第一章农田水分状况和土壤水分运动.docx
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第一章农田水分状况和土壤水分运动
《农田水利学》习题集
第六批一类课程建设
水利水电与建筑学院
2008年6月25日
目录
第一章农田水分状况和土壤水分运动
1．1农田土壤有效含水量的计算
基本资料
某冲积平原上的农田，1m深以内土壤质地为壤土，其空隙率为47％，悬着毛管水的最大含水率为30％，凋萎系数为9.5％，（以上各值皆按整个土壤体积的百分数计），土壤容重为1.40t/m³，地下水面在地面以下7m处，土壤计划湿润层厚度定为0.8m。
要求
计算土壤计划湿润层中有效含水量的上、下限，具体要求有：
（1）分别用m³/亩，m³/ha和mm水深三种单位表示有效含水量的计算结果；
（2）根据所给资料，将含水率转换为以干容重的百分比及用空隙率体积的百分比表示（只用m³/亩表示计算结果）
解：
土壤计划湿润层有效含水量上限θmax=30％，下限θmin=9.5％
当土壤含水率以占土壤体积的百分比表示时：
=667×0.8×30％=160m³/亩=2401m³/ha=240mm
=667×0.8×9.5％=50.7m³/亩=760m³/ha=76mm
①当土壤含水率以占干土重的百分比表示时：
由且得
所以以占干土重的百分比表示的土壤含水率为
30％/1.4=21.4％
9.5％/1.4=6.8％
②当土壤含水率以占空隙体积的百分比表示时：
由且得
所以以占空隙体积的百分比表示的土壤含水率为
30％/47％=63.8％
9.5％/47％=20.2％
提示：
计算土壤含水量的的方法有：
当土壤含水率以占土壤体积的百分比表示时
2）当土壤含水率以占干土重的百分比表示时
当土壤含水率以占空隙体积的百分比表示时
上列各式中的符号意义如下：
W－土壤含水量，以若干面积上的立方米计，当取亩时，则W之单位为m³/亩；
当取公顷时，则W之单位为m³/hm²；
－计算面积，一般用亩（667m²）或公顷（10000m²），亦可取其他尺寸的面积；
H－土壤计划湿润层深度（m）；
－按体积比计的土壤含水率，即土壤中的水分体积与整个土壤体积的比值；
－按重量比计的土壤含水率，即土壤中的水分重量与干土重量的比值；
－按空隙体积比计的土壤含水率，即土壤中的水分体积与空隙体积的比值；
－土壤容重（t/m³）;
－水的容重，在一般情况下，纯水的容重为1t/m³；
N－土壤孔隙率，即土壤中空隙体积与整个土壤体积之比。
其中：
1m³/亩＝15m³/hm²
1m³/亩＝1.5mm
1m³/hm²
＝1/15m³/亩
1m³/hm²＝1/10mm
1mm＝1/1.5m³/亩
1mm＝10m³/hm²
1．2土壤入渗水量的计算
基本资料
某土壤经实验测定，第一分钟末的入渗速度i1=6mm/min，α=0.4。
要求
运用土壤入渗（渗吸）经验公式计算30min内的入渗水量及平均入渗速度，以及第30min末的瞬时入渗速度。
解：
由考斯加可夫公式有入渗水量，入渗速度
所以30min内的入渗水量
30min内的平均入渗速度
第30min末的瞬时入渗速度
第二章作物需水量和灌溉用水量
2．1用“以水面蒸发为参数的需水系数法”求水稻耗水量
基本资料
（1）根据某地气象站观测资料，设计年4月至8月80cm口径蒸发皿的蒸发量（E0）的观测资料见表2-1-1。
表2-1-1某地蒸发量（E0）的观测资料
月份
4
5
6
7
8
蒸发量E0（mm）
182.6
145.7
178.5
198.8
201.5
（2）水稻个生育阶段的需水系数α值及日渗漏量，见表2-1-2。
表2-1-2某地蒸发量（E0）的观测资料
生育阶段
返青
分蘖
抜节孕穗
抽穗开花
乳熟
黄熟
全生育期
起止日期
月
45
55
56
66
77
77
47
日
263
128
2915
1630
110
1119
2619
天数
8
25
18
15
10
9
85
阶段α值
0．784
1．060
1．341
1．178
1．060
1．133
日渗漏量（mm/a）
1．5
1．2
1．0
1．0
0．8
0．8
要求
根据上述资料，推求该地水稻各生育阶段及全生育期的耗水量。
解：
4月份日蒸发量E′04=182.6/30=6.09mm/d
5月份日蒸发量E′04=145.7/31=4.70mm/d
6月份日蒸发量E′04=178.5/30=5.95mm/d
7月份日蒸发量E′04=198.8/31=6.41mm/d
列表计算见下：
生育阶段
返青
分蘖
抜节孕穗
抽穗开花
乳熟
黄熟
全生育期
天数
8
25
18
15
10
9
85
4月5天5月3天
5月25天
5月3天
6月15天
6月15天
7月10天
7月9天
ET0（mm）
44.53
117.50
103.35
89.25
64.13
57.72
476.48
阶段α值
0．784
1．060
1．341
1．178
1．060
1．133
ET（mm）
34.91
124.55
138.59
105.14
67.98
65.39
536.56
渗漏量（mm）
12
30
18
15
8
7.2
90.20
耗水量（mm）
46.91
154.55
156.59
120.14
75.98
72.59
