农田水利学3-(4)灌水量、灌水率与水质 41页

农田灌溉原理（四）灌溉用水量、灌水率及水质第三章n第四节灌溉用水量与灌水率灌溉用水量：灌溉土地需从水源取用的水量。影响因素：灌溉面积、作物种植情况、土壤、水文地质、气象条件等；作用：直接影响着灌溉工程的规模，影响该地区总的水量平衡。单位：104×m3（一）、灌溉用水量1、概念农业用水是大户，占水资源的60%—70%，因此水利工程规划设计、灌溉面积扩大、工业引水等都涉及到灌溉用水量问题。河南农业大学n2、设计典型年的选择特定的水文年份称为“设计典型年”。（1）原因：对一个灌区来说，地下水补给量是比较稳定的，而降雨量在年际之间变化很大。各年的灌溉用水量就有很大的差异，因此，灌溉用水量不能泛泛而言，一般用典型年来处理。在规划设计灌溉工程时，首先要确定一个特定的水文年份，作为规划设计的依据。根据设计典型年的气象资料计算出来的灌溉制度被称为“设计典型年的灌溉制度”，简称为“设计灌溉制度”，相应的灌溉用水量称为“设计灌溉用水量”。河南农业大学n（2）计算方法：根据历年降雨量资料，用频率方法进行统计分析，确定几种不同干旱程度的典型年份：中等年(降雨量频率为50％)、中等干旱年(降雨量频率为75％)干旱年(降雨量频率为85％～90％)。以这些典型年的降雨量资料作为推算设计灌溉制度和灌溉用水量的依据。河南农业大学n3、典型年灌溉用水量及用水过程（1）直接计算法在某一典型年，对于任何一种作物i的某一次灌水，须供水到田间的灌水量(称净灌溉用水量)W净i可用下式求得：W净i=miAi(m3)式中：mi——该作物某次灌水的灌水定额，m3／亩；Ai——该作物的灌溉面积，亩。全灌区的灌溉用水量W净W净=∑W净i河南农业大学n河南农业大学n灌溉用水量过程线还可用综合灌水定额所综求得。任何时段内全灌区的综合灌水定额，是该时段内各种作物灌水定额的面积加权平均值，即m综，净=a1m1+a2m2+a3m3+…式中：m综，净——某时段内综合净灌水定额，m3／亩；m1、m2、m3…——第1种、第2种、第3种…作物在该时段内灌水定额，m3／亩；a1、a2、a3…——各种作物灌溉面积占全灌区的灌溉面积的比值。（2）间接计算法河南农业大学n全灌区某时段内的净灌溉用水量W净，可用下式求得：W净=m综.净A(m3)式中：A——全灌区的灌溉面积，亩。河南农业大学n计入水量损失，则综合毛灌水定额：m综.毛=m综.净/η水(m3／亩)全灌区任何时段毛灌溉用水量：W毛=m综.毛A(m3)河南农业大学n计算综合灌水定额的意义①它是衡量全灌区灌溉用水是否合适的一项重要指标，与自然条件及作物种植面积比例类似的灌区进行对比，便于发现m综是否偏大或偏小，从而进行调整、修改；②若一个较大灌区的局部范围（如一些支渠控制范围）内，其各种作物种植面积比例与全灌区的情况类似，则求得m综后，不仅便于推算全灌区灌溉用水量，同时可利用它推算局部范围内的灌溉用水量；③有时，灌区的作物种植面积比例已根据当地的农业发展计划决定好了，但灌区总的灌溉面积还须根据水源等条件决定，此时，须利用综合毛灌溉定额推求全灌区应发展的灌溉面积河南农业大学n如：A=W源/m综.毛式中：W源——水源每年能供给的灌溉水量，m3；m综.毛——综合毛灌溉定额，m3／亩。对于小型灌区或没有以上这些要求的情况，一般可用直接推算法计算。河南农业大学n4、多年灌溉用水量的确定与灌溉用水量频率曲线（1）、多年灌溉用水量的确定与典型年用水量的计算相同，逐年计算灌溉用水量即可求得多年的灌溉用水量。