灌溉排水概论(1)
排水工程概论
合流制：直排式、截流式、完全合流制
分流制：完全分流制、不完全分流制
直排式合流制布置方式
污 水 干 管河1Fra bibliotek3 45
2
6
河
截图 流1式-2 合截流流式 制合 布流置制排 方水式系统
1-合流干管；2-截流主干管；3-溢流井；
41--合污流水干厂 管；2-5截-出 流主水干口管；36-溢-溢 流流 井出水口
水力计算、改造途径等
• 排水管渠要求及附属构筑物
-----排水管渠断面形式、接口、基础、附属构筑物等
第一部分 概论
• 排水工程的发展历史 • 排水工程的概念及内容 • 城市排水管网系统的作用 • 排水系统的体制 • 排水系统的主要组成部分 • 排水系统的布置形式 • 工业企业排水系统与城市排水系统的关系 • 废水的综合治理和区域排水系统 • 排水系统的设计程序
一、排水工程的发展历史
——河南省淮阳的古城下，发掘出公元前2800年埋下 的陶制排水管，比公元前2500年埃及发现的排水沟 早300年
——河北省易县出土了战国后期的圆形陶制排水管
——陕西西安出土秦代五角形陶制排水渠，在皇宫内出 现了明渠和暗渠相结合的排水系统
——唐代长安建造了较为完整的雨水排水系统
四、排水系统的体制（续3）
合流制和分流制的比较：
环保方面：全部截流式合流制对环境的污染最小；部分截 留式合流制雨天时部分污水溢流入水体，造成 污染；分流制在降雨初期有污染。
造价方面：合流制管道比完全分流制可节省投资20%~40%， 但合流制泵站和污水处理厂投资要高于分流制， 总造价看，完全分流制高于合流制。而采用不 完全分流制，初期投资少、见效快，在新建地 区适于采用。
灌溉排水工程学课程教学大纲
灌溉排水工程学课程教学大纲课程名称：灌溉排水工程学（Irrigation and Drainage Engineering）课程编码：Z106004 总学时/总学分：48/3理论学时/理论学分：40/2.5 实验学时/实验学分：8/0.5 适用专业：农业水利工程开课单位：水利建筑工程学院一、课程性质及目的1、课程性质灌溉排水工程学是农业水利工程专业的专业必修课。
2、课程目的课程教学所需达到的目的主要是使学生掌握农田灌溉排水工程的规划设计理论及方法，其中要求学生了解农田土壤水分的基本知识，非充分灌溉原理与作物水分生产函数，灌排系统管理的基本知识，灌溉排水对环境的影响与评价，灌排工程效益与经济评价，掌握农田土壤水分的基本理论，作物需水量与灌溉制度的确定，灌溉用水量与灌水率的制定，灌水方法与灌水技术；重点掌握灌溉渠道系统流量推算的基本理论，灌溉排水渠道的横纵断面设计的计算方法。
二、课程内容及要求绪论1学时教学要求：要求了解灌溉排水工程学的研究对象和基本内容，我国灌溉排水事业现状及发展趋势，学习本课程的方法。
查阅我国和世界古代灌溉排水工程发展历程相关资料。
采用课堂讲授为主，多媒体课件为辅的教学方法和教学形式。
第一章农田灌溉原理10学时实验6学时教学要求：要求了解农作物对农田水分状况的要求和土壤水分运动的基本原理。
理解土壤—作物—大气连续体水分运动原理，掌握作物需水量、灌溉制度，作物水分生产函数、灌溉用水量与灌水率概念。
掌握农田水分和土壤含水量的表示和测定方法，作物需水量确定，充分灌溉条件下农作物灌溉制度制定、设计灌水率和灌溉用水过程线的方法。
采用课堂讲授为主，多媒体课件为辅的教学方法和教学形式。
实验内容：土壤水势、水分特征曲线测定，测定土壤的饱和含水率、田间持水率、凋萎系数，4学时植物需水量测定，植物的耗水量，2学时第二章灌水方法与灌水技术4学时实验2学时教学要求：了解地面灌水方法，提高地面灌水技术对于节省灌溉水量和增加作物产量的重要性。
农田水利学—渠道灌溉系统
