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节水灌溉理论与技术教案

节水灌溉理论与技术

教案

.

主讲教师：

刘增进

2004年10月

第一讲

自我介绍

引言：

我国古代灌溉史

现代灌溉事业

节水灌溉发展动因

第一章节水灌溉概论

第一节节水灌溉的内涵及研究内容

一、节水灌溉的内涵

1、定义

2、内涵

3、表述

二、节水灌溉的环节三个环节

第二讲

第二节节水灌溉的主要措施

一、水资源合理开发利用技术措施（开源节流，以供定需）

1、多种水资源联合运用技术

2、雨水汇集利用技术

3、地下水利用技术

4、劣质水资源化

5、水资源优化配置技术

二、节水灌溉的工程技术措施

1、渠道防渗技术

2、低压管道输水技术

3、喷灌技术

4、微灌技术

5、覆膜灌溉技术

6、地下灌溉技术

7、坐水种（点灌）

8、沟畦灌溉改造技术

9、调亏灌溉

10、非充灌溉

11、交替灌溉

12、精细灌溉

三、农艺节水措施

1、耕作保墒技术

2、覆盖保墒技术

3、水肥耦合技术

4、节水作物品种筛选技术

5、化控节水

6、调整农业结构

第三讲

四、节水管理措施

1、节水灌溉制度设计

2、土壤墒情监测与灌溉预报技术

3、灌区配水技术

4、灌区量水技术

5、现代化灌溉管理技术

6、农业水价问题

五水稻节水灌溉技术

1、水稻旱育技术

2、水稻控制灌溉

第三节发展节水灌溉的意义

一、全球水资源概况

二、我国水资源概况

1、来水量

2、需水量

3、可供水量

4、节水灌溉潜力

5、水资源分区

（1）多水区

（2）湿润区

（3）半湿润区

（4）半干旱区

（5）干旱区

第四讲

第三节发展节水灌溉的意义

三、国情

1、人口总数密度

2、GDP

3、经济结构二元结构

4、800美元的概念

四、农业现状

1、农业生产率低下

2、农业结构不合理

3、农业产品技术含量低

4、农业组织单一

5、出口产品多为初级产品

6、产品成本高

7、农业基础设施薄弱

8、农业投资少

五、WTO对农业的冲击

1、世界粮价

2、我们的承诺

3、对策（有利）greenboxyellowbox

六、粮食安全

1、质量2、数量3、平时应对粮荒4、战时5、对策（储备、发展）6、结论

第四节我国节水灌溉的新进展

一、节水灌溉发展历程3个阶段

二、目标

三、新进展

四、现代农业

附录学习与考试

1、学习方法认真听讲，作好笔记。

2、学习目的传授节水知识，表达一种节水意识或者是素质。

3、考试平时10%，作业10%，期末考试80%。

第五讲

第五章作物水分生理学基础

概念生命活动（物质代谢，能量转换、信息传递）

作物（广义、狭义）

人工/自然选择

第一节植物对水分的需求

一、植物细胞

1、结构

2、细胞分裂

3、植物的组织和器官

二、植物体内的含水量

三、植物体内水分存在状态

四、水分在生态活动中的主要作用

第二节植物细胞对水分的吸收

概念吸涨作用，渗透吸水

一、细胞的渗透吸水

1、自由能和水势

2、渗透作用

3、渗透系统1）质壁分离；2）质壁分离复原

4、细胞的水势=渗透势+压力势+补质势

5、细胞间水分移动

第六讲

第二节植物细胞对水分的吸收

二、细胞的吸涨作用

三、水分进入细胞的途径

单个水分子膜脂双分子层的空隙

bulkflowwaterchannel

思考题

专业术语

第三节根系对水分的吸收

一、根的形态和结构

（一）根的形态

1、主根、侧根、不定根

2、根系直根系、须根系

3、根的分布范围、深度

4、根的特性

（二）根的结构

1、根尖1）根冠2）分生区3）伸长区4）成熟区

2、成熟区及其上部结构

二、根系吸水的途径

1、apoplastpathway

2、transmemberpathway

3、symplastpathway

三、根系吸水的动力根压蒸腾拉力

（一）根压

1、现象1）伤流bleading2）吐水guting

2、机理渗透理论、代谢理论

（二）蒸腾拉力

四、影响根系吸水的土壤条件

1、土壤水分的有效性（p51）

2、土壤通气状况