它需要有逐年的相关资料，推算过程很简单。（2）、灌溉用水量频率曲线将以上计算的多年灌溉用水量进行统计计算，即可制作灌溉用水量频率曲线（方法参见水文知识部分）。理论灌溉水量频率曲线可采用皮III形曲线，具有一定的统计规律性，一般为Cv=0.15-0.45，Cs=（1.0-3.0）Cv用灌溉用水量频率曲线即可推求代表年的灌溉用水量。河南农业大学n（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。乡镇用水应与灌溉用水一并考虑。河南农业大学n乡镇供水的供水量指标：1、人畜用水可按下述指标设计：北方农村，每人每天20～25L；南方农村，每人每天25～40L；在经济发达的郊区，每人每天70～80L。大牲畜，每头每天25～35L；中等牲畜，每头每天8～25L。2、乡镇企业的用水标：制砖1000块，需0.8～1.0m3水；豆制品加工每吨需5～15m3水；酿酒每吨需20～50m3水；饴糖加工每吨需20m3水等。3、考虑美化环境，游乐和消防用水等等。河南农业大学n（三）、水量平衡分析1、可供水量分析可供水资源总量:由大气降水可利用量、地表水径流量和可开采利用的地下水组成。（1）、地表径流水量地表水资源的定量特征为河川径流量，它包括当地地表径流量和上游径流流入量。计算方法有代表站法、等值线法、年降水径流关系法河南农业大学n（2）、降水可利用量大气降水是陆地上各种形态水资源总的补给来源，降水多少基本上反映了当地水资源的丰枯情况。降水量的计算主要根据实测资料进行统计分析计算降水的特征值，计算不同频率年、月的降水量（具体计算方法在农业水文部分已介绍，可参考学习）。对灌溉而言主要计算有效降水量。河南农业大学n（3）、可利用地下水量以水均衡为基础的分类：一个均衡单元在某均衡时段内，地下水补给量（V补）、排泄量（V排）和储蓄量的改变量（±ΔV）间的关系可表达为：V补-V排=±ΔV补给量：是指某时段内进入某一单元含水层的重力水体积，分为天然补给量、人工补给量和开采补给量。地下水的可供给量首先取决于补给量，因此，补给量的计算是水资源数量评价的核心.河南农业大学n2、需水量分析主要是农业灌溉需水、人畜饮水及生活用水、当地工业生产用水等（前面以学习，不再展开讲）。河南农业大学n3、水量平衡计算分析水资源和用水的平衡状况：水资源量（河川径流、有效降水、可利用地下水等）计划用水量（农业用水、生活用水、工业用水等）平衡情况（盈余或不足）河南农业大学n第五节灌水率灌水率：灌区单位面积(例如以万亩计)上所需灌溉的净流量q净，又称灌水模数。作用：计算灌区渠首的引水流量和灌溉渠道的设计流量。单位：m3/s/104×667m2灌水率q净应分别根据灌区各种作物的每次灌水定额，逐一进行计算。原因：我们前面的计算都是按照水量来计算的，单位是体积，但是在工程设计中要求用流量来确定工程的规模，因此，要把灌溉水量转换为流量。1、灌水率的计算河南农业大学n凈灌水率m3/s/104×667m2作物种植比例系数作物灌水定额（m3/667m2）作物灌水周期（天以24h计）河南农业大学n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n由公式可见，灌水延续时间T直接影响着灌水率的大小，从而在设计渠道时，也影响着渠道的设计流量以及渠道和渠系建筑物的造价，因此必须慎重选定。灌水延续时间与作物种类、灌区面积大小及农业生产劳动计划等有关。