第四章渠道灌溉系统§1灌排渠系规划布置灌溉系统是指从水源取水并输送分配到田间的灌溉工程。
按输水方式的不同可分渠道灌溉系统和管道灌溉系统两大类。
本章介绍渠道灌溉系统。
管道灌溉系统将在第五章中介绍。
一、灌排渠系的组成及布置原则（一）灌排渠系的组成1、灌溉系统：（1）渠首工程（2）灌溉渠道：干、支、斗、农渠等固定渠道（3）渠系建筑物（4）田间渠系工程：毛渠（临时渠道）、灌水沟哇等2、排水系统（1）田间排水工程：毛沟、腰沟、墙沟等（2）排水沟：干、支、斗、农沟（3）排水建筑物：排水闸、涵、站等（4）排水容泄区：大江、大湖、大海等（二）灌排渠系的布置的原则（1）满足作物灌排要求。
1）渠道应布置有高处，排水沟应布置在低处。
2）渠道和排水沟的长度和间距应当适宜，保证灌得上排得出。
（2）灌溉渠道必须与排水沟统一规划布置在规划布置渠道时，必须同时考虑到排水沟的位置，在平原地区、圩区，渠道一般要服从排水沟布置（因为在平原地区，排水问题更为突出）。
（3）安全可靠如渠道要避免深挖高填，山丘区渠系上方必须修撇洪沟（截洪沟）。
（4）经济合理渠道要尽量短直，以减少土方量；要尽量减少压占耕地；排水沟要尽量利用天然河道。
（5）便于管理便于用水管理和工程管理，布置时要考虑行政区划；也要考虑机耕方便；建筑物尽量联合修建，形成枢纽，以便于管理。
（6）综合利用如渠道落差较大可布置水电站，较大的渠道或排水沟要考虑通航，水产养殖等。
二、丘陵山区灌排渠系的规划布置山丘区的水利特点是：排水比较通畅，但干旱问题比较突出。
在山丘区虽然可以修建水库塘坝蓄水灌溉，但是由于其蓄水能力有限，因此干旱问题是山丘区的主要水利问题。
因此山丘区灌排渠系的布置，以灌渠道布置为重点。
山丘灌溉渠道布置的关键是布置干渠。
（一）干渠的两种布置形式(1)干渠沿等高线布置(2)干渠垂直于等高线布置(二)支、斗、农渠布置支渠垂直于干渠，其间距由地形条件决定。
斗渠间距一般为：400〜800m农渠间距一般为：100〜200m两种布置形式：(1)灌排相邻适用于单一坡向地形(2)灌排相间适用于平坦，或有微起伏能渠道建筑物规划布置渠系建筑物指与渠道或排水沟配套的水闸、涵洞、桥梁、渡槽、倒虹吸、跌水、陡坡等建筑物。
灌溉排水工程学绪论
修建时间
地点
主持人 工程概要与效益
龙首渠 坎儿井
公元前 128~前 117年
公元前1世 纪
陕西澄城
新疆吐鲁 番
庄熊罢
开凿十余里隧洞，引洛水至商颜山，可 灌溉下游一万余顷土地，虽通水，但无 实效。
挖暗渠，凿竖井，引取地下潜流灌田， 每井250~500亩。
鉴湖
104~140年 浙江绍兴 马臻
海塘
东汉末期
我国是发展中国家，目前走的是两者结合的道路。
世界各国灌溉排水发展的趋势
1.地面灌溉-向管道化发展。 2.喷灌和滴灌 3.灌溉系统管理自动化控制 4.节能技术 5.渠系建筑物机械化施工技术 6.农田排水
明沟向暗管方向发展； 管材的变化。
第四节 农田水利学的研究对象和基本内容
农田水利学的定义：
是一门研究农田水分状况和有关地区水情的变化规律 以及调节措施、消除水旱灾害和利用水资源为发展农业
▪ 李仪祉（1882~1938年）陕西蒲城人。主要业绩： 引进西方水利科技，培养水利人才，提出治理江河 的意见，主持兴建陕西泾惠渠，渭惠渠等灌区工程， 为我国近代治水新一代人才的先驱。
四、中国古代著名水利工程简介
工程名称 修建时间
地点
主持人
工程概要与效益
芍陂
公元前613~ 公元前 591年
安徽寿县
孙叔敖
我国古代最早，工程规模浩大的蓄水灌溉工 程，芍坡周长120许里，灌田万顷，至今犹存。
邗沟
公元前486年 江苏扬州 吴王夫差
智伯渠 公元前453年 山西太原 智伯
引漳十二 公元前422年 河北临漳 西门豹 渠
综合利用天然湖泊，水道，为军事运粮而建， 是最早联系沟通长江，淮河的人工运河.