3、土壤温度

4、土壤溶液

1）思考题2）专业术语

第七讲

第四节蒸腾作用transpiration

1）以液体状态2）以气体状态evaporation蒸发

蒸腾作用蒸发过程植物结构气孔行为

一、蒸腾作用的生理意义和发生部位

（一）蒸腾作用的生理意义

1、蒸腾作用是植物吸水和运输的主要动力。

2、蒸腾作用对吸收运输矿物质和有机质有帮助。

3、蒸腾作用能降低叶片温度。

（二）蒸腾发生的部位

Leticulattranspiration0.1%leaves99.9%

（三）蒸腾作用的方式

1、叶片蒸腾作用的方式禾本

木本集中在上表皮

1）Cuticular5%-10%2）Stomatal90-95%

2、叶片上的气孔分布50-100/mm2，1%叶面积，50%的水面蒸发。

二、气孔蒸腾

气孔

水分、CO2O2入口交换的大门。

（一）气孔运动

1）双子叶植物2）单子叶植物

肾形保卫细胞哑铃形保卫细胞

（二）气孔运动的机理（学说）

1）starch—sugerconversion2）无机离子吸收学说3）苹果酸生成学说

（三）影响气孔运动的因素

1）光照喜阳、耐阴、长日照、短日照

2）湿度30°最大35℃以上变小10°以下张开不很好

3）CO2低浓度高浓度（现在280

L/L）

玉米310—575蒸腾作用↓23%，光合↑30%

思考题专业术语

第八讲

第4节蒸腾作用

三、气孔蒸腾中水汽扩散的过程及模型

（一）扩散过程

P20T1-q气孔蒸腾中水汽扩散的途径

（二）扩散模型

蒸腾速度=

四、影响蒸腾作用条件

1、湿度2、温度3、光照4、风5、土壤条件

五、蒸腾的表示法

1、蒸腾速度单位时间内、单位叶面积蒸水量g·dm-2·h-1。

2、蒸腾比率每1000g水所或干物质质量（g）。

3、蒸腾系数（需水量），制造1g干物质所需水分。

思考题专业术语

第五节植物体内的水分运输

一、水分运输的途径

SPAC的理论基础

1、经过死细胞导管和管胞。

2、经过活细胞气孔下腔附近的叶肉、根尖。

3、导管和管胞的形成的生物意义。

二、水分运输的速度

活细胞0.1MPa条件下0.01mm-0.24mm/d。

导管3-45m/h管胞0.6m/h（针叶裸子）。

三、水分沿导管或管胞上升的动力

目前1）下部根压2）上部蒸腾拉力3）各职作用

四、水分沿导管或管胞上升的机理

蒸腾内聚力张力学说爱尔兰H·H·Dison

第六节土壤植物大气水分传输系统

1、SPAC

soilplantatmospherecontinuum

2、途径

3、水势大小顺序

4、提出时间

第七节作物对水分的适应（从生态宏观看）

一、大田作物的水旱适应性

1、喜水耐涝型2、喜湿润型3、中间水分型

4、耐旱怕涝型5、耐旱耐涝型

二、树木的水分适应性

1、旱生型2、中旱生型3、中生型4、中湿生型5、湿生型

（二）我国森林分布类型

1、寒温带针叶林带6℃等温线以下500-700mm。

2、温带落叶阔叶林带6-13℃500-700mm。

3、亚热带常绿阔叶林带13-20℃1000-1500mm。

4、热带季雨林20℃1000-2000mm。

三、草类的水分适应

1、耐湿类型

2、耐旱类型

四、树改善作物生态环境的作用

LiP17

以水调气，以水调温，以水调肥改善农田小气候，提高耕作质量和效率其他要求。

第九讲

第八节植物抗性生理（胁迫生理）

逆境（胁迫）抗性生理

一、抗性生理通论

1、逆境或胁迫对植物的伤害

2、逆境或胁迫对植物的锻炼

3、植物对逆境的适应（adaptation）避逆性、耐逆性

（1）植物形态上；

（2）休眠；（3）生理上生物膜、胁迫蛋白、脱落酸

二、植物抗性分类：

1）抗冻、抗冷2）抗热性3）抗旱性4）抗盐性5）抗涝6）抗病性等

345直接与水有关，叫水分胁迫或水分亏缺（Waterdeficit）

三、干旱生理

1、干旱

（1）定义

（2）分类

2、干旱对作物的影响

3、作物对干旱适应的形态特征

4、提高抗旱能力的措施

四、水分胁迫的基本概念

五、水分胁迫对作物生理机制的影响

思考题专业术语

第三章作物水分生产函数

第一节作物水分生产函数的基本概念

