农田水利——灌溉需水量预测
农田水力学1 灌溉用水量
，有利于根系发育
7
吸着水
Pore Space
Water on soil particle surface
8
毛管水与重力水
毛管水
重力水
9
土壤水
2 土壤水分的有效性
无效水：低于土壤吸着水（最大分子持水率）的 水分。作物不能吸收利用。 过剩水：重力水，在重力作用下向下流失。 有效水：重力水和无效水之间的毛管水。
21
一、农田水分消耗的途径
植株蒸腾（ transpiration）
作物根系从土壤中吸入体内的水分，通过叶面的气孔 扩散到大气中去的现象。占根系吸入水分的99%以上。
株间蒸发（棵间蒸发）（evaporation）
植株间土壤或田面的水分蒸发。
☆蒸腾与蒸发合称腾发（evapotranspiration），通常 也称为作物需水量(Water requirement of crops )
—— 需水系数或称蒸发系数。
a，b——经验常数。
•特点
–仅需水面蒸发量，易于获得
–常用于水稻地区
31
三、作物需水量的计算
“K ”值法（以产量为基础，也称产量法） 基本公式：ＥT＝KY 或 ＥT＝KYn＋c 式中:ＥT——作物全生育期内的总需水量，m3/亩
Ｙ——作物单位面积产量，kg/亩; Ｋ——以产量为指标的需水系数，ｍ3/kg；
水稻地区 适宜的淹没水层；适宜的渗漏强度；地下水位维
持适宜的深度。
17
三、不良农田水分状况
１.不良土壤水分状况及其原因 （１）土壤水分过多
原因：降雨、洪涝灾害、渍害、不合理灌溉 （２）农田水分不足
原因: 降雨不足(主要原因)； 降雨径流损失(水土保持较差)； 土壤保水性能差(有机质少) 过度蒸发(气象、地下水、土壤结构等
农田水利灌区渠系工程项目区水资源供需平衡分析及水质分析
农田水利灌区渠系工程项目区水资源供需平衡分析及水质分析1.1水资源状况及开发利用条件1.1.1灌溉水源项目区属于中型水库荷木水库西干渠控灌区范围，灌溉水源为荷木水库。
水库坝址以上集雨面积2170km2,水库总库容2238万∏Λ兴利库容1084万nA水库为多年调节水库，水库设计灌溉面积2.67万亩，有效灌溉面积2.30万亩，历年最大实灌面积2.34万亩（1980）,由于现状田间渠系损坏严重，导致近年来实灌面积锐减，现状灌溉面积仅0.8万亩。
荷木水库西干渠设计流量2.26m3∕s,总长22km,项目区属于西干渠上游段,西干渠现状已经全段硬化，可供项目区流量190m3∕s,年可供项目区水量2484万m3o112项目区需水量分析灌溉需水量主要根据项目区灌溉耕地面积、作物种植结构、灌溉制度、灌溉工程规模以及发展预测，并结合节水灌溉技术推广等，计算项目区农作物的需水量。
本项目区主要为耕地，需水量分析不再考虑工业用水及人畜饮用水。
1.1.2.1灌溉设计标准项目区属于中型灌区，主要种植早稻、晚稻，冬季种植蔬菜，规划采用明渠输水灌溉，原荷木水库设计灌溉保证率取90%,因此，项目区灌溉保证率取90%。
1.1.2.2灌溉面积及作物组成项目区现状灌溉面积0∙8万亩，主要种植双季稻，少量冬种蔬菜，双季稻种植面积0∙8万亩，冬种蔬菜面积约0.15万亩。
项目实施后，改善灌溉面积0.2万亩，恢复灌溉面积1.4万亩，新增灌溉面积0.35万亩，合计总灌溉面积1.95万亩，其中1.95万亩种植双季水稻，0.6万亩冬季种植蔬菜。
1.1.2.3作物耗水量和灌溉用水量1、灌溉制度(1)作物灌溉方式本着节水灌溉的原则，结合项目区地形、土壤、作物需水特点等，项目区水稻灌溉采用“薄、浅、湿、晒”的灌溉制度。