灌溉排水工程学课件
2、畦田规格 畦田规格主要指畦田的长度、畦田的宽度和畦埂断面。 （1）畦宽 主要取决于畦田的横向坡度、土壤性质和农业技术要求， 以及农业机具的宽度。通常，畦宽多为当地农业机具宽度 的整倍数确定，一般约2~4m。为灌水均匀，要求畦田无 横向坡度，以免水流集中，冲刷畦田表面土壤。 （2）畦长 根据畦田纵坡、土壤质地及土壤透水性能、土地平整情况 和农业技术条件等合理确定。 ①纵坡坡度大的畦长宜长，纵坡坡度小的畦长可稍短； ②砂质土壤，土壤透水性强，畦长宜短；
3、畦灌法灌水技术 其要素主要指畦田长度l、畦宽b、单宽流量q和放水入畦时 间t。影响这些要素的因素主要有土壤渗透系数、田面纵向 坡度、畦田粗糙率与平整程度，以及作物的种植倩况等。
为使田间灌水均匀度高，湿润土层基本均匀，畦灌灌水技
术要素之间应满足如下关系：
(1)渗入到畦田内土壤中的水量达到计划灌水定额时，畦田 内各处所需要的入渗时间tn满足下式：
t :放水历时(s)；
y: 停水时刻田面水流推进长度内任一点的地面水深(m);
x: 任意时间的水流推进长度(m);
z: t时段内任意一点x处的入渗水层深度(m)；
l: 关闭首端进水口后停止供水时的水流推进长度( m)。
地面水流推进函数和土壤入渗函数的确定：
水流推进函数 L： aTb
土壤入渗函数 Z ： ktna
式中：
T ：水流推进时间；
a、b：水流推进函数的系数和指数； t n：向土壤中入渗的时间； k和α：为土壤入渗函数的系数和指数。 上述两个函数中的系数均通过田间试验实测确定。
二、畦灌法：用临时修筑的土埂将灌溉田块分隔成一系 列的长方形田块，灌水时，水从输水垄沟或田间毛渠引 入畦田后，在畦田田面上形成很薄的水层，沿畦长坡度 方向均匀流动，在流动的过程中主要借重力和毛细管作 用，以垂直下渗的方式逐渐湿润土壤的地面灌水方法。
排水工程概论124709
第十章排水工程概论第一节概述一、排水工程及其任务在人们生产和生活中产生的大量污水，如从城镇住宅、工厂和各种公共建筑中不断排出的各种各样的污水和废弃物，需要及时妥善地排除、处理或利用。
对这些污水如不加控制，任意直接排人水体或土壤，使水体和土接受到污染，将破坏原有的生态环境，而引起各种环境问题。
为保护环境，现代城镇需要建设一整套工程设施来收集、输送、处理和处量污水，这种工程设施称为排水工程。
排水工程的基本任务是保护环境免受污染，以促进工农业生产的发展和保障人民的健康与正常生活。
1 主要内容①收集各种污水并及时输送至适当地点；②将污水妥善处理后排放或再利用。
2 作用：首先，排水工程的合理建设有助于保护和改善环境，消除污水的危害，对保障人民的健康起着重要的作用。
随着现代工业的发展和城市规模的扩大，污水量日益增加，污水成分也日趋复杂，城镇建设必须随时注意经济发展过程中造成的环境污染问题，并协调解决好污水的污染控制、处理及利用问题，以确保环境不受污染。
其次，排水工程作为国民经济的一个组成都分也具有重要意义。
水是非常宝贵的自然资源，它在人民日常生活和工农业生产中都是不可缺少的。
虽然地球表而的70％以上被水覆盖，但其中便于取用的淡水量仅为地球总水量的0．2％左右。
许多河川的水都不同程度地被其上下游的城市重复使用着。
如果水体受到污染，势必降低淡水水源的使用价值。
排水工程正是保护水体免受污染，以充分发挥其经济效益的基本手段之一。
同时，城市污水资源化后，可重复用于城市和工业，这是节约用水和解决淡水资源短缺的一种重要途径。
第三，污水的妥善处置和雨雪水的及时排除与合理利用，是保证工农业生产正常运行的必要条件之一。
