第二章 作物需水量和灌溉用水量
? 第一节 作物需水量
? 1、农田水分消耗的主要途径
? A 植株蒸腾 (transpirarion)
? B 棵间蒸发 (evaporation)
? C深层渗漏
2、作物需水量
?A,旱田作物需水量,
植株蒸腾和棵间蒸发合称腾发量
(evapotranspiration),也称为作物需
水量 (Water requirement of crops )
?影响需水量的因素
? 田间耗水量, 腾发量与渗漏量之和,
? 水田深层渗漏的两重性
? A 浪费水量 肥料,污染地下水和提
高地下水位，对后期作物影响。
? B、改善土壤通气和氧化还原状况
?作物需水量在农业用水和国民
经济用水中的比例
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
3、作物需水量计算方法
?一、影响作物需水量的因素
?气象条件, 气温、大气湿度、风
速、日照时间、辐射强度
?作物条件：作物品种、叶面积
指数（单位土地面积上的叶片
面积〕、生育阶段
?土壤因素：土壤含水量、土壤质地、
地下水埋深等
?作物状况受到气象和土壤条件的限制。
如当土壤水分较少时，作物生长受到
抑制，叶面积指数较小，同时气孔开
度减小，蒸腾和蒸发量减少。
?充分灌溉条件下影响需水量的因素是
气象因素、叶面积指数和生育阶段。
二、计算方法
?<一 >直接计算法
从影响作物需水量的因
素中选择主要因素,如水面蒸
发、气温、湿度、日照和辐射
等,根据试验观测资料，分析
上述因素与作物需水量之间的
根系，归纳出 经验公式
1、以水面蒸发为参数 (α值 法 )
? 气象因素与水面蒸发量关系密切，
而水面蒸发与作物需水量有一定的
相关关系，因此可以用水面蒸发和
需水量的相关关系计算需水量 。
? ET＝ aE0＋ b
? ET=aE0
说明
? 蒸发量简单易得，在水稻地区曾被
广泛应用。
? 除注意蒸发皿的规格安装方法外，
还应考虑非气象条件的影响。如土
壤、水文地质、农业措施等
? 该方法具所获得的参数具有很强的
地域局限性
2、以产量为参数 (K值法 )
?原理,作物产量是综合措施之结
果。一定气象条件下，作物需
水量随着产量提高而增加。
?一般情况下，产量与需水量呈
抛物线或指数关系。需水量达
到一定水平后，产量会停止增
加甚至减少。
? 常用经验公式,
? ET=KY 或 ET=KYn+C
? ET－需水量；
? K,C,n－经验常数和经验指数；
? Y－单位面积经济产量 产量
K值法 说明
? 可以根据计划产量减少出需水量,简
单,但需要大量灌溉资料,
? 便于进行灌溉经济分析
? 使用条件：对于水分是产量主要制
约因素的旱田较为有效，而对水田
和灌水充分地区较差。
3、模系数法
?用于各生育阶段需水量
?原理：确定全生育期需水量，
根据各生育阶段的需水规律，
按照一定比例进行分配
?Eti=1/100× Ki× ET
?Eti － 第 I个生育阶段的需水量
?Ki为需水量模比系数,可由试验
资料确定,
?其他各项意义同前。
<二 > 间接法
? 通过参考作物需水量间接计算作物
实际需水量 ET0,乘以相应的作物
系数，得到作物实际需水量
? 参照作物需水量 (Reference crop
Evapotranspiration)是指土壤供水
充分、地面完全覆盖、生长正常、
高矮整齐的开阔矮草地的腾发量。
该条件下，需水量主要受气象条件
影响。
1、参考作物需水量计算方法
? 能量平衡法,
? 原理：作物腾发是能量消耗过程，通过平
衡计算求出腾发耗能，折算成水量，即为
作物需水量。
? 腾发耗能主要以热能形式进行，热能的主
要由太阳提供。
彭－曼公式
? 目前最主要的潜在需水量计算公式
? 需水量取决于辐射、气温和干燥力
? 利用常规气象资料计算作物潜在腾
发量
? 目前最新为 FAO1992年的改进公式。
教科书中为 1979年 FAO确定。
第二节 灌溉制度 (Irrigation Schedule)
? 基本概念,作
物播种前（水稻插秧）及全生育期内
灌水次数、灌水日期和灌水定额及其