(2)灌溉制度与灌溉定额本次项目区设计以“薄、浅、湿、晒”的灌溉制度为依据,其具体技术要求见表1.1-1。
表1.1-1水稻“薄、浅、湿、晒”灌溉制度技术要求根据水稻生长习性：早稻需水时间一般为4月中旬~7月上旬，全期为105天左右；晚稻需水时间一般为7月下旬~10月中旬，全期为105天左右。
农田水利学3-(4)灌水量、灌水率与水质
1.气味 2.味道 3.颜色 4.透明度
不传染疾病
水中有毒物质 及浓度
适于人体需要的 化学成分
感官性状良好
农村居民生活用水水质标准
河南农业大学
感官性 状和一 般化学 指标
毒理学指标
细菌学指标 放射性指标
生活饮用水水质标准
10000
1m1
8.64T1
上述灌水率计算公式中: T1-灌水延续时间，以天计。对于自流灌区，每天
灌水延续时间一般以24h计；对于抽水灌区， 则每天抽灌时间以20～22h计，式中系数 8.64应相应改为7.2～7.92。 a1为该作物的种植面积比例
河南农业大学
q净
1m1
86400T1
10000
修正灌水率图原则：
在修正灌水率图时，不影响作物需水要求； 尽量不要改变主要作物关键用水期的各次灌水时间，若必
须调整移动，以往前移动为主，前后移动不超过三天； 调整其它各次灌水时，要使修正后的灌水率图比较均匀、
连续。 为了减少输水损失，并使渠道工作制度比较平稳，在调整
时不应使灌水率数值相差悬殊。一般最小灌水率不应小于 最大灌水率的40％。修正后的灌水率图见下图。
河南农业大学
（二）、乡镇供水量
乡镇供水主要包括农村人畜用水、乡镇企业和工业 用水等。根据统计，农业灌溉用水是农村用水中 的大户，约占总用水量的90％，其余10％左右 为农村人畜用水、乡镇企业和工业用水等。
为了满足乡镇供水的要求，通常采用两种方式：一 是在工程许可条件下，扩大渠道的供水能力；二 是压缩农业用水的比例，增加乡镇供水量。如有 的灌区是开展农业节水灌溉，或是调整作物种植 结构，即减少需水量大的作物种植面积，改种需 水量少的作物等。
xx市郊区农业需水量预测
xx市郊区农业需水量预测一、预测方法农业用水，主要是指农田灌溉用水与林、渔、畜牧业等其他方面的用水。
农业用水缺乏实测统计资料，这里主要是根据水利部门及其他相关部门的调查和试验资料，以及制订的各种用水定额，根据国民经济发展规划与目标，预测xx市平水年、枯水年、特枯水年等不同来水条件的2005年、2010和2020年农业需水量。
为全市水资源合理利用、管理、调度提供决策依据，为水利规划、水工设计、农业发展规划等提供依据。
农田灌溉需水量预测：灌溉需水量预测采用定额法，考虑不同地区的土壤质地，地下水位埋深等因素，拟定各不同来水条件时不同作物的需水定额，在预测时，按照市农委提供的预测的作物播种面积予以求取。
渔业需水量预测：根据市水产办提供的资料（鱼塘面积与年需水量），直接引用在成果中。
林业需水量预测：林业需水指果树与苗圃灌溉用水，拟定灌溉定额，根据林业局规划林业面积予以求取。
畜牧业需水量预测：根据xx市的具体情况，牧业用水可以不考虑。
牲畜用水主要考虑奶牛、猪与羊三种牲畜，分别按照典型调查资料拟定相应的用水定额，牲畜头数按年末各类牲畜的的圈存量予以计算。
二、农业需水量预测随着城市化面积的不断扩大，xx市的农业用地面积呈逐年递减趋势，1995～2000年平均每年递减0.564万公顷，农业用地内部结构变化趋势为耕地比重下降，林、园地，水产养殖水面略有提高。