此外，污水利用本身也有很大的经济价值，如有控制地利用污水灌溉农田，会提高产量，节约农肥，促进农业生产；工业废水中有价值原料的回收，不仅消除了污染，而且为国家创造了财富，降低产品成本；将含有机物的污泥发酵，不仅可以获得高效能源，而且能更好地利用污泥做农肥、建筑材料或铺路材料等。
灌溉排水知识点总结图解
灌溉排水知识点总结图解一、灌溉的概念灌溉是指通过人工手段补充土壤中的水分，以满足作物的生长需要。
灌溉的主要目的是提供足够的水分，维持土壤的湿润程度，保证作物正常生长。
灌溉的作用主要有以下几个方面：1. 补充土壤水分，保证作物正常生长；2. 调节土壤温度，改善作物生长环境；3. 促进作物根系发育，提高作物产量和质量；4. 控制土壤盐分，防止土壤盐碱化，维护土壤生态环境。
二、排水的概念排水是指通过合理的排水系统，将土壤中的过剩水分排出，以维持土壤适宜的湿润程度。
排水的主要目的是排除过剩水分，防止土壤水分过多，导致土壤结构疏松，根系窒息，影响作物生长。
排水的作用主要有以下几个方面：1. 排除土壤中的过剩水分，防止土壤水分过多；2. 保持土壤通气性，促进作物根系呼吸，提高作物产量和质量；3. 防止土壤板结，改善土壤结构，有利于作物生长；4. 防止土壤中盐分累积，减少土壤盐碱化的危害。
三、灌溉排水的方式灌溉排水的方式主要有两种：自然灌溉排水和人工灌溉排水。
1. 自然灌溉排水：指利用自然降雨和地下水，通过土壤渗透和植物蒸腾等自然作用，补充土壤水分和排除过剩水分。
自然灌溉排水的特点是依赖自然条件，成本低廉，但受天气和地形等因素的影响大，难以控制和调节。
2. 人工灌溉排水：指通过人工设施，如灌溉管道、喷灌器、水泵等，进行土壤水分的补充和排除。
人工灌溉排水的特点是能够根据作物需水情况进行科学、合理的水分调控，提高灌溉效率，但投入成本较高，管理和维护工作较为繁琐。
四、灌溉的方法灌溉的方法可以分为地面灌溉和地下灌溉两种。
1. 地面灌溉：指将水直接从地面输送到作物根部的灌溉方式，包括渠道灌溉、闸门灌溉、撒灌、滴灌等。
地面灌溉的优点是投资成本较低，易于管理和维护，但存在浪费水资源、易产生水土流失和表面积盐等问题。
2. 地下灌溉：指将水通过地下管道输送到作物根部的灌溉方式，包括滴灌、喷灌、沟灌等。
地下灌溉的优点是能够直接将水输送到作物根部，水分利用率高，浪费少，且不易造成水土流失和表面盐渍化，但投资成本较高，管理维护难度较大。
灌溉排水工程学
一．名词解释1.灌溉排水工程学：灌溉排水工程学是研究农田水分状况和有关地区水情的变化规律及其调节措施，消除水旱灾害，并利用水利资源为发展农业生产而服务的科学。
2.气态水：存在于土壤空隙中的水汽。
3.吸湿水：紧束在土粒表面，不能自由移动的水分。
4.薄膜水：吸附于吸湿水外部，只能沿土粒表面做微小移动的水分。
5.毛管水：受毛管力的作用保持在土壤中的水分。
6.上升毛管水：地下水在毛管作用下上升并保持在土壤中的水分。
7.悬着毛管水：当地下水位较低时，降雨或灌溉后，因毛管力的作用而保持在土壤中。
8.土壤水的有效性：土壤水能否被植物吸收利用及其难易程度。
9.土壤水分常数：是指土壤水分类型和性质的数量特征。
10.吸湿系数：吸湿水达到最大时土壤含水率，此时土壤水分所受吸力约为3.14X106Pa。
11.最大分子持水率：薄膜水达到最大时的土壤含水率，此时土壤水所受吸力均为6.31X105Pa。
12.凋萎系数：作物产生永久凋萎时的土壤含水率，作物根系的最大吸水力1052X106Pa。
