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《灌溉排水工程学》课程教学大纲一、课程中文名称：灌溉排水工程学二、课程英文名称：三、课程编码：四、课程性质：专业课五、学时数、学分数、开课学期、面对专业学时：32；学分：2；开课学期：第七学期；水资、水利水电六、课程目的与要求：本课程的目是通过本课程的学习，使学生了解和掌握农田的需水规律和需水量计算，灌溉用水过程、用水量的确定，灌水方法和灌水技术的应用，灌溉系统规划布置及设计施工与管理。
利用灌溉排水工程措施来调节农田水分状况及改变和调节地质水情，及消除水旱灾害，合理科学和利用水资源，为发展农业生产服务。
学习本课程须注意下列要求：（1）要深入了解各种农田水分形式对作物影响和机理及作物生长对水分状况的要求，掌握利用势能理论研究土壤水分运动原理及计算。
（2）运用所学的基本理论，选择合理的设计条件和计算方法，掌握作物需水量的计算、灌溉制度设计，灌水率值的基本技能。
（3）了解目前我国各灌区主要采用的灌水方法类型及原理，掌握各种节水灌溉技术的要素确定、细部结构设计。
（4）具有有压管道灌溉输水系统水力计算，管道布置的技能。
（5）能够结合实际确定灌溉渠系的规划布置原则并能合理规划布置，必须掌握灌溉渠道流量计算，渠道纵横断面设计，渠系水工建筑物工作原理的基本内容。
（6）具有绘制规划设计图纸、编制规划设计文件的技能。
七、本课程与其它课程的联系：本课程是水文水资源原理、水利水电工程专业专业课。
先修课程：测量学、水力学、水文与水利计算、土壤物理学。
后续课程：水工建筑物、水利工程施工等专业课。
八、教学方法：：教学方法以课堂授课为主，辅以多媒体课件和节水模型讲解。
九、考核方法：闭卷考试，考试内容覆盖全部讲授内容；课程成绩评定：平时作业成绩和期末考试成绩和出勤相结合的方式评定成绩。
十、选用教材参考书目：教材：《灌溉排水工程学》，史海滨主编，中国水利水电出版社，2006年8月参考书：《农田水利学》武汉大学郭元裕主编《农田水利学自学指导教材》农大内部出版。
作物需水量和灌溉制度讲解作物需水量是指水分需求与作物生长发育阶段、气候环境和土壤类型等因素相结合的结果。
农作物对水分有不同的需求，在其生命周期中分为不同的生长阶段，每个阶段对水分的需求量也不同。
在农业生产中，作物需水量的准确测定对农业灌溉具有重要意义。
1.土壤水分平衡法：通过测定作物生长期内土壤水分的变化，从而计算出作物需水量。
2.蒸散发法：通过测定作物蒸腾量和蒸发量，计算作物需水量。
3.植株生理法：通过测定作物的生理指标，如根系水势、叶片蒸腾速率等，计算出作物需水量。
4.气象数据法：根据气象数据和作物需水系数，计算出作物需水量。
作物需水量的测算结果，通常以作物耗水量（ETc）来表示。
作物耗水量包括作物蒸腾量和作物蒸发量两部分。
其中，作物蒸腾量是指作物根系经过气孔排出的水汽量，是作物所需的有效灌溉水量；作物蒸发量是指作物表面水分的排出量，主要受气温、相对湿度和风速等气象因素的影响。
灌溉制度是根据作物需水量的测算结果，制定的合理灌溉方案。
灌溉制度的主要目的是提高灌溉水的利用效率，减少水分的浪费。
其中，灌溉定额是灌溉制度的核心部分，指在一定的灌溉面积上，向作物供给的灌溉水量。
灌溉定额的制定应综合考虑作物需水量、土壤水分状况、水源供给能力等因素。
常用的灌溉制度有以下几种：1.定时定量灌溉制度：按照一定的时间和数量进行灌溉，如按照一周定时定量地进行灌溉。