耕地利用结构变化趋势是水稻种植面积下降，蔬菜地，经济作物播种面积增加，预计“十五”期末，xx市造林6.67万公顷（100万亩），森林覆盖率由现在的10.4％提高到20％左右；耕地面积下降到24万公顷，粮经比达到40：60，到2020年，造林10万公顷（150万亩），森林覆盖率达到30％，耕地面积进一步减少到20万公顷，粮经比达到30：70，形成三个“三分之一”格局。
养殖业、畜牧业基本保持现状规模，农业发展规划及作物种植结构调整规划见表3、4、5。
1.农田灌溉需水量全市2000年共有耕地面积28.59万公顷，主要种植作物有水稻、油菜、三麦、蔬菜与西甜瓜。
国家计委、水利部关于开展全国水中长期供求计划编制工作的通知-
国家计委、水利部关于开展全国水中长期供求计划编制工作的通知正文：---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 国家计委、水利部关于开展全国水中长期供求计划编制工作的通知（１９９４年１０月１２日）随着我国国民经济和社会事业的持续发展，水资源短缺日益成为重要的制约因素。
为了切实保证水资源的供需协调，根据《水法》有关规定，决定编制全国水中长期供求计划。
全国水中长期供求计划是国民经济和社会发展“九五”计划和到２０１０年规划以及水利中长期计划的重要组成部分。
编制工作应以国家“九五”计划和到２０１０年规划所确定的经济和社会发展的布局方案为指导，以国土整治规划和江河流域规划为基础，通过对供水和需水两方面的调查、分析和预测，提出水资源合理利用的方案和政策。
今后凡未推荐列入水中长期供求计划的供水工程项目，国家计委和水利部原则上不予考虑立项问题。
接此通知后，请尽快组织人员，落实经费，按《技术大纲》和《工作安排》的要求开展工作。
鉴于这项工作涉及面广，工作量大，情况复杂，请你们通力合作，加强联系，相互配合，按时完成任务。
附件一：编制全国水中长期供求计划的工作安排一、目的和意义水是人类社会发展的基本条件之一。
随着国民经济的迅速发展，社会对水的需求量越来越大，由于水资源的有限性，使不少地区出现了缺水现象，在有些地区已经成为国民经济发展的制约因素。
制定水中长期供求计划是保证水长期稳定供给的一项基础工作。
同时对有计划地指导水资源开发和实现水资源宏观管理也是极为重要的。
水中长期供求计划是以社会和国民经济计划及国土整治规划为依据，与江河流域规划等水利规划相结合，要求掌握水资源的供需现状和现有水利工程的供水能力，分析预测不同水平年需水要求，按照可持续开发、供需协调、合理高效利用水资源等原则，分析制定水源地和供水工程设施的发展规划以保证水的稳定供给，促进国民经济的持续发展和社会繁荣。
农田水利学第二章 作物需水量及作物灌溉制度1
一、作物需水量与影响因素 2．影响作物需水量的主要因素 （3）土壤因素
①影响作物需水量的土壤因素主要有质地、颜色、
含水量、有机质含量、养分状况等。砂土持水力弱，
蒸发较快，因此，在砂土上的作物需水量就大。
②土壤颜色而言，黑褐色土壤吸热较多，其
蒸发较大，而颜色较浅的黄白色土壤反射较 强，相对蒸发较少。
一、灌溉制度的内涵及确定方法
（二）研究灌溉制度的意义 1）灌溉制度是灌溉工程规划设计的基础， 是已建成灌区编制和执行用水计划，合理用
水的重要依据。
2）灌溉制度关系到灌区内作物产量（效益）
和品质的提高，及灌区水土资源的充分利用
和灌溉工程设施效益的发挥。
（三）制定灌溉制度的方法
1）根据群众丰产灌水经验确定 经过多年的实践、摸索，各地群众都 积累了不少确定灌溉制度的经验与方法。 这些经验是制定灌溉制度的重要依据，应 成为制定灌溉制度最宝贵的资料。