农业生产中相于吸持力为1.52X106Pa的土壤含水率称凋萎系数。
13.田间持水率：悬着毛管水达到最大时的土壤含水率，此时土壤水所受吸力约为3.03X104Pa。
田间持水率通常以灌水两天后土壤所能保持的含水率表示，外国一般以灌溉水24小时后的土壤含水率表示。
14.饱和含水率：所有土壤孔隙都为水所充满时的土壤含水率，吸力为0。
15.土水势：在标准大气压下，从规定高度等温可逆地移运到土壤中某一吸水点使之成土壤水，所做的每单位的功。
16.土壤水吸力：土壤基质对水分的吸持能力称为土壤水吸力。
17.土壤水分特征曲线：土壤水吸力随土壤含水量变化的关系曲线。
18.土壤含水率的下限：是指不影响作物生长的适宜含水率，使作物不受干旱影响。
19.干旱：是指因天气、土壤、生理等原因导致作物体内水分亏缺的现象，或指作物由根吸水不足而导致其体内水分失去平衡和协调的现象。
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灌溉排水概论(1)
积水条件下的干土入 渗：
➢积水后，表土含水率 很快增加到θ0 (<θs )
➢地表处含水率梯度由 大变小，t足够大时地 表含水率不变
➢地表入渗率逐渐减小
➢湿润锋不断下移，含 水率变化平缓
灌溉排水概论(1)
描述土壤入渗过程的物理量：
入渗率i：单位时间内通过单位面积的入渗水 量（地表水通量），mm/min, mm/h, mm/d
灌溉排水概论(1)
1.2.2 土壤水分再分布
• 再分布：降水、灌溉之后，水分在土壤剖 面中的运动
Ø表层水分由于蒸发、继续向下运动而减小 Ø深层水分继续向下运动，湿润锋下移 Ø田间持水量
灌溉排水概论(1)
1.2.3 蒸发
• 陆面蒸发：
Ø土面蒸发：soil evaporation Ø植物蒸腾（散发）：plant transpiration Ø腾发（蒸散）：evapotranspiration
灌溉排水概论(1)
2020/11/21
灌溉排水概论(1)
要求：
• 熟悉北方主要作物需水规律，掌握灌溉制度 的方法
• 熟悉农田土壤水分特征参数及基本运动规律 • 掌握灌溉排水工程类型及适用条件 • 掌握灌溉系统（渠道、管道）的组成、渠系
建筑物的分类及其作用 • 熟悉不同灌水方法及其技术特点 • 了解排水系统及特点 • 掌握灌溉、排水管理基本内容
灌溉排水概论(1)
• 土壤含水量（soil water content）：105℃烘 干至恒重时失去的水量。以单位质量干土 中水的质量或单位土壤总容 积中水的容积 表示（质量含水量、体积含水量）
• 主要测定方法
Ø称重法（烘干法） Ø核技术测量：中子仪， γ射线仪 Ø电磁测量：时域反射仪(TDR) Ø核磁共振测量 Ø热脉冲测量 Ø遥感测量：大面积地表含水率
• 凋萎系数（wilting coefficient）：植物开始发 生永久凋萎时的土壤含水率，也称凋萎含水率 或萎蔫点
• 土壤有效含水量（available water content of soil）：土壤中能被作物吸收利用的水量，即 田间持水量与凋萎系数之间的土壤含水量
灌溉排水概论(1)
• 土壤含水率与水分常数的应用：
6-12 30-36 40-52
8-15 30-35 44-54
9-18 32-42 40-50
20
40-45 45-54
17-24 35-45 48-53
40-50 48-55
灌溉排水概论(1)
1.2 土壤水分运动
• 入渗条件下的土壤水分运动 • 土壤水分再分布 • 蒸发条件下的土壤水分运动
灌溉排水概论(1)
灌溉排水概论(1)
蒸发强度的决定性因素：