2.枯水轮灌制度：根据土壤水分不足的程度，适时进行灌溉，以保证作物生长发育的需要。
3.土壤水分监测灌溉制度：通过监测土壤水分状况，根据不同的需水量进行灌溉，实现精确灌溉。
4.下垂管灌溉制度：采用下垂式输水管灌溉的方式，减少水分的蒸发和损失。
在具体实施灌溉制度时，还需要考虑水源供给能力、灌溉设施条件、作物的特性等因素，综合考虑灌溉的经济效益和环境保护的要求。
综上所述，作物需水量和灌溉制度是农业生产中重要的内容。
准确测定作物需水量，并制定合理的灌溉制度，可以提高灌溉效率，减少水资源的浪费，实现农业的可持续发展。
《灌溉与排水工程学》教学大纲英文名称：Irrigation and Drainage课程编码：080820138学时：32 学分：2.0适用对象：水土保持与荒漠化防治专业本科生先修课程：土壤学、水力学、水利计算、工程水文学大纲主撰人：大纲审核人：一、课程性质、目的和任务《灌溉与排水》是水土保持与荒漠化防治专业的一门专业选修课，是研究农田水分状况和有关地区水情的变化规律及其调节措施，消除水、旱灾害，利用水资源为农业生产发展服务的学科。
其主要任务是：通过课程的学习，使学生掌握灌溉排水基本理论和灌排技术，初步具备灌溉排水系统规划设计及区域水利规划的能力，为从事农田水利工作奠定基础。
通过教学，学生应达到下列要求：熟悉农田水分运动规律的基本理论，掌握控制土壤水和地下水位以及进行合理灌排的技术，掌握节水灌溉新理论和技术，能根据水源及灌区自然地理条件，进行引水灌排（渠道或管网）系统的规划设计；明确农田水利管理工作的重要性，树立工程技术的经济观点，掌握管理工作的基本知识和经济论证的方法。
二、教学内容及要求第一章绪论授课学时：2基本要求：1-1 我国的农田水利事业1-2 世界灌溉与排水的发展概况1-3 农田水利学的研究对象和基本内容重点讲述我国的农田水利事业和本课程的研究对象及基本内容。
使学生对本课程有个全面的概念。
第二章农田水分状况和土壤水分运动授课学时：4基本要求：2-1 农田水分状况2-2 土壤水分运动2-3 土壤—作物—大气连续体水分运动的概念重点讲述农作物对农田水分状况的要求，明确各种灾害的形成机理，掌握含水率的各种表示方法和换算关系。
着重讲述土壤水运动的基本理论，使学生熟悉入渗和蒸发不同边界条件下土壤水的计算方法，理解SPAC系统水分运动的概念。
第三章作物需水量和灌溉用水量授课学时：4基本要求：3-1 作物需水量3-2 作物灌溉制度3-3 灌溉用水量3-4 灌水率本章以讲授作物需水量的估算、作物灌溉制度的拟定、灌区用水过程线的推算和灌水率为重点。
3 灌溉用水量和灌溉用水流量前面介绍了灌溉制度，但还有两个问题未解决。
（1）水库兴利调节需要用水过程，因此存在一个如何确定灌区灌溉用水量的问题。
（2）设计抽水站、引水闸等，应以用水流量为依据，因此还存在一个如何确定灌区灌溉用水流量的问题。
本节的任务就是讨论如何计算灌溉用水量和灌溉用水流量。
一、灌溉用水量（一）直接法直接利用各种作物的灌溉制度来计算。
一般以旬为时段来计算。
若有K种作物，则某时段的灌溉用水量为式中 Wi--第i时段灌区用水量；Mij--第i时段第 j种作物的灌水定额；Aj--第j 种作物的种植面积；η水--灌溉水利用系数；全生育期或全年用水量:直接法适用于小型灌区。