③土壤含水量较高时，蒸发强烈，作物需水
量较大；相反，土壤含水量较低时，作物需 水量较少。
一、作物需水量与影响因素 2．影响作物需水量的主要因素 （4）农业技术 农业栽培技术水平的高低直接影响水量消耗的速 度。粗放的农业栽培技术，可导致土壤水分的无 效消耗。灌水后适时耕耙保墒、中耕松土，将使 土壤表面形成一个疏松层，这样可减少水量的消 耗。
作物获得一定产量时实际所消耗的水量。需 水量是一个理论值，又称为潜在蒸散量（或
潜在腾发量），而耗水量是一个实际值，又
称实际蒸散量。常以 m3 亩-1 或 mm 水层表
示。
生态需水量应该是指一个特定区域内 的生态系统的需水量，而并不是指单单的 生物体的需水量或者耗水量.
作物需水量就等于植株蒸腾量和棵间 蒸发量之和，即所谓的“蒸发蒸腾量” ， 气象学、水文学和地理学中称为“蒸散量” 或“农田总蒸发量”，国内也有人称之为 “腾发量”。
旱作物灌溉用水预测公式
式 （( ） 、 式 （) ） 即是计算灌区用水过程的公式。式 （( ） 将影响 灌 溉 取 水 量 的 因 素 概 化 为 $ 个 因 子 ， 即 + "、 ," 和 !。在这$ 个因子中， !是灌区种植面积； + "和 ,"由于影 响因素十分复杂， 将采用历史资料分析率定。
*
因子+ "和,"的率定
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项 目 年份
计算灌溉水量与实际灌溉水量比较表 （区段" ）
降雨量 计算灌溉水量 绝对误差 相对误差
实际灌溉水量
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进一步概化为如下形式： 式 （’ ） ・ !"!+・ " !),・ " * " !
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式中
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土地整理中的水稻需水量与灌溉定额的确定——以湖北省红安县为例
（2）湿润灌条件下的计算公式：
式中： ω2— — —时段末 H深度土层内含水率（占干土重百分数）； ω1— — —时段初 H深度土层内含水率（占干土重百分数）； P0 — — —时段内有效降雨量（m3/ hm2）； WK— — —时段内地下水补给量（m3/ hm2）；
γ— — —H深度内土壤平均容重（t / m3）；
土地整理中的水稻需水量与灌溉定额的确定
— — —以湖北省红安县为例
尤瑞玲 （华中师范大学城市与环境科学学院 湖北 武汉 430079）
摘 要： 水稻灌溉定 额是一个地 区合理开发 利用水资 源，实现 可持续发展的重要依 据，也是农田水 利规划、灌溉系 统规划的重要参数 。在彭曼法推 算作物需水 量的基础上 ，结 合当地的气象、地形条件，用“浅、蓄、湿 、晒”灌溉 技术计算一 定设计 保证率 的水稻灌 溉定额 ，精度较 高，具有 较高的 实用 价值。
（mm）；Kc — — —作物系 数。 （1）ET0 计算 根据理论分 析和试验成果 ，在 土壤水分充