灌水延续时间愈短，作物对水分的要求愈容易得到及时满足，但这将加大渠道的设计流量，并造成灌水时劳动力的过分紧张。河南农业大学n我国各地主要作物灌水延续时间大致如下：水稻泡田期灌水7—15昼夜，生育期灌水3—5昼夜。小麦播前酒10一20昼夜；拔节后灌水10—15昼夜。棉花苗期、花铃胡8—12昼夜，吐絮期8一15昼夜。玉米拔节抽德l0—15昼夜；开花期8一13昼夜。对于灌溉面积较小的灌区，灌水延续时间要相应减小，例如，一条农渠的灌水延续时间一般约12—24h。河南农业大学n对一灌区，多种作物灌水时间是重合的，q净累计值很大，需要通过灌水率图进行才能够处理。首先，对某一设计代表年根据灌溉制度由下式计算出灌区各种作物每次灌水的灌水率：其次，将所得灌水率绘在方格纸上，称为初步灌水率图2、灌水率图的绘制河南农业大学n河南农业大学n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。第三，进行修正。从上图看，有时q净特别大，若按照这一数值设计渠道，规模太大，供水时间短，使用率不高，为此要对上图进行修正，使q净大致均匀。河南农业大学n修正后的q净比较均匀，使得渠道供水均匀，工程量适中，并且每次灌水后可以进行维护，便于渠道管理。可进行渠道维护保养河南农业大学n大面积水稻灌区(万亩以上)的设计净灌水率(q净)一般为0.45～0.6[m3／s·万亩]；大面积旱作灌区(万亩以上)的设计净灌水率(q净)一般为0.2～0.35[m3／s·万亩]；水旱田均有的大中型灌区，其综合净灌水率可按水旱面积比例加权平均求得。对于控制灌溉面积较小的斗、农渠(灌溉面积为几十亩到上千亩)，常要在短期内集中灌水，故其设计净灌水率远较上述经验数字为大。经验数据：河南农业大学n作为人类一种不可或缺的资源，水除了有量的问题外，还有质的问题。对量的要求前面进行了一定的研究，对农用水的水质的要求，在这里提出具体的标准，不展开介绍。1、农村居民生活用水水质标准2、灌溉水质标准3、灌溉水盐碱度的指标第六节、农用水水质河南农业大学n农村居民生活用水水质标准以水为媒介传播的疾病很多，如伤寒、副霍乱、痢疾、病毒性肝炎、各种肠道疾病等要求水中有毒物质在长期饮用中不会中毒碘——与甲状腺健康有关水的硬度——与心血管系统健康有关，长期饮用低矿化度水心血管发病率较高气味味道颜色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用水资源的水质标准（一）、农村居民生活用水水质标准河南农业大学n生活饮用水水质标准项目标准感官性状和一般化学指标色色度不超过15度，并不得呈现其他异色浑浊度不超过3度，特殊情况不超过5度臭和味不得有异臭、异味肉眼可见物不得含有ＰＨ6.5～8.5总硬度(以碳酸钙计)450mg/L铁0.3mg/L锰0.1mg/L铜1.0mg/L锌1.0mg/L挥发酚类(以苯酚计)0.002mg/L阴离子合成洗涤剂0.3mg/L硫酸盐250mg/L氯化物250mg/L溶解性总固体1000mg/L毒理学指标氟化物1.0mg/L氰化物0.05mg/L砷0.05mg/L硒0.01mg/L汞0.001mg/L镉0.01mg/L铬(六价)0.05mg/L铅0.05mg/L银0.05mg/L硝酸盐(以氮计)20mg/L氯仿*60ug/L四氯化碳*3ug/L苯并(a)芘0.01ug/L滴滴涕*1ug/L六六六*5ug/L细菌学指标细菌总数100个/mL总大肠菌群3个/L游离余氯在与水接触30min后应不低于0.3mg/L。