(二)间接法利用综合灌水定额来计算，综合灌水定额:是某一时段内各种作物灌水定额的面积加权平均值,称为该时段的综合灌水定额.式中α1、α2、α3、αn--各种作物的种植比(之和为1)，mi,1、mi,2、mi,3、mi,n--第 i时段各种作物的灌水定额。
某时段的灌溉用水量：m综：1 它是衡量全灌区用水状况的一个综合指标；2 若全灌区种植比例相似，可用综合灌水定额方便地计算出某一局部的灌溉用水量；3 在供水水源有限的情况下，可用综合灌水定额计算保灌面积。
间接法适用于大中型灌区。
怎样估算农业灌溉用水量来源：文章作者：单志学录入时间：08-01-20 14:00:05 农业灌溉用水量是指为满足作物生长期总的需水要求，扣除天然降水供给的部分水量以外，通过各种水利设施补送给农田的水量。
农业灌溉用水是农业用水的主体，一般占农业用水量的90%以上。
我国是一个农业大国，农业灌溉用水约占全国总用水量的85%以上。
农业灌溉用水的水源可分为地表水源和地下水源两种。
地表水源中又可区分为天然水资源（如水库湖泊水和河川径流）和复用水源（如电力工业冷却用水的退水和城市工业、生活污水）。
因此，农业灌溉用水的水源亦可分为一次水源和二次水源。
二次水源是指复用水源，一次水源时指出复用水源以外的地表水和地下水的可开采量。
一、名词解释1. 作物需水量和作物耗水量、参考作物需水量2. 作物需水临界期和作物需水高峰期3. 灌溉用水量和灌水率二、简答题1. 简述作物需水量估算方法？2. 土壤水分常数有哪些？在灌溉管理中的作用是什么？三、计算题1. 某农田为壤土，据测定1m深度土壤平均干容重为1.35g/cm3，田间持水率为25%,凋萎系数为16%（均为重量含水率，下同），某日测定计划湿润层80cm平均含水率为80%的θf，灌溉下限为60%的θf，试计算（单位用mm和m3/hm2表示）：（1）计划湿润层能够储存的最大有效水含量是多少？实际储存有效水含量是多少？（2）假定计算时段参考作物蒸发蒸腾量为3mm/d，作物系数为0.8，没有地下水利用量和降雨量，多少天需要灌溉？灌水定额是多少？2. 某土壤经测定入渗过程的考斯加科夫公式为it=4t-0.5（单位为mm/min），问一次灌溉60mm，需要多长时间？第一章课堂测验试题（补）一、名词解释1. 凋萎系数2.作物水分生产函数3.土壤水分特征曲线4.灌溉制度5.SPAC6.灌水率7.作物需水模系数二、简答题1. 简述用水量平衡方程确定旱作物灌溉制度的原理。
2. 作物水分亏缺判别方法有哪些？3. 农田水分不足的原因是什么？如何进行调节？4. 初绘灌水率图修正的原则是什么？5. 定性和定量描述土壤水分入渗过程。
三、计算题某农田为壤土，据测定1m深度土壤平均干容重为1.35g/cm3，田间持水率为35%,凋萎系数为12%（均为体积含水率，下同），某日测定计划湿润层80cm平均含水率为80%的θf，灌溉下限为60%的θf，试计算（单位用mm和m3/hm2表示）：（1）计划湿润层能够储存的最大有效水含量是多少？实际储存有效水含量是多少？（2）假定计算时段参考作物蒸发蒸腾量为5mm/d，作物系数为0.8，该阶段有地下15mm的降雨量，多少天需要灌溉？灌水定额是多少？一、名词解释1. 灌水方法与灌水技术2. 灌溉水有效利用率与田间灌溉水储存率3. 微灌和喷灌二、简答题1. 简述喷灌系统和滴灌系统组成的异同点。
第三章、作物需水量与灌溉用水量§3—1 作物需水量作物需水量——是指作物在适宜的外界环境条件下（包括对土壤水分、养分充分供应）正常生长发育达到或接近达到该作物品种的最高产量水平所消耗的水量。