分 的条件 下，大气因素 是影响 需水量的 主要因 素，其余 因素 的 影 响 不 显 著 。 采 用 联 合 国 粮 农 组 织 （FAO） 推 荐 的 Penma n- Mont e i t h 方程进行 参考作物 需水量 ET0 计 算，并依 次进行灌溉制度分析。彭曼公式考虑了能量平衡、水汽扩散、 空气导热等原理，对某一地区计算某时段 的 ET，仅 需气温、水 汽 压、日照时 数和风速 等资料 ，理 论依据 完备，计算 误差小 ， 是目前世界上应用最普遍的公式。彭曼法公式如下：
1 设计典型年的选取
衡量农 业灌溉 用水 的保证 程度 一般采 用灌溉 设计 保证 率，根据历 年降雨量资料，可以用频 率方法进行 分析，常用的 有 50%（中等年）、75%（中等干 旱年）、90%（干旱年）。 它是指灌 溉用水在多年期间能 够充分满足 的概率，综合反映 了灌溉用 水和水源供水两方面的情况。对于湖北省中稻一般使用水稻 生育期（一般 4～10 月份）结合 干旱期（一般 7～9 月份）的降 雨量进 行排频 分析，使用配 线法进 行频 率计算 ，然后进 行组 合频率分析，必须满足水稻 生长期和 干旱期的降雨 频率的年 份才能作为设计典型年。
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3、根据不同作物种类及不同生育阶段对缺水的敏感度的 大小确定灌水时间。
符合农业技术许可条件，工程造价合理。
灌溉用水量计算 灌水率计算
我国各地主要作物灌水延续时间参考：
灌溉面积在667公顷以上的灌区，可采用以下数据： 水稻：泡田期灌水7～15d；生育期灌水3～5d。 冬小麦：播前灌水10～25d；拔节前后灌水10～15d。 棉花：播前灌水10～25d；现蕾、开花、吐絮期灌水8～15d。 玉米：播前灌水10～20d；拔节期灌水10～15d； 抽穗期灌水8～15d。
修正原则
（1）调整灌水率时，要以不影响作物需水要求为原则，尽可能不改变作物关键 期用水时间，若必须进行调整，则前后移动总天数不得超过3d并尽量前移为 主。
（2）若同意作物连续两次灌水均需变动灌水日期，不应一次提前，一次退后。 延长或缩短后的灌水时间与原定时间相差不应超过20%。
（3）调整后的灌水率值不应相差过于悬殊，全年各次灌水率大小应均匀而有规 律。
P m 100% n 1
P——等于和大于xm的经验频率； m——xm的序号，即等于和大于xm的项数； n——样本容量，即观测资料的总项数。
结果如下图：
代表年
1 100% 30 1
最接近85%的频 率
概念
4、灌水率
灌水率又称灌水模数，是指灌区单位面积上所需的灌水流量 。利用它可以计算灌溉渠道设计流量和渠首引水流量。
灌溉用水量计算 灌水率计算
灌水率计算表
qik
i mik 864Tik
灌溉用水量计算 灌水率图绘制
灌溉用水量计算 灌水率图绘制
各时期灌水率相差悬殊，渠道输水时大时小，断断续续，不利于 管理。若以其中最大灌输率计算渠道流量，设计渠道断面，势必偏大， 不经济，因此，必须进行调整，尽可能消除短时段的灌水率高峰和短期 停水现象。
5、灌溉定额
每茬作物在一个生长周期内（包括播种前的灌水、泡田）每 亩的灌水总量。灌溉定额多少与当年气候条件有密切关系，干旱 年多灌，湿润年少灌。不同作物的灌溉定额不同，不同灌溉方法 的灌水定额也有差别。一般可根据经验及相关规定获得各作物的 灌溉定额。
概念之间的联系
1、灌溉设计保证率用来选取代表年 2、灌溉用水量计算首先进行代表年选择 3、灌水率根据代表年的灌水定额等数据进行计算
灌溉用水量计算 灌溉用水量计算
计算公式：
W毛＝W水净
W毛 ——某作物某次毛灌溉用水量，m3; 水 ——灌溉水利用系数，可通过查相关规定表格取得。