1、定义2、作物生活的基本要求

二、作物水分生产函数

1、定义2、作物水分生产函数的特征

第二节作物水分生产函数的数学模型

一、静态模型

1、全生育阶段水分生产函数的数学模型。

2、生育阶段水分生产函数的数字模型。

（1）乘法模型

（2）加法模型

二、动态模型

1、机理型动态模型2、经验型模型

思考题专业术语

第十讲

第四章喷灌

第一节喷灌及其特点

一、喷灌的定义：

二、喷灌的优缺点

一）优点：

1、节水

（1）喷洒质量高；

（2）水利用系数高；（3）水分生产率高

2、省工

（1）机械化作业

（2）减少田间劳动量（3）综合利用

3、省地4、保土

5、适应性强

（1）各种作物；

（2）各个地方与场所；（3）适应于各种土壤和地形；

6、增加产量

（1）定额灌溉

（2）保土（3）调节田间小气候

7、机械化程度高

二）缺点

1、投资高

（1）机械设备

（2）管道（3）土建

2、风影响大

3、能耗大

三、喷灌发展展望

四、喷灌的其它用途

1、防霜冻2、施肥3、灭火4、防治病虫害5、城市园林6、水果工程

第二节喷灌系统组成及分类

一、喷灌设备

1、喷洒设备2、增压设备3、输水设备4、行走设备5、量测设备6、控制设备

二、喷灌系统组成

1、定义：

水源、喷灌设备、田间工程

2、组成水源、输水系统、喷灌设备

（1）水源水源种类、对水源的要求

（2）水泵

（3）动力

（4）田间工程

（5）管道工程

（6）喷灌机

三、喷灌机

思考题专业术语

第十一讲

第三节喷灌的主要技术要素

一、喷灌强度

（一）定义：

mm/h

（二）喷灌强度的表示方法

1、点喷灌强度

2、平均喷灌强度

△t一段时间

1）点平均喷灌强度

2）单喷头点平均喷灌强度

（1）计算值

（2）实验值a计算值

b加权值

3、组合喷灌强度

1）平均喷灌强度

2）风系数Kw

3）布置系数Cp

4、允许喷灌强度

1）定义2）要求3）修正值

二、喷灌均匀度

1、定义

影响因素：

布置方式、组合间距、喷头水力性能、地面平整度、风。

2、喷灌均匀度的表示法

1）喷灌均匀系数

要求：

固定喷灌系统0.75行走喷灌系统0.85

2）水量分布图

3、喷灌均匀度的实验与计算

1）单喷头水量分布图实验

2）多支管多喷头全园喷洒a、实验b、迭加计算

三、水滴打击强度

1、定义

2、表示方法

1）水滴直径mm要求1-3，测量

（1）面粉

（2）滤纸（3）高速摄影片

2）雾化指标（H/d值）

定义：

要求蔬菜4000-5000

大田作物3000-4000

果树牧草2000-3000

第四节喷头

一、喷头的分类

1、按压力分类：

低压喷头、中压喷头、高压喷头

2、按喷洒特征分类：

散水式与射流式

1）散水式特点①结构简单②雨滴细小③工作压力低散水式喷头按结构可分为①折射式②缝隙式③离心式

2）射流式

射流式喷头由：

①喷嘴②喷管③喷体④空心轴套⑤驱动机构

射流式喷头按驱动机构形式不同分为：

1摇臂式喷头②叶轮式喷头③垂直摇臂式喷头④全射流式喷头

第十二讲

二、喷头的基本参数和性能

1、喷头的基本参数

（1）进口直径D10、15、20、30、40、50、60、80、100

（2）喷嘴直径d主喷咀

（3）压力①喷头工作压力HP②喷嘴压力H

（4）喷水量qq=3600

A/m2，H/m水柱

（5）喷头水力性能参数

2、喷头水力性能参数

HPqR

3、喷头型号PY1系列、PY2系列、PYS系列

思考题专业术语

第五节喷灌泵

一、我国目前喷灌泵的种类

1、离心泵

2、自吸离心泵

3、离心泵加自吸装置

4、各种井泵

二、喷灌泵系列

11个产品

新昌金龙喷灌泵业公司

第六节喷灌机

1、定义：

2、分类①按行走特征分为：

定位喷洒式（定喷机），行走喷洒式（行喷机）；

②按移动方式可分为：

人工移动、机械移动式、自动行走式；

第七节喷灌管材及附件

一、喷灌管材

铸铁管、钢管、塑料管、铝管、混凝土管

1、铸铁管①分类：

承插管、法兰管、高压管、普压管、低压管

②安装：

法兰、承插管、刚性连接、柔性连接

③要求：

工作压力