➢外界条件：辐射、气温、湿度、风速 等气象因素决定了大气蒸发能力
水分蒸发过程中的能量供给
蒸发面水汽向大气的扩散过程
➢土壤条件：土壤表层的含水率状况决 定了土壤供水能力
1.1 农田水分状况与水分特征参数
• 农田水分状况(Field water regime)：
农田中地表水、土壤水和地下水的状态、 变化规律及对作物生长影响的总称
• 农田水分调控(Regulation of field water regime)：利用农田水利措施对农田水分状
况进行调节与控制，以改善土壤中的气、 热、养分状况及农田小气候，达到农业增 产的目的。
灌溉排水概论(1)
参考教材
• 郭元裕主编. 农田水利学（第3版）. 北京： 中国水利水电出版社. 1997
灌溉排水概论(1)
灌溉排水概论(1)
1 土壤水分特征参数及基本运动规律 • 要求：熟悉农田土壤水分特征参数及基本
运动规律
• 主要内容：
Ø农田土壤水分特征参数 Ø土壤水分基本运动规律
灌溉排水概论(1)
为一弯月面。分毛管上升水、力
毛管悬着水
10～30KPa
大孔隙中的水
重力
田间持水量(毛管 悬着水达到最大)， 田持
饱和含水率
灌溉排水概论(1)
• 土壤水分常数（soil water constant）：根据土 壤水分形态不同而定义的土壤特征含水量，如 田间持水量、凋萎系数等
• 田间持水量（field (moisture) capacity）：农田 土壤某一深度内保持吸湿水、膜状水和毛管悬 着水的最大水量
灌溉排水概论(1)
土壤水的形态与水分常数
类型
形态
作用力
水分常数
吸湿水 束缚在土粒表面的水汽 薄膜水 吸湿水外层连续水膜
(薄膜水不能被植物吸收)
吸附力 最外层3MPa 吸着力 最外层~0.625MPa
1.5MPa
最大吸湿量（吸湿 常数）
最大分子持水量 凋萎系数源自毛管水 重力水土壤孔隙(毛管)，水气界面 表面张力作用→ 毛管
最大 吸湿量
4-6
22-30 30-40
2-3
4-9
22-29 28-40
2-3
6-10 22-28 30-38
3-5
6-13 22-28 28-38
3-4
15
28-32 32-40
12-17 25-35 35-40
－
30-35 38-42
体积百分比(%)
凋萎 系数
田间 持水量
饱和 含水量
5-9
32-42 45-52
1.2.1 降水/灌溉入渗
• 入渗：水分进入土壤的过程 • 入渗类型：
Ø一维垂直入渗：降水、灌溉入渗 Ø二维垂直、水平入渗：河道、渠道入渗 Ø三维垂直、水平入渗：水库、湖泊入渗
• 入渗条件下土壤水分运动
Ø非饱和土壤水运动 Ø饱和－非饱和土壤水运动
灌溉排水概论(1)
积水条件下的干土入渗：
➢分区： ❖饱和区 ❖过渡区 ❖传导区 ❖湿润区
Ø估计水分对植物生长的影响 Ø计算灌溉水量 Ø根据土壤水分的动态变化估算腾发量（地面蒸
发＋植物蒸腾）
灌溉排水概论(1)
华北平原不同质地土壤的水分常数
土壤 质地
最大 吸湿量
砂壤土 1-2
轻壤土 1-2
中壤土 2-3
重壤土 2-3
轻粘土 －
中粘土 －
重粘土 －
重量百分比(%)
凋萎 系数
田间 持水量
饱和 含水量
累积入渗量I：从入渗开始到某一时刻通过单 位面积的总水量，mm
i与I的关系：i(t)=dI(t)/dt
灌溉排水概论(1)
入渗过程的影响因素：
供水速率P（降水强度…）、土壤入渗能力f P<f，入渗率i取决于供水速率P（通量控制）； P>f，入渗率I
取决于入渗能力f （剖面控制）， 超过f的部分产生 地表积水、径流 （超渗产流）