作物需水量的作用：1、是农业用水的主要组成部分，是整个国民经济中消耗水分的最主要部分。
2、是水资源开发利用时的必备资料，也是灌排工程规划、设计、管理的基本依据。
3、作物需水量在农业用水和国民经济用水中的比例4、作物需水量是农业用水的主要组成部分。
作物需水量以水汽形式散入大气，无法再利用一、作物田间水分的消耗(三种途径：叶面蒸腾、棵间蒸发和深层渗漏)叶面蒸腾：作物植株内水分通过叶面气孔散发到大气中的现象；棵间蒸发：植株间土壤或水面（水稻田）的水分蒸发；深层渗漏：土壤水分超过了田间持水率而向根系以下土层产生渗漏的现象。
解释：棵间蒸发能增加地面附近空气的湿度，对作物生长环境有利，但大部分是无益的消耗，因此在缺水地区或干旱季节应尽量采取措施，减少棵间蒸发（如滴灌<局部灌溉>、水田不建立水层）和地面覆盖等措施。
深层渗漏对旱田是无益的，会浪费水源，流失养分，地下水含盐较多的地区，易形成次生盐碱化。
但对水稻来说，适当的深层渗漏是有益的，可增加根部氧分，消除有毒物质，促进根系生长，常熟、沙河、涟水等灌溉试验站结果都表明：有渗漏的水稻产量比无渗漏的水稻产量高3.9% ~ 26.5%。
叶面蒸滕量＋棵间蒸发量＝腾发量＝作物田间需水量水田：田间需水量＋渗漏量＝田间耗水量由于水田不同土壤渗漏量大小差别很大，为了使不同土质田块水稻需水具有可比性，因此水稻的田间需水量不包括渗漏量，如计入渗漏量，则称为田间耗水量。
二、作物需水规律（一）影响作物需水量的因素１、气象条件主要因素，气温高、日照时间长、空气湿度低、风速大、气压低等使需水量增加；２、土壤条件含水量大，砂性大，则需水量大（棵间蒸发大）３、作物条件水稻需水量较大，麦类、棉花需水量中等，高粱、薯类需水量较少；４、农业技术措施地面覆盖、采用滴灌、水稻控灌等能减少作物需水量。
（二）作物需水特性１、中间多，两头少；开花结实期需水量最大２、存在需水临界期需水临界期：在作物全生育期中，对缺水最敏感，影响产量最大的时期。
几种作物的需水临界期：水稻孕穗至开花期棉花开花至幼铃形成期小麦拨节至灌浆期了解作物需水临界期的意义：１、合理安排作物布局，使用水不至过分集中；２、在干旱情况下，优先灌溉正处需水临界期的作物。
三、经验公式法确定作物田间需水量（一）全生育期作物田间需水量的确定１、α值法（蒸发皿法）前面已讲过，气温、日照、湿度、风速、气压等气象因素是影响作物需水量的最重要的因素，而水面蒸发正是上述各种气象因素综合作用结果，因此作物的田间需水量与水面蒸发量之间存在一定程度的相关关系。
因此，可以用水面蒸发量作为参数来估计作物田间需水量。
Ｅ＝αＥ0或Ｅ=aE0+b式中：Ｅ—全生育期作物田间需水量（mm）α--需水系数（或称蒸发系数），为作物需水量与水面蒸发量之比值。
江苏中稻α＝1.15Ｅ0—与Ｅ同时段的水面蒸发量（mm），Ｅ0—般采用80cm口径蒸发皿的蒸发值；a、b为经验常数；α值法适用于水稻。
(旱作物的ET与E0相关不显著)２、Ｋ值法（产量法）实践表明作物的产量与田间需水量之间存在一定的相关关系，在一定范围内Ｅ随作物产量的提高而提高。
因此可以用产量作为参数来估计作物的田间需水量。
Ｅ＝ＫＹ式中Ｅ—需水量，m3/亩；Ｋ—需水系数（ｍ3/Kg)，由试验资料确定；Ｙ—作物产量（ｋｇ/亩）由于Ｅ与Ｙ实际上并不是成线性关系，因此有人对上式作了修正。
E0为保证作物存活下来，但产量为零（棵粒无收）。