2、钢管①分类水煤气钢管、热轧无缝钢管、冷轧无缝钢管、电焊钢管

②安装法兰、螺纹、焊接

③要求工作压力

3、塑料管1）硬管①分类聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管

②安装焊接、软化粘结或连接

③要求工作压力

2）软管①规格型号规格有：

1、2、

、3英寸四种。

分类：

软管和半软管。

软管有：

麻布水龙带、锦沦塑料、维塑软管

半软管有：

胶管、高压聚乙烯管

②安装：

快速接头、承插

4、铝管

5、混凝土管

二、管道附件

1、控制件1）阀门（闸阀、截止阀、球阀）2）排气阀3）泄水阀

2、连接件（也称管件）三通、四通、弯头、堵头。

三、管道辅助件

1、支墩

2、镇墩

3、仪表、压力表、流量计、水表及电工仪表等。

四、快速接头给水栓

思考题

第十三讲

第八节喷灌系统的规划设计

喷灌系统设计类型

一、喷灌工程规划设计的原则和内容

（一）原则

1、管道分级两级干支，三级干、分干支、四级、总干、分干、干、支。

2、管道布置原则

（二）喷灌工程规划设计的程序

1、项目建议书：

依据国家政策，地方实际情况提出立项建议。

2、项目可行性报告：

勘测、收集资料、确定喷灌工程类型和规模，进行喷灌工程初步规划设计，投资估算。

3、项目技术设计：

工程设计、施工设计（详细），工程度计划、工程概预算。

4、项目验收

（三）主要设计成果

1、喷灌工程规划设计说明书

2、喷灌工程规划设计图纸

（四）喷灌工程规划设计依据（标准）

1、国家标准《喷灌工程工程技术规范》GBJ85-85

2、《喷灌工程设计手册》水电出版社

二、喷灌工程规划的基本资料

（一）地形资料地形图

（二）土壤资料

1、土壤质地砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、粘土等。

2、土壤容量

3、田间持水率

4、土壤入渗能力

5、土壤化学性质

6、土壤最大冻土层

（三）气象资料（长系列和典型年）

降雨量、蒸发量、气量、温度、日照、无霜期

风向：

一般分8个方位

风力：

风力等级和风速

（四）水源条件（同灌排设计）

（五）农作物

作物种类、面积、种植方式、作用布局、复种指数、作物需水资料

（六）农业经济概况

1、农业发展规划

2、水利区划

3、农业经济情况

4、交通条件

5、行政区划

6、动力设备情况

三、喷灌工程类型选择

1、管道式喷灌工程

2、自压喷灌工程

四、喷灌制度确定

喷灌制度包括：

灌溉定额、灌水定额、灌水次数、灌水周期等。

（一）设计灌水定额

m=0.1

H（

max-

min）/

（二）设计灌水周期T=

（三）喷灌制度确定方法

1、水量平衡法1）播前灌

2）生育期内

3）全生育期

2、彭曼公式

1）参照作物需水量计算ET0

2）实际需水量计算ET=Kc（ET0）

五、喷灌工作制度

定义：

1、喷头在一个位置（工作点）的喷灌时间

t=

2、同时工作的喷头数和支管数

Nt=

Nz=

3、轮灌方案

1）轮灌组划分要点：

2）支管轮灌方式

六、喷灌工程组合间距的确定

（一）喷头选择

1、喷灌方式全园喷洒、扇形喷洒

2、喷头的选择1）工作压力2）喷头型号3）喷咀直径4）射程5）喷水量

3、计算和校核

（二）喷头的组合形式

1、支管布置方向

（1）受风影响时

（2）山丘区坡耕地

2、喷头的组合形式

1）定义

2）表示法

3）喷头组合形式长方形、正方形、三角形（正三角形和等腰三角形）。

第十四讲

六、喷灌工程组合间距确定

（三）确定喷头的组合间距

1、定系数法

a=CR设b=CR设R设=KR

2、变系数法

a=KaRb=KbR

3、验算设计喷灌强度和组合均匀度是否满足要求。

七、喷灌管道水力计算

（一）管道选择

1、分级最末一级管道为支管，支管上安装喷头。

2、管网布置：

树状网、环状网、混合网。

3、管材选择

（二）喷灌支管设计

1、竖管设计1）管径2）高度H竖=H作+△h

2、支管设计

hw+△z≤0.2Hp

（三）输水管道优化设计

1、经验公式法

2、经济流速法

3、非线性规划法