灌溉定额 合成为灌溉制度
? 灌溉制度是灌区规划管理的依据，据
此确定灌区建筑物规模和控制面积。
?灌水定额：单位面积上一次灌
水量；
?灌溉定额：灌水定额之和。
–灌水定额河灌溉定额,mm或
m3/ha（ 亩不是法定单位，一般
不在正式文献中出现 )
一、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。
?<一 > 水稻灌溉制度,
? 1,泡田定额,
– M1＝ 0.667(h0＋ S1＋ e1t1－ P1)
– 式中, M1－ 泡田定额, m3/亩；
– h0－ 插秧时所需水深, mm；
– S1－ 泡田期渗漏量, mm；
– e1－ 泡田期水田平均蒸发强度, mm/d；
– t1― 泡田时间, d,
– P1－ 泡田期间的降雨量, mm。
? 1,泡田定额,– M
1＝ 0.667(h0-S1+e1t1-P1)
– 式中, M1－ 泡田定额, m3/亩；
– h0－ 插秧时所需水深, mm；
– S1－ 泡田期渗漏量, mm；
– e1－ 泡田期水田平均蒸发强度, mm/d；
– t1― 泡田时间, d,
– P1－ 泡田期间的降雨量, mm。
2,生育期水量平衡方程
? h1+P+m-WC-d=h2
– h1,h2－ 时段初、末水田水深；
– P－时段内降雨,mm；
– d－ 时段排水量,mm；
– m－ 时段灌水量,mm;
– WC－ 时段内耗水量 （蒸腾＋渗漏）, mm。
? 水稻适宜的水层深度范围,hmin~hmax
? 当水层深度降低到灌水下限时，开始灌溉，
灌水量为,
? m=hmax－ hmin
? 若雨后田内水深大于允许蓄水深度，排水量
? d=ha－ hp
? ha－雨后水深,hp－雨后允许蓄水深度。
3,水稻灌溉制定
? （ 1）收集基本资料，主要包括,
– 1)水稻各生育阶段的耗水强度 ;
– 2)各生育阶段降雨量 ;
– 3)各生育阶段适宜水深及 最大蓄水深度 。
?雨后最大蓄水深度：为充分利用降雨量而允
许短期水深。
? （ 2）逐日计算水层变化。低于下限时灌溉，高
于雨后最大蓄水深度时排水至该值。
– 灌水至适宜水深上限，灌水定额一般取整数。适宜
上下限并非绝对不可改变。
4,计算实例
? 6月 20日：初始水深 18mm，日需水量 5mm/d，
日渗漏量 3mm/d,适宜水深 10～ 30～ 50mm；
? 6月 22日降雨量 100mm，此后无降雨，确定下次
灌水日期及灌水定额。
? 排水 6月 22，灌溉 6月 28日。
日期 日耗水
量（ mm)
降雨量
(mm)
水层变化
（ mm)
灌水量
（ mm)
排水量
（ mm)
6.20 8 20
6.21 8 12
6.22 8 100 50(4) 54
6.23 8 42
6.24 8 34
6.25 8 26
6.26 8 18
6.27 8 12
6.28 8 4+20=24 20
5、说明
? 一般情况下灌水量为整数，便于计算。
? 水稻烤田期间水层可能出现负数。
–烤田的作用在于减少无效分蘖及水肥浪费。
–负数表示土壤含水量低于饱和含水率。
<二 >旱种物灌溉制度
? 原理：以作物主要根系吸水层作为灌水
计划湿润层，将该层内的土壤含水量保
持在作物所要求的范围内。
? 当计划湿润层 (平均 )土壤含水量低于设
计灌水下限时,需要灌水,高于上限时,一
般需要排水 (通常在渍涝危害情况下 ),
1,水量平衡方程
? 计划湿润层含水量变化可用下式表 示
Wt-W0=Wr+P0+K+M-ET
– W0, Wt－ 时段末和任意时间的土壤储水量；
Wr－由于计划湿润层增加而增加的水量；
– K－地下水补给水量；
– M－灌水量；
– ET－作物需水量
– P0－保存在计划湿润层中的有效雨量。
A,无降雨条件下土壤 水分平衡方程
? Wmin=W0－ ET＋ K
– Wmin-土壤计划湿润层允许最小储水量 ;
? 若已知初始土壤储水量 W0,可推算出下次灌水间距,
t=(W0-Wmin+K)/e
或 t=(W0-Wmin)/(e-k)
– k-地下水日补给量,
B,灌水定额计算