集中式给水除出厂水符合上述要求外，管网末梢水不应低于0.05mg/L放射性指标总α放射性0.1Bq/L总β放射性1Bq/L河南农业大学n灌溉用水水质标准水中泥沙含盐量灌溉水温污水水质大于15%是不宜灌溉，需进行处理，以免淤塞渠道粒径大于0.2mm的不含养分，易淤渠道；小于0.2mm的营养丰富，可随水入田水温对作物生长有一定的影响，利用水温可以改善小气候促进增产可以通过渠道迂回来提高水温含盐总量不同、盐类不同对作物的危害程度不同盐类成分中，钠盐危害最大污水灌溉可通过食物污染对人体造成一定的危害污水进行处理后可以作为灌溉水利用（二）、灌溉水质标准河南农业大学n灌溉用水水质标准序号作物分类标准值项目水作旱作蔬菜1生化需氧量BOD5≤80150802化学需氧量CODcr≤2003001503悬浮物≤1502001004阴离子表面活性剂（LAS）≤5.08.05.05凯氏氮≤1230306总磷（以P计）≤5.010107水温，℃≤358pH值≤5.5～8.59全盐量≤1000（非盐碱土地区）2000（盐碱土地区）有条件的地区可以适当放宽10氯化物≤25011硫化物≤1.012总汞≤0.00113总镉≤0.00514总砷≤0.050.10.0515铬（六价）≤0.116总铅≤0.117总铜≤1.018总锌≤2.019总硒≤0.0220氟化物≤2.0（高氟区）3.0（一般地区）21氰化物≤0.522石油类≤5.0101.023挥发酚≤1.024苯≤2.525三氯乙醛≤1.00.50.526丙烯醛≤0.527硼≤1.0：对硼敏感作物，如：马铃薯、笋瓜、韭菜、洋葱、柑桔等；2.0：对硼耐受性较强的作物，如小麦、玉米、青椒、小白菜、葱等；3.0：对硼耐受性强的作物，如：水稻、萝卜、油菜、甘兰等28粪大肠菌群数，个/L≤1000029蛔虫卵数，个/L≤2农田灌溉水质标准(GB5084-92)河南农业大学n(三)灌溉水盐碱度的指标矿化度(g/L)作物种类及生长情况<1一般作物生长正常1-2水稻、棉花生长正常，小麦受抑制5灌溉充足时，水稻可生长，棉花受抑制，小麦不生长20作物不能生长，可生长少量耐盐植物，大部为光板地地下水矿化度对作物生长的影响1、矿化度：是灌溉水一项重要指标，也是非常通用的指标。它表示单位水体中所含的所有矿物质的重量，单位g/L。灌溉水的允许矿化度为1.7g/L，1.7-3.0g/L是要分析成分，大于5.0g/L是不能灌溉。其缺点是没有分析不同的盐分对作物的危害是不同的。河南农业大学n2、钠吸附比：是指灌溉水体中钠离子和钙镁离子的相对数量，是衡量灌溉水体引起土壤碱化程度的重要指标。钠吸附比计算公式：式中，Na+、Ca+、Mg+表示各离子在每升水中的毫克当量数。当A>20时,为有害水；当A=15—20时，为有害边缘水；当A<8时为安全水土壤的碱化过程通常指土壤吸收性复合体从土壤溶液中吸附钠离子的过程，灌溉水体中的Na+进入土壤溶液，如果其含量过高，就有可能引起土壤次生碱化的发生。河南农业大学n3、残余碳酸钠：河南农业大学n4、灌溉系数（irrigationcoefficient）：是指灌溉水层的深度，该水层在蒸发后所剩余的盐量，能使土壤累积盐分开始达到危害作物生长的程度。公式条件河南农业大学n5、水质算例上河南农业大学n欢迎提问！？河南农业大学n思考题1、掌握灌溉用水量、设计典型年、灌水率、灌溉水质、灌溉水矿化度、灌溉系数等概念2、简述灌溉用水量的计算方法3、简述灌水率的计算方法及灌水率图的绘制方法4、简述灌溉水质的主要内容