大,應(yīng)用受到限制。2彭曼(Penm an公式法彭曼公式依據(jù)的是能量平衡原理和水汽擴散原理及空氣的熱導(dǎo)定律,1948年由英國的科學(xué)家彭曼提出,是現(xiàn)今被廣泛應(yīng)用來計算作物需水

11、量的方法。它利用氣象因素計算各階段參考作物蒸發(fā)蒸騰量,然后乘以作物系數(shù)求各階段作物需水量,它是一種間接計算作物需水量的方法。彭曼公式計算參考作物需水量的常用公式為:ET0=p0R np+E ap0R np(11把凈輻射和干燥力經(jīng)驗公式帶入得:ET0=p0p0.75QA(a+bnN-Tk4(0.56-0.079ea(0.1+0.9nN+0.26(es-ea(1+Cu2p0pR n+1(12式中:E T0為參考作物需水量(m m;Rn為凈輻射量(M J/(m2d;E a為干燥力(m m/d;為溫度計常數(shù)(kP a/;P,P0為面標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和計算地點的實際氣壓(kP a;為飽和水汽壓溫度曲線上的斜率

12、(kP a/;n,N為實際日照時效和理論日照時數(shù)(h;為斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù);C為修正系數(shù);e s為飽和水汽壓(hP a;e a為實際水汽壓(hP a;T K4為黑體輻射(m m/d;u2為地面以上2m處的風(fēng)速(m/s,a,b為用日照時數(shù)計算太陽輻射的經(jīng)驗系數(shù),其值與地區(qū)條件有關(guān),應(yīng)根據(jù)各地輻射觀測資料分析選用。3彭曼公式應(yīng)用實例3.1試驗區(qū)概況巴家嘴灌區(qū)位于巴家嘴水庫下游,巴家嘴水庫位于甘肅省慶陽地區(qū)西峰市19km的蒲河上涇河支流蒲河中游。巴家嘴灌區(qū)工程是慶陽市唯一的中型電力提灌工程,設(shè)計流量4m3/s,最大的幾何揚程為329.15m,有9級泵站、1個變電所、5個水管所。建成干渠4條長37.

13、992 km,支渠26條19.6km,斗渠174條長165.583km,大小建筑物840余座。配套灌溉面積93.1hm2。3.2試驗分析通過對巴家嘴灌區(qū)玉米整個生育期(4月5日9月25日的研究,利用彭曼公式計算出作物的需水量。計算結(jié)果如表1所示。其中,ET c=K C ET0。K C是作物系數(shù),是指充分供水條件下實際作物蒸發(fā)蒸騰量與參考作物蒸發(fā)蒸騰量的比值。它反映了作物本身的生物學(xué)特性、產(chǎn)量水平、土壤耕作條件等對作物需水量的影響。作物系數(shù)值可根據(jù)各月田間實測需水量和相同階段的氣象因素計算出的參考作物需水量求得。該試驗所取的作物系數(shù)為0.531.38。表1 ET0計算結(jié)果T a b le1 R

14、e su lts o f ET0月份M o n th e a e sR n P/P0E a E T0ET c 4月A p r.上旬E a rly m on th 5.9710.430.710.650 2.19 1.20 2.4112.0314.08中旬M idd le m o n th 6.8612.030.810.652 2.23 1.20 2.5712.8715.06下旬L a te m on th7.6813.470.890.653 2.23 1.20 2.7229.9435.03 5月M a y上旬E a rly m on th8.7714.870.970.654 2.91 1.20

15、3.0730.7016.27中旬M idd le m o n th9.6116.29 1.050.655 2.95 1.21 3.2031.9516.93下旬L a te m on th10.9318.52 1.180.656 3.16 1.21 3.4838.3024.13 6月Ju n.上旬E a rly m on th12.0420.76 1.300.657 3.49 1.21 3.8338.3226.06中旬M idd le m o n th13.2222.80 1.420.658 3.55 1.21 3.9939.8631.09下旬L a te m on th13.7223.66 1

16、.460.658 3.42 1.21 3.9339.3034.59 7月Ju l.上旬E a rly m on th16.9323.52 1.460.658 3.45 1.21 3.4734.6638.81中旬M idd le m o n th17.9024.86 1.530.659 3.65 1.21 3.6736.6841.08下旬L a te m on th18.5725.79 1.580.659 3.82 1.21 3.8342.1247.17 8月A u s.上旬E a rly m on th18.7824.71 1.520.659 3.32 1.21 3.2632.6445.05中旬M idd le m o n th17.5423.08 1.430.658 3.20 1.21 3.1131.1442.97下旬L a te m on th15.9821.02 1.320.657 3.32 1.21 2.9232.0944.29 9月S ep.上旬E a rly m on th13.9018.06 1.150.656 2.10 1.21 2.1020.9920.99中旬M idd le m o n th12.4616.18 1.050.655 2.02 1.21 1.9719.7219.724結(jié)