灌溉排水工程學(xué)第一章

1、地面水地面水地下水地下水土壤水土壤水土壤水是作物生土壤水是作物生長環(huán)境的核心長環(huán)境的核心一一、農(nóng)田水分存在的形式、農(nóng)田水分存在的形式固態(tài)：在土壤凍結(jié)時(shí)存在固態(tài)：在土壤凍結(jié)時(shí)存在汽態(tài)：存在于未被水分占據(jù)的土壤空隙汽態(tài)：存在于未被水分占據(jù)的土壤空隙液態(tài)：液態(tài)：吸著水：不能被利用，其上限（最大分吸著水：不能被利用，其上限（最大分子持水率）以下的水分為子持水率）以下的水分為無效水。無效水。毛管水：田間持水率和無效水之間的水，毛管水：田間持水率和無效水之間的水，容易為農(nóng)作物利用，稱為容易為農(nóng)作物利用，稱為有效水有效水。重力水：如地下水位高，停留在根系層重力水：如地下水位高，停留在根系層的重力水影響土壤的

2、通氣，這部分水稱的重力水影響土壤的通氣，這部分水稱為為過剩水過剩水。2、土壤水分常數(shù)土壤水分常數(shù) 吸濕系數(shù)吸濕系數(shù): 吸濕水達(dá)到最大時(shí)的土壤含水率吸濕水達(dá)到最大時(shí)的土壤含水率凋萎系數(shù)凋萎系數(shù)： 作物產(chǎn)生永久凋萎時(shí)的土壤含水率作物產(chǎn)生永久凋萎時(shí)的土壤含水率 最大分子持水率：最大分子持水率： 薄膜水達(dá)到最大時(shí)的土壤含水率薄膜水達(dá)到最大時(shí)的土壤含水率 田間持水率田間持水率：懸著毛管水達(dá)到最大時(shí)的土壤含水率：懸著毛管水達(dá)到最大時(shí)的土壤含水率 飽和含水率：飽和含水率： 所有土壤孔隙都為水所充滿時(shí)的土壤含水率所有土壤孔隙都為水所充滿時(shí)的土壤含水率 不同土壤有效水范圍（重量不同土壤有效水范圍（重量%） 對地

3、下水上對地下水上升有效升有效對灌溉水有對灌溉水有效效思考：水流向何方？思考：水流向何方？土壤土壤 A 砂土砂土 10%土壤土壤 B 壤壤土土 20%3、土壤水勢、土壤水勢 衡量土壤水能量的指標(biāo)，是在土壤和水的平衡量土壤水能量的指標(biāo)，是在土壤和水的平衡系統(tǒng)中，單位數(shù)量的水在恒溫條件下，移動到參衡系統(tǒng)中，單位數(shù)量的水在恒溫條件下，移動到參照狀況的純自由水體所能做的功照狀況的純自由水體所能做的功。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可作為判斷各種土壤水分能態(tài)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和尺度。w=m + s + g + + T T總水勢總水勢： 土壤水的土壤水的總勢能總勢能基質(zhì)勢基質(zhì)勢：土壤基質(zhì)土壤基質(zhì)的吸附力和毛管力的吸附力和毛管力所引起的

4、水勢所引起的水勢 滲透勢滲透勢 ： 土壤水分土壤水分中的溶質(zhì)所引起的中的溶質(zhì)所引起的水勢水勢 重力勢重力勢：重力引重力引起的土壤水勢起的土壤水勢 溫度勢溫度勢：溫度引：溫度引起的土壤水勢起的土壤水勢 4、土壤水分特征曲線、土壤水分特征曲線 土壤水分特征曲線有滯土壤水分特征曲線有滯后現(xiàn)象后現(xiàn)象 0200400600800100012002040土壤負(fù)壓-h(cm)含水率(%)粘土壤土砂土表示土壤負(fù)壓（基質(zhì)勢）表示土壤負(fù)壓（基質(zhì)勢）與土壤含水率關(guān)系的曲線與土壤含水率關(guān)系的曲線 土質(zhì)不同，土壤水分特土質(zhì)不同，土壤水分特征曲線不同，或者說土壤征曲線不同，或者說土壤水分特征曲線反映了不同水分特征曲線反映