E=KY n + C式中：n--经验指数；Ｃ--经验常数。
K值法适用于旱作。
（二）各生育阶段田间需水量的确定1、利用需水模系数有了全生育期田间需水量，可以借助需水模系数，把总需水量按各生育阶段进行分配。
需水模系数是作物某一生育阶段田需水量占全生育期需水量的百分比。
E i=K i E式中E i --第i阶段作物田间需水量；K i --第i阶段作物需水模系数。
需水模系数通过试验取得，表2-7列出了几种主要作物的需水模系数。
2、利用阶段需水系数（水稻）式中αi--第i阶段需水系数；Ｅ0i --第i阶段的水面蒸发量（mm）。
（三）需水强度的确定需水强度即为某一天的需水量。
单位：mm/d 或m3/(亩d)公式：e i=E i/t i式中e i--第i阶段的需水强度；E i--第i阶段的需水量；t i--第i阶段的天数。
四、彭曼法计算作物需水量英国科学家彭曼于1949年首次提出，又于1963年简化了他的公式。
联合国粮农组织推荐采用彭曼法计算作物需水量。
彭曼法的特点是：理论基础可靠，计算精度较高；但计算较复杂，所需基础数较多。
计算时分两步。
（一）计算出潜在需水量（参考作物需水量）潜在需水量指：参考作物（如苜蓿mu xu、牧草)在供水充足条件下的需水量。
式中：P0--标准大气压；P--计算地点平均大气压；Δ--平均气温时饱和水气压Ea随温度变化的变率；γ--湿度计常数；R n--太阳净幅射。
（二）计算实际作物的需水量E=K c×E p式中Kc--作物系数。
§3—2、作物灌溉制度天然降雨可满足作物的部分需水要求，但降水不可能完全满足作物的需水要求。
在干旱和半干旱地区更是如此，因此，为实现农业的高产稳产，必须进行灌溉。
要灌溉就牵涉到什么时候灌、灌多少等问题。
本节讨论的作物灌溉制度就是解决上述问题。
一、概述1．什么是灌溉制度灌溉制度：为了保证作物适时播种（或栽秧）和正常生长，通过灌溉向田间补充水量的灌溉方案。
灌溉制度的内容：灌水定额、灌水时间、灌水次数和灌溉定额。
灌水定额：一次灌水在单位面积上的灌水量。
单位：水田可用mm，旱田用m3/亩。
换算：1mm= 0.667m3/亩灌溉定额：生育期各次灌水的灌水定额之和。
总灌溉定额：播前灌水定额（或泡田定额）+ 灌溉定额2．为什么要制定灌溉制度（1）为灌溉工程规划设计提供依据。
（2）为灌区用水管理提供依据。
3．制定灌溉制度的方法（1）总结群众丰产经验；（2）进行灌溉试验；（3）按水量平衡原理进行计算。
在生产实践中，常把上述三种方法结合起来使用。
具体做法是：根据设计年份的气象资料和作物的需水要求，参照群众丰产经验和灌溉试验资料，根据水量平衡原理拟定作物灌溉制度。
二、充分灌溉(Full Irrigation)条件下的灌溉制度充分灌溉：作物各生育阶段所需的水分都能够得到要求，作物处于最佳水分条件，产量最高。
非充分灌溉（Deficit Irrigation)灌溉供水不足，不能充分满足作物各阶段的需水量要求，其实际腾发量小于充分灌溉条件下的需水量。
充分灌溉是目前使用最广泛的灌水方法，适于水源丰富地区。
目前的灌溉制度、通常是充分灌溉条件下的灌溉制度（一）充分灌溉条件下灌溉制度确定1、总结群众灌水经验根据设计要求的干旱年份，调查不同作物不同生育阶段的需水量、灌水次数、灌水定额、灌溉定额等。
感性认识强，便于农民接受，较为实用。
水文年份和灌溉保证率的概念模糊，不易量化。
2、根据灌溉试验资料制定在有灌溉试验站的地区，可根据设计代表年的灌溉试验资料确定； 注意试验站的代表性。