626.76
2．2用“以产量为参数的需水系数法”求棉花需水量
基本资料
（1）棉花计划产量，籽棉300kg/亩。
（2）由相似地区试验资料得，以产量为籽棉300kg/亩时，棉花需水系数K=1.37m³/kg。
（3）棉花各生育阶段的需水模比系数，见表2-2-1。
表2-2-1棉花各生育阶段的模比系数
生育阶段
返青
分蘖
抜节孕穗
抽穗开花
乳熟
黄熟
全生育期
起止日期
月
46
67
78
810
410
日
1110
116
724
2530
1130
天数
61
26
49
67
203
模比系数（％）
13
20
49
18
100
要求
计算棉花各生育阶段需水量累计值。
解：
棉花全生育阶段需水量=1.37×300=411m³/亩
各生育阶段需水量
计算过程见下表
生育阶段
苗期
现蕾
开花结铃
吐絮
全生育期
起止日期
月
46
67
78
810
410
日
1110
116
724
2530
1130
天数
61
26
49
67
203
模比系数（％）
13
20
49
18
100
阶段需水量（m³/亩）
53．43
82．20
201．39
73．98
411
累计需水量（m³/亩）
53．43
135．63
337.02
411
411
2．3小麦播前灌水定额计算
播前灌水的目的是使土壤在播种时的含水率适于发芽需要，并供给苗期蒸发蒸腾的需水；同时使最大计划湿润层内储存足够的水分，以便在作物根系深扎后使用。
基本资料
（1）土壤最大计划湿润层H=0.8m。
（2）土壤平均孔隙率n=41.3％（占土体）。
（3）土壤田间持水率θmax=75.0％（占孔隙体积的百分比）。
（4）播前土壤天然含水率，θ0=48.0％（占孔隙体积的百分比）．
要求
计算播前灌水定额。
解：
=667×41.3％×0.8×（75.0％-48.0％）
=59.5m³/亩
2．4水量平衡方程式估算冬小麦全生育期的灌溉定额
基本资料
某灌区冬小麦全生育期田间需水量E=380m³／亩，设计降雨量P=150mm，降雨有效利用系数σ=0.8，全生育期地下水补给量K=30m³／亩。
生育初期土壤计划湿润层的深度取0.3m，生育后期取0.8m。
土壤孔隙率n=48％（占土体），田间持水率θ田=70％（占孔隙体积的百分数）。
在冬小麦播前进行灌溉，灌后使土壤最大计划湿润层范围内的含水率皆达到田间持水率，收割时可使土壤含水率降至田间持水率的80％。
要求
用水量平衡法，估算冬小麦全生育期的灌溉定额M²。
解：
根据水量平衡方程Wt-W0=Wr+P0+K+M²-ET
式中ET=380m³／亩，K=30m³／亩
P0=σP=150×0.8/1.5=80m³／亩
Wr=667×（0.8-0.3）×48％×70％=112.056m³／亩
Wt-W0=667×0.8×48％×56％-667×0.3×48％×70％
=76.20m³／亩
M²=Wt-W0-Wr-P0-K+ET=76.20-112.056-80-30+380
=234.14208m³／亩
2．5北干旱地区春小麦灌溉制度设计图解法
春小麦是一种小麦类型，春种夏收。
我国春小麦主要在长城以北、六盘山以西地区种植，占全国麦田面积的1／5～1／6。
基本资料
西北内陆某地，气候干旱，降雨量少，平均年降雨量117mm，其中3～7月降雨量65.2mm，每次降雨量多属微雨（5mm）或小雨（10mm）且历时短；灌区地下水埋藏深度大于3m，且矿化度大，麦田需水全靠灌溉。
土壤为轻，中壤土，土壤干容重为1.48t／m³，田见持水量为28％（干土重的百分数计）。
春小麦地在年前进行秋冬灌溉，开春解冻后进行抢墒播种。
春小麦各生育阶段的田间需水量，计划湿润层深度、计划湿润层增深土层平均含水率及允许最大，最小含水率（田间持水量百分数计），如表2-5-1所列。
0据农民的生产经验，春小麦亩产达300～350kg时，生育期内需灌水5—6次，灌水定额为50～60m³／亩。
抢墒播种时的土壤含水宰为75％（田间持水量百分数计）。
要求
用图解法制定春小麦灌溉制度。
表2-5-1春小麦灌溉制度设计资料表
生育阶段
播种～分蘖
分蘖～拔节
拔节～抽穗
抽穗～成熟
日期（日/月）
21/3～30/4
1/5～20/5
21/5～8/6
9/6～14/7
天数（d）
41
20
19
36
需水量（m³/亩）
24
81
83
112
允许最大含水率（%）
100
100
100
90
允许最小含水率（%）
55
55
60
55
计划湿润层深度（m）
0.4
0.4～0.6
0.6
0.6
计划湿润层增深土层平均含水率（%）
65
表2-5-2春小麦生育期灌溉制度
灌水次数
1
2
3
4
5
合计
灌水日期（日/月）
23/4
11/5
23/5
3/6
22/6
灌水定额（m³/亩）
50
50
50
60
60
270
注播前秋冬灌，抢墒播种
第三章灌水方法
3．1灌灌水技术要素计算
基本资料
某灌区种植小麦，灌水定额m=50m³／亩，壤透水性中等。
由土壤渗吸试验资料得知：
第1小时内平均渗吸速度i0=150mm／h，α=0.5，地面坡度（畦田坡方向）为0.002。
要求
（1）计算灌水时间（h）；
（2）选择畦田长
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