4、微分法

（四）管道水力计算

1、沿程水头损失计算

hf=f

2、局部水头损失

3、水击验算

1）直接水击

△h=

2）直接水击

Ts≥40

时为间接水击

（五）管道系统结构设计

参照民用建筑供排水管道设计标准进行，提供管道安装图。

八、水泵与动力选型

1、设计杨程H=HP+

hfi+

hji+△

2、设计流量Q=Nt·q

思考题

第五章微灌工程

第一节微灌

一、微灌（定义）

二、微灌的特点

1、局部灌溉

2、灌水量小

3、灌水质量高

4、工作压力低，节能

5、适应性强

6、综合利用

三、微灌分类

（一）按灌水器出流方式分类

1、滴灌

2、地下滴灌

3、微喷灌

4、涌泉灌

（二）按管道固定程度分类，以滴灌为例

1、固定式1000-20002500-3500

2、半固定式700-1000

3、移动式500-700

四、微灌组成

1、水源工程

2、道部枢纽

3、输配水管网

4、灌水器

第二节微灌设备

微灌设备有：

灌水器、管道及连接件、过滤器、施肥罐、控制、测量和保护设备。

一、灌水器

滴头、微喷头、涌水器和滴灌带

1、滴头P234

1）按与毛管连接方式分：

管间式、管上式

2）按灌水器出水方式：

滴水式、涌泉式、渗水式、间歇式

3）按灌水器消能方式：

长流道式、孔口消能式、涡流消能式、压力补偿式。

2、滴灌带内镶式、薄壁式

3、微喷头

1）折射式微喷头

2）射流旋转式微喷头

二、微灌管道与连接件

1、管道多用塑料管材

2、连接件

1）外接式管件北京绿源公司2）内接式管件山东莱芜塑料制品总厂

第十五讲

三、微灌用过滤设备

初级过滤水泵站进水池前设拦污栅，沉淀池设施。

主要过滤器有：

1、旋转式水砂分离过滤器，又称离心式过滤器。

1）用途含沙水流的初级过滤2）原理离心力

2、砂石过滤器，又称介质过滤器

用途库水、塘坝、沟渠等敞开水面水源有机物或泥沙。

3、筛网式过滤器

用途水质较好的水源。

4、混合式过滤器

四、压差式施肥罐

用途向微灌系统注入化肥、农药等。

五、控制、量测与保护装置

1、进排气阀

2、流量调节器

3、压力调节器

4、压力表

5、水表

思考题

第三节微灌工程规划设计

一、微灌工程规划设计的类型

1、微喷灌工程规划的类型

2、滴灌工程规划设计

二、微灌工程规划设计的主要内容

（一）微灌工程的布置1/500—1/2000

1、首部枢纽位置确定

2、毛管和灌水器的布置

（1）滴灌时毛管和灌水器的布置

1）单行毛管直线布置

2）单行毛管带、环状布置

3）双行毛管平行布置

（2）微喷灌时毛管和灌水器的布置

平行作物种植方式，一行或多行布置一条毛管

三、干支管布置

1、平原区干管平行于作物种植方向，支管垂直于作物种植方向。

2、山丘区干管平行于等高线，支管垂于等高线。

（二）微灌灌溉制度设计

1、灌水定额m=0.1rzp（Qmax-Qmin）

2、设计灌水周期T=

3、一次灌水延续时间

（三）微灌系统工作制的确定

1、续灌

2、轮灌

（四）微灌工程流量确定

1、毛管进口流量Qm=Nm·q

2、支管进口流量Qz=Nz·q

3、干管流量Q干=

Q支i

（五）微灌工程水力计算

1、微灌管道水头损失

（1）

（2）局部水头损失

2、灌水小区内允许水头偏差率

灌水小区内要求灌水均匀

（1）灌水器流量偏差率不应大于20%。

≤

（2）灌水小区内允许水头偏差率。

[△h]≤[hv]hd

[hv]=

（六）首部枢纽设计

1、过滤器△hz=△h0+△hmax

2、选择施肥罐

（七）管道工程结构设计

（八）水泵与动力选型

设计扬程H设=△h1+△h2+zp-zb+h0+

设计流量Q设=

Q支i

（九）工程概预算

设备、土建和其它三部分编制

（十）工程施工计划

思考题

作业题

1、我国节水灌溉理论与技术的发展概况及展望？

1103

2、发展节水灌溉的意义？

（可结合实地情况）

3、水分生理学的研究内容及发展概况。

1117

4、水分生产函数的研究内容？

1124

5、喷灌工程规划设计的主要内容？

1210

6、微灌工程规划设计的主要内容？

1215