如：地理位置、气象、农作措施等。
3、按照水量平衡法制定灌溉制定 原理：A ：作物在一定的土壤含水量或水层深度范围内能够生长良好，如果超过该范围，生长和产量受到抑制和降低。
合理的灌溉制度应使得作物土壤含水量或水层深度处于该范围内。
适宜范围，是参考群众丰产经验或试验资料而得到。
B ：任何时段内农田水分变化，等于该时段来水与耗水之间的消长。
（二）、水稻的灌溉制度水稻种植一般采取育秧移栽的方法。
育秧的田块叫秧田。
移栽的田块叫本田或大田。
秧田育秧时间短，田块面积小，灌水量较少，因此下面主要讨论的是大田的灌溉制度。
秧田的灌溉：先灌浅水，水深10~20mm ，苗高3cm 后，增加水深至20~40mm ，苗高10cm 后，排水落干，促进根系生长，拔秧前为便于拔秧，再深水浸泡。
本田插秧前需要泡田整田，便于插秧，并为秧苗返青创造条件。
所以本田分为泡田期和插秧后的生育期。
泡田期灌水定额称为泡田定额。
一）泡田定额)(667.0111101p t e s h M -++= ( m 3/亩)；或者：(1010011111p t e s a M -++= (m 3/hm 2)式中：M 1—泡田期灌溉用水量； h 0—插秧时田面所需的水层深度mm ，s 1—泡田期的渗漏量，即开始泡田到插秧期间的总渗漏量，mm ，t 1—泡田期的日数；e 1—t 1时期内水田田面平均蒸发强度，mm/d ，可用水面蒸发强度代替；p 1—t 1时期内的降雨量，mm 。
泡田定额一般为80~110m 3/亩。
二）生育期灌溉制度1．水田水量平衡方程 某时段水量耗损：蒸发E 、渗漏S 、排水C 水量补给：降雨P 、灌溉M设时段初水层深为h 1，时段末水层深h 2，则h 1+p+m-E-C=h 22．计算灌溉制度计算原理见下图：3、计算方法（1）列表逐日计算（2）编写电算程序，利用计算机计算（三）、旱作物的灌溉制度一）播前灌水定额播前灌水的作用：保证种子发芽出苗；储水。
计算公式：式中:H--计划湿润层深，即计划到调节与控制土壤水分的土层深度，播前灌水时H=0.3~0.4m；A--孔隙率；βmax、βo--分别为灌水上限含水率和初始含水率（以水的体积占孔隙体积的百分数表示）。
二）生育期内灌溉制度1．水量平衡方程研究对象：计划湿润层土壤含水量平衡方程：W1+P+WT+K+M-E-S-C=W2图中各变量单位均为m3/亩。
W1、W2—分别为时段初、末计划湿润层内含水量，H1--时段初计划湿润层深；H2—时段末计划湿润层深；E—腾发量，即作物田间需水量；M—灌水量；P--降水量；C--排水量（地表径流量）；K —地下水补给量；一般地下水埋深大于3米时，取K=0，地下水埋深小于3米时，K按试验资料取值。
S--深层渗漏；WT —因计划湿润层增加而增加的水量。
令P0为入渗雨量(m3/亩），则P0 = P－CC =αP P0=P-αP=（1- α）P=σPP--降雨量(m3/亩)；α--径流系数。
σ--降雨入渗系数，参考表2-15。
（参阅本科教材）计划湿润层水量平衡方程变为：W1+ P0+WT + K + M －E－S = W2各变量单位均为m3/亩。
2．计算灌溉制度的原理（1）计算各时段灌水上下限及田间持水量（2）推算灌溉制度列表或图解计算时采用旬为时段,电算时可以日为计算时段。
先设无m、无s，计算该时段末含水量W2=W1+WT+P0+K－E如果，则不需灌溉,也无深层渗漏。