? 1) m=667nh(θmax-θmin)
– m-灌水定额,m3/亩；
–Θmax,θmin－允许最大和最小 土壤含水率 (占土壤
孔隙体积的百分数 );
– n-土壤孔隙率；
– H-计划湿润层深度, m
? 2) m=10000nh(θmax-θmin)或
– m－灌水定额,m3/ha
–θmax,θmin允许含水量上下限 (占土壤孔隙体
积的百分数 );
– n-土壤孔隙率 ; γ-土壤干容重,t/m3
– H-计划湿润层深度,m
– m3/ha 是标准单位,用于正式文件中,
2、基本资料收集
? 1) 土壤计划湿润层深度
? 指旱田灌溉时，计划调节土壤水分
状况的土层深度。
–与作物种类、生育阶段和土壤性质、
地下水位有关 。
2〕土壤适宜含水率和最大、最小含水率
? 与作物种类、土壤理化性质和土壤状况有关。
– 旱田灌溉中通常以田间持水量为最大含水率，作为
灌水上限。
– 盐碱地含水率应满足盐类溶液浓度要求的最小含水
率。
– 以允许含水率上下限控制，可以减少灌溉次数。
3〕降雨入渗量
? 储存于计划湿润层内的雨量。
P０ ＝ αΡ
α－降雨入渗系数,
?α与次降雨量、地形及土壤质地和覆盖有关。
?超过计划湿润层田间持水量的降雨是无效水量。
4〕 地下水补给量
? 通过毛管上升到作物根系层而被作
物吸收的水量。
–K与地下水埋深、土壤质地、作物根
系分布、计划湿润层深度有关。
–可用占需水量的百分数表示。
5〕 由于计划湿润层增加而增加的水量 W
T
? 由于根系下扎，计划湿润层加大，可利用
深层土壤水分
? WT＝ 667(H2-H1)nθ 单位,m3/亩
? WT＝ 1000(H2-H1)nθ 单位,m3/ha
? θ -增加土层中的平均含水率
3、旱作物播前灌水定额
? M1＝ 667 (θmax-θ0) × H× n 单位,m3/亩
? M1＝ 10000 (θmax-θ0) × H× n 单位,m3/ha
? H-计划湿润层厚度,m；
? n-土壤孔隙率 (占土壤体积的百分数 )
? Θ0－初始含水率。
4、灌溉制度制定步骤（略）
? 1) 根据各旬的计划湿润层厚度和作物要求
的含水率上限、下限，计算出允许储水量
上下限，绘于图中。
? Wmax=667× nh× θmax
? Wmin=667× nh× θmin
?2〕 绘制作物需水量累积曲线 ET,计划湿润
层增加而增加的水量累积量 WT,地下水累积
补给量 K以及净耗水量曲线 ET－ WT－ K
–需水量 累积 曲线的斜率为日需水量，其他类推。
（例）
? 3)根据降雨量计算次入渗水量 P0，绘制累积曲
线。
–多日降雨可在降雨中间日 （或最大降雨日） 一次
增加 。
? 4)自初始值 W0逐旬减去 ET-WT-K，即从起始点引平行线平行于 ET-W
T-
K线, 遇到降雨时加上 P0即得计划
湿润层实际储水量 W曲线,
? 5)若 W曲线接近于 Wmin,即土壤含水
率达到下限，开始灌水。灌水量为
储水上下限之差,
? 6)如此往复计算，可得到灌水次数
和灌溉定额,
说明
? 灌溉除考虑水量盈亏外，还应该考虑
作物本身的生理要求，并与农业措施
相结合,
–如灌水量过小，可能无法依靠地面灌溉
技术实施,
–对于微灌技术，其灌水上限可能低于田
间持水量,
二、非充分灌溉条件下的灌溉制度
? <一 >水分生产函数
? crop water production function(CWPF)
? 作物产量与作物需水量之间的数量关系
? 常用公式,Ya=Ym[a+bW-cW2]
（二） 作物一水模型
（ Model of Crop Response to
Water 简称 MCRW）
? 定义,作物生长过程中各阶段水分状
况对产量影响的数学描述, 用以预
测水分亏缺对产量的定量影响 。
Ya—亏水处理作物实际产量；
Ym—最大可能产量；
ETai—第 i个生育阶段的作物实际需水
量；
ETmi—最佳水分条件下第 i个生育阶段
作物的最大可能需水量；
λi—第 i个生育阶段的水分敏感指数。
iλ)mi/ E Tai( E T
n
1i
Y a / Y m
?
??
