节水灌溉理论与技术教案.docx

1、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

2、、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

3、 (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) green box yellow box 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

4、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

5、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 bulk flow water channel 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、apopla

6、st pathway 2、transmember pathway 3、symplast pathway 三、根系吸水的动力 根压 蒸腾拉力 (一)根压 1、现象 1)伤流bleading 2)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、

7、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 Leticulat transpiration 0.1% leaves 99.9% (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)Stomatal 90-95% 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、CO2 O2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)

8、1)starchsuger conversion 2)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280L/L) 玉米310575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 P20 T1-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

9、gdm-2h-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HHDi

10、son 第六节 土壤 植物 大气水分传输系统 1、SPACsoil plant atmosphere continuum 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

11、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

12、缺(Water deficit) 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

13、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

14、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

15、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40

16、00-5000 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 特点结构简单雨滴细小工作压力低 散水式喷头按结构可分为折射式缝隙式离心式 2)射流式 射流式喷头由：喷嘴喷管喷体空心轴套驱动机构 射流式喷头按驱动机构形式不同分为：1 摇臂式喷头叶轮式喷头垂直摇臂式喷头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D 10、15、20、30、40、50、60、80、100 (2)喷嘴直径d 主喷咀 (3)压力 喷头工作压力HP 喷嘴

17、压力H (4)喷水量q q=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 HP q R 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、分类按行走特征分为：定位喷洒式(定喷机)，行走喷洒式(行喷机)； 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、铸铁管分类：承插管、法兰

18、管、高压管、普压管、低压管 安装：法兰、承插管、刚性连接、柔性连接 要求：工作压力 2、钢管分类 水煤气钢管、热轧无缝钢管、冷轧无缝钢管、电焊钢管 安装 法兰、螺纹、焊接 要求 工作压力 3、塑料管 1)硬管分类 聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管 安装 焊接、软化粘结或连接 要求 工作压力 2)软管 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 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

19、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

20、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 (

21、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=0.1H(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=

22、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=KaR b=KbR 3、验算设计喷灌强度和组合均匀度是否

23、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+z0.2Hp (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Ts40 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+h

24、fi+hji+ 2、设计流量 Q=Ntq 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 1000-2000 2500-3500 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

25、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

26、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 1/5001/2000 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

27、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=Nmq 2、支管进口流量 Qz=Nzq 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)

28、(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。hhvhdhv= (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