5、了不同土質(zhì)的水力特性土質(zhì)的水力特性 思考：水流向何方？思考：水流向何方？土壤土壤 A 砂土砂土 10%土壤土壤 B 壤壤土土 20%土壤在吸水和脫水過程中的水分特土壤在吸水和脫水過程中的水分特征曲線不相重合的現(xiàn)象。征曲線不相重合的現(xiàn)象。滯后現(xiàn)象產(chǎn)生的原因主要有：滯后現(xiàn)象產(chǎn)生的原因主要有： 土壤孔隙的不規(guī)則性；土壤孔隙的不規(guī)則性； 吸水過程中，空氣常被封閉于土吸水過程中，空氣常被封閉于土壤孔隙中；壤孔隙中；可以判斷土壤質(zhì)地狀況和土壤水分在吸力段的分布狀況?？梢耘袛嗤寥蕾|(zhì)地狀況和土壤水分在吸力段的分布狀況。可利用它進(jìn)行土壤可利用它進(jìn)行土壤基質(zhì)勢基質(zhì)勢和含水率和含水率 之間的換算。之間的換算?？梢蚤g

6、接地反映出土壤孔隙大小的分布。可以間接地反映出土壤孔隙大小的分布。分析不同質(zhì)地土壤的持水性和土壤水分的有效性。分析不同質(zhì)地土壤的持水性和土壤水分的有效性。1、旱作地區(qū)農(nóng)田水分狀況旱作地區(qū)農(nóng)田水分狀況干旱：根系吸水不足，植物干旱：根系吸水不足，植物 體水分平衡破壞體水分平衡破壞。 大氣干旱大氣干旱 土壤干旱土壤干旱 澇澇災(zāi)災(zāi)： 旱地地面積水超過作旱地地面積水超過作 物耐淹時(shí)間或耐淹深度物耐淹時(shí)間或耐淹深度。 漬漬害害：土壤水分超過田間持：土壤水分超過田間持 水率，影響土壤通氣水率，影響土壤通氣。 旱作物對農(nóng)田水分狀況的要求旱作物對農(nóng)田水分狀況的要求地面一般不允許有積水地面一般不允許有積水地下水一

7、般不允許上升地下水一般不允許上升至根系層內(nèi)至根系層內(nèi)根系層允許最大含根系層允許最大含水率不超過田間持水率不超過田間持水率，最小含水率水率，最小含水率不小于凋萎系數(shù)不小于凋萎系數(shù)鹽堿土地區(qū)，土壤水溶液濃鹽堿土地區(qū)，土壤水溶液濃度不能超過允許最高值度不能超過允許最高值地面水、地下水、土壤水的轉(zhuǎn)化地面水、地下水、土壤水的轉(zhuǎn)化地下水位埋深較大，上層土地下水位埋深較大，上層土壤干燥時(shí)，降雨（或灌溉）壤干燥時(shí)，降雨（或灌溉）入滲對土壤水的補(bǔ)給及降雨入滲對土壤水的補(bǔ)給及降雨（灌水）停止后土壤水分變（灌水）停止后土壤水分變化過程化過程04080120160200土層深度（cm）含水率（%）飽和含水率田間持水率

8、經(jīng)過一定經(jīng)過一定的時(shí)段的時(shí)段降雨停止時(shí)降雨停止時(shí)無降雨或灌水無降雨或灌水124 563123456地下水位埋深較小時(shí)，降雨入滲對土壤水的補(bǔ)給及地下水位埋深較小時(shí)，降雨入滲對土壤水的補(bǔ)給及降雨停止后地下水及土壤水分變化過程降雨停止后地下水及土壤水分變化過程04080120160200深度z（cm）含水率（%）04080120160200深度z（cm）含水率（%）田間持水率田間持水率飽和含水率飽和含水率1325412345田面要有適宜的淹灌水層田面要有適宜的淹灌水層 地下水位維持適宜的深度地下水位維持適宜的深度 維持適宜的滲漏強(qiáng)度維持適宜的滲漏強(qiáng)度水稻對農(nóng)田水分狀況的要求水稻對農(nóng)田水分狀況的要求菲