<三 >非充分灌溉原理
?非充分灌溉 (Deficit Irrigation)
–灌溉水资源不足，无法满足各生育阶段需
水量要求而采取的灌溉制度 。
–需水量 ET亏缺的灌溉 （ Evapotranspirstion
deficit irrigation EDI),即 ETa<ETm
ETa,ETm－ 实际腾发量和 潜在腾发量
非充分灌溉原理
? 在水源短缺地区，减少用水量及其
相应生产费用 (劳动力和燃料等 )，
单位面积产量可能降低，但是由于
费用降低，或者有限水量可以灌溉
更多土地，使得总效益最高。
非充分灌溉制度
? 原理,减少非关键期的灌水，保证关键
期用水,
–主要通过作物 -水模型的缺水敏感指数合
理分配有限水量,或者采用其他优化方法
在有限水量下获得最大收益,
?多用控制下限含水量的方法。
–常用非充分灌溉理论
?调亏灌溉、控制性分根交替灌溉、水稻旱
种技术等
第三节 灌溉用水量
?定义：灌溉土地需从水源所取水量
–影响灌用水量的因素：灌溉面积、作物
种植比例、土壤、水文和气象等
–灌溉用水量影响灌溉工程规模
一、设计典型年选择
?概念：年灌溉用水量与降雨量有关，
在规划灌溉工程时，需要选择特定的
水文年份作为规划和设计依据。该特
定水文年份称为设计典型年。
?设计典型年的灌溉用水量称为设计灌
溉用水量。
设计典型年选择的依据
? 确定灌溉设计保证率,
–某灌溉工程在长期使用工程中灌溉用水得
到保证的年数占总年数的百分数。
– P＝ 50％（平水年）,75％中等干旱年。
? 频率计算,
–列出历年的降雨量资料（年降雨量或灌
溉季节降雨量、灌溉用水量），进行频
率分析，确定不同干旱程度的典型年份。
根据设计标准（如设计灌溉保证率），
选择合适的典型年。
?例如，灌溉设计保证率为 75％，
则选择降雨（或用水量）频率为
75％的年份作为设计典型年。
?相同或相近降雨量的年份可能有
多个，这时应选择降雨分配对作
物生长不利的年份作为设计典型
年 。
二,典型年灌溉用水量及用水工程线
? 净灌溉用水量：某作物一次灌水灌到田间
的水量,
– W＝ m× A A－ 作物面积,m-灌水定额
–可得到某种作物和灌区总的用水过程线
毛灌水量和毛用水过程线
? 水量损失及其原因
? 灌溉水利用系数：净灌溉用水量于毛
灌溉用水量之比
?η水 =W净 /W毛
? 将净用水量换成毛用水量即得到毛用
水过程线。
–该过程线是确定灌溉工程规模的依据
综合灌水定额
? 某时段的综合灌水定额是全灌区该时
段内各种作物灌水定额的加权平均数。
m综合 =m1α1+m2α2+m3α3+….,
–式中 α1,α2－ 不同作物种植面积与全灌
区面积的比值。 m1,m2为不同作物的
灌水定额
时段用水量灌溉定额
?W总 ＝ A× m综合，净
–计算毛灌水定额的意义
–或者直接利用各作物的用水量之
和计算。
?
?
??
n
i
ii AmW
1
三、多年灌溉用水量和灌溉用水频率曲线
? 计算方法：配线法 PIII型曲线。
? 步骤,
? 1、收集多年降雨资料和作物资料
? 2、计算每年的灌溉用水量
? 3、进行灌溉用水量频率计算
? 4、选择设计频率的灌溉用水量
四、乡镇供水
? 新建灌区必须考虑乡镇供水问题
–老灌区可采用扩大供水能力和压缩农业
用水的方法实现。
? 乡镇供水量指标根据当地实际情况确
定
第四节 灌水率（灌水模数）
? 概念, 灌区单位面积 (国内通常以万亩计算 )
所需要的净流量,
? 某种作物一次灌水需要的净流量
?
t
m
q
64.8
1??
净
（一）影响灌水率的因素
? 1 灌水延续时间
–作物关键需水期延续时间不宜过长,其他
时段可以适当延长,
? 2 灌水定额
–可以考虑节水灌溉
? 3 作物种植比例
–水量不足时可考虑改变种植比例
（二）灌水率修正
? 1.修正的原因,
–渠道流量大小悬殊，供水断断续续，
不利于设计和运行管理。
?水位频繁升降可能造成坍塌、冻胀危害；
?造成闸门的频繁开闭，不利于管理。
?水位衔接困难。
? 2.修正的原则
A：尽量不改变主要作物关键用水期的各
次灌水时间；
?若必须调整，以前移为主，前后不超过三天；
B：调整后灌水率均匀连续，最小灌水率
不小于最大灌水率的 40％。
?灌水率过小（大）时可以缩短（延长）灌
水时间进行调整。