同理可算出各种作物的各次的毛灌溉用水量， 相加，就可得不同时期灌区的灌溉用水量。将不同 时期的用水量相加，即得灌区的总灌溉用水量。
灌溉用水量计算 灌溉用水量计算
概念
3、代表年
又称典型年，是指在灌溉工程规划设计时选择一个接近用灌 溉设计保证率确定的来水量和用水量的年份，作为确定灌溉用水 量的设计依据，这个水文年份通常称为设计代表年。代表年按地 区的不同，可以分三类：中等年、中等干旱年、干旱年。在灌溉 水源充足、灌溉效益高的地区应以干旱年作为设计代表年，反之 则选取中等年或中等干旱年。
（4）为便于灌区工程的管理和养护，供水间断时间应适当长一些，避免经常停 水，特别应避免小于5d的短期停水。
（5）应与水源供水条件相适应 （6）由于调整灌水率而引起灌水定额变化是，灌水定额的调整值不应超过原定
额的10%，同一作物不应连续两次减小灌水定额。 （7）当上述要求不能满足时，可适当调整作物组成。
灌溉用水量计算 灌溉用水量计算
方法二：用综合灌水定额推算
计算公式：
m综净
灌溉用水量计算
服务于
灌溉设计 保证率
代表年选取 灌水率计算
求
灌水定 额
灌溉用水量计算
1、代表年选择
（见第一节）
2、灌水率计算
灌水率根据灌区范围内各种作物的各次灌水逐一进行计算，计算公
式如下：
qik
i mik
864Tik
式中：
灌溉用水量计算 灌水率计算
T—灌水延续时间
确定原则
1、灌溉及Leabharlann ，时间不宜过短。灌溉时间过短，则相同时 间内需要灌溉的量就会增大，从而影响灌溉渠道的规模 以及劳动力。
灌溉用水量计算 灌水率图绘制
灌溉用水量计算 灌溉用水量计算
方法一：用灌溉定额和灌溉面积直接计算
计算公式：
W净=m i ai
W 净——某作物某次净灌溉用水量，m3；
mi——某作物某次灌溉定额，m3/hm2; ai——某作物的种植面积，hm2;
由于存在渠道渗漏和田间灌水损失，因此，要求水
源供给田间的水量为净灌溉用水量与损失水量之和，称 毛灌溉用水量。
2、灌溉设计保证率
在若干年内，满足灌溉对降雨量要求的平均保证程度，以百分 数计。例如某地区灌溉设计保证率为75％，表示就今后长期平均而 言，对该地区所能提供的降雨量，在一百年中只能保证七十五年， 其余二十五年不能满足。就其性质来说，保证率也就是频率。灌溉 设计保证率的选取一般根据相应的《土地开发整理工程建设标准》 ，选取对应的灌溉设计保证率。
例如：
某项目区位于海安县，根据《江苏省土地开发整理工程建设 标准（试行）》，灌溉保证率设计标准应在85％～95％。通过征 询当地农业和水利专家的意见，确定灌溉设计保证率为85%。
则代表年选取方法如下：
概念 代表年选取
（1）向水文部门收集海安县近30年的降雨量表
概念 代表年选取
根据项目区1974～2003年系列降水量资料，按由大到小的 次序排列为x1、x2、…、xm…、xn，按经验频率公式计算经验频率 为85%的年份 。
农田水利—— 灌溉用水量预测
金晓斌 2008.4
主要内容
• 1、概念介绍
灌溉用水量、灌溉设计保证率、代表年、灌水率、灌溉定额
• 2、灌溉用水量计算
2.1 代表年的选择 2.2 灌水率计算 2.3 灌水率图的绘制 2.4 灌溉用水量计算
概念
1、灌溉用水量
灌溉用水量是指灌溉土地需要从灌溉水源取用的水量。在进行 灌溉工程规划、设计、管理时，首先要计算出项目区的灌溉用水量 ，再根据项目区的供水量，进行供需平衡计算。当供水不能满足用 水要求时（一般出现在中西部干旱地区），应提出所要采取的措施 。