9、利普菲利普1966年提出了較為完整的年提出了較為完整的SPAC（soil-plant-atmosphere continuum）概念。）概念。水分經(jīng)由土壤到達(dá)植物根表皮，進(jìn)入根系后，通過植物莖，水分經(jīng)由土壤到達(dá)植物根表皮，進(jìn)入根系后，通過植物莖，到達(dá)葉片，再由葉片氣孔擴(kuò)散到大氣層，形成一個統(tǒng)一的、到達(dá)葉片，再由葉片氣孔擴(kuò)散到大氣層，形成一個統(tǒng)一的、動態(tài)的相互連續(xù)系統(tǒng)。盡管介質(zhì)不同，界面不一，但在物理動態(tài)的相互連續(xù)系統(tǒng)。盡管介質(zhì)不同，界面不一，但在物理上都可看作為一個統(tǒng)一的連續(xù)體。水在該系統(tǒng)中的流動過程上都可看作為一個統(tǒng)一的連續(xù)體。水在該系統(tǒng)中的流動過程互相銜接，而且完全可用統(tǒng)一的能量指標(biāo)互相銜

10、接，而且完全可用統(tǒng)一的能量指標(biāo)“水勢水勢”來研來研究整個究整個SPAC系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)能量水平的變化，并計(jì)算出水系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)能量水平的變化，并計(jì)算出水流通量。流通量。根系根系吸水吸水植物體植物體輸水輸水植物體植物體蒸騰蒸騰各部分的水分運(yùn)移都受勢能的支配各部分的水分運(yùn)移都受勢能的支配SPAC系統(tǒng)中的水分移動系統(tǒng)中的水分移動恒定流情況下恒定流情況下SPAC系統(tǒng)水流通量系統(tǒng)水流通量441332211RRRRq 分別為土壤與根表分別為土壤與根表面、根表面與根導(dǎo)管、根導(dǎo)管與葉面、葉面、根表面與根導(dǎo)管、根導(dǎo)管與葉面、葉面與大氣之間的勢能差面與大氣之間的勢能差R1， R2， R3， R4分別為各流段的水流分

11、別為各流段的水流阻抗阻抗，在水流通量一定時(shí)阻抗愈大，水在水流通量一定時(shí)阻抗愈大，水勢差愈大。勢差愈大。 4321,由于植物的生長是緩慢由于植物的生長是緩慢的，在一定時(shí)間內(nèi)，植的，在一定時(shí)間內(nèi)，植物吸收的水分中很少一物吸收的水分中很少一部分用于形成植物體本部分用于形成植物體本身和消耗于植物的代謝身和消耗于植物的代謝作用，作用，絕大部分消耗于絕大部分消耗于蒸騰，因此，可以將流蒸騰，因此，可以將流經(jīng)植物體中的水流看作經(jīng)植物體中的水流看作是穩(wěn)定流動。是穩(wěn)定流動。這樣，這這樣，這個系統(tǒng)中不同部位的水個系統(tǒng)中不同部位的水勢差將與水流阻力成正勢差將與水流阻力成正比，并可近似地用下式比，并可近似地用下式表示：表示：在在SPAC中，水分運(yùn)動的驅(qū)動中，水分運(yùn)動的驅(qū)動力是水勢梯度，即從水勢高處向力是水勢梯度，即從水勢高處向水勢低處移動。水勢低處移動。 研究研究SPAC中的水分傳輸過程中的水分傳輸過程和規(guī)律，有利于了解和規(guī)律，