1、第一部分水文水资源一、基础知识1、掌握水文循环、区域与流域水量平衡、流域径流形成过程等最基本的水文学原理 今 水 文 循环水文循环概念：地球表面的广大水体，在太阳辐射作用下蒸发变成水汽，上升到空中， 被气流带动输送到各地，在这过程中，水汽遇冷凝结，以降水的形式降落到地面和海洋， 降至地面的那部分水，再从河道或渗入地下以地下水形式补给河流流入海洋。水分这种 往返循环、不断转移交替的现象称为水文循环或水循环。（水文循环的原理）自然界中的水循环有蒸发、降水、下渗和径流 4 个主要环节。水文循环分类:按水文循环的规模与过程，可分为大循环和小循环。大循环：海洋和陆地之间的水分循环 小循环：海洋内或者陆地
2、内的水分循环a. 水循环的外因：太阳辐射能和地球引力的存在b. 水循环的内因：水物理三态(气、液、固)之间的相互转化 水文循环：a .地球上水的存在形式：汽态、液态、固态b. 存在位置：空气中、地表、地下、生物体内 水文循环的意义：a .直接影响气候变化 b.改变地表形态c. 造成再生资源 d .负面影响：干旱，洪涝灾害 气象要素：温度、湿度、气压、风（前 4 个是基本要素)、云、日照等。i 若以地球陆地为研究水量平衡对象，某时段 At 内的水量平衡方程可写成:AWc = Pc R Ec式中:E c:在时段内陆地的蒸发量；Pc：在时段内陆地的降水量；R ：时段内由陆地流入海洋的径流量；AWc
3、:在时段内陆地蓄水量的变化量。 i i 若以海洋为研宄水量平衡对象，某时段 At 内的水量平衡方程可写成：AWs = Ps+R Es 式中Es :海洋在时段内的蒸发量；Ps :海洋在时段内的降水量；R :时段内由陆地流入海洋的径流量；Ws :海洋在该时段内蓄水量的变化量。在多年平均的情况下，A Wc0，A Ws0，则 对于大陆来说，多年平均情况的水量平衡方程为 R=Pc-Ec 对于海洋则为R=Es -Ps式中：R 流入海洋的多年平均年径流量Pc、P s分别为大陆上和海洋上的多年平均年降水量 E c、E s分别为大陆和海洋的多年平均年蒸发量 二式合并，得全球水量平衡方程为Ec+Es= Pc+Ps
4、即全球的降水量和蒸发量是相等的。（全球水量平衡方程）闭合流域：P=R+E 今流域径流形成过程净雨：雨水降到地面，一部分损失掉，剩下能形成地面、地下径流的那部分降雨称为净雨。1、产流过程：把降雨扣除损失变成净雨的水文过程称为产流过程，包括地面净雨和地 下净雨。2、汇流过程：净雨沿坡地从地面和地下汇入河网，然后再沿着河网汇流到流域出口断 面，这一完整的过程称流域汇流过程。前者称坡地汇流，或者称河网汇流。2、掌握水文学的基本概念（降雨、蒸发、入渗，径流、流域与河系，地表径流地下径 流、径流深、径流系数、径流模数等）今 水 文 学 ： 研 宄地球上江河、湖泊、冰川、地下水和海洋等各种水体的存在数量、分
5、 布及变化规律的科学。与气象学、地理学、生态环境学等关系密切。今 降 雨(1) 概念：是指液态或固态的水汽凝结物，从天空下降至地面而成的液态水或固态 水的现象。降水是气象要素之一，也是水循环中重要的一个环节。(2) 降水基本条件 ： 一是空气中要有水汽，二是降温，降至露点温度以下，或空气 冷却，三是大气中存在吸水性的微粒(凝结核）(3) 露点：空气中水汽达到饱和时的温度。当大气温度下降到露点以下时，则形成 了水汽凝结的必要条件。(4) 大气凝结核：指飘浮在大气中的尘粒，其直径约 10-310u n。(5) 降水类型：a. 锋面雨：由于不同性质的气团相遇所形成的雨称为锋面雨。b. 地形雨：暖湿空
6、气在运移过程中，因受地形（如山脉等）影响而被抬升，则由于 动力冷却而形成的雨。因气流（空气）的湿度、温度、抬升速度及地形特点的差异而 不同。地形作用一般使山的迎风面的降水量大，而背风面降水量减少。c. 对流雨：地面受福射温度升高，下层暖湿空气膨胀上升，则暖湿空气在上升过程 中形成绝热冷却，水汽则会凝结成云（淡积云浓积云积雨云)，形成降雨。d. 气旋雨：在低气压中心区，气流从四周向中心福合，垂直方向上运动是上升的， 即暖湿气流辐合上升，在水平面上温度和湿度变化很大，故常常有凝结降水现象。可出 现大范围降雨和大风的天气现象，称为气旋雨。气旋：北（南）半球，由于地球离心力、偏向力及摩擦力的共同作用下
7、，大气中水 平气流呈逆（顺）时针旋转的大型涡旋。在同髙度上，气旋中心的气压比四周低，又称 低压。气旋按其生成的地理位置不同，可分为热带气旋和温带气旋(6) 降雨基本要素：降雨量、降雨历时、降雨时段、降雨强度、降雨面积及降雨中 心、降雨走向。(7) 降雨资料图示：降雨过程线、雨量积累曲线(8) 降水量一分为 7 级(9) 按降雨强度大小，降雨可分为暴雨、大雨、中雨、小雨四种暴雨（50m m/24h)(暴雨：50100、大暴雨：100200、特大暴雨：200)大雨：2550m m/24h ;中雨：1025.m m/24h 小雨：0.110mm/24h ;无雨或微雨：熟悉理论频率曲线（皮尔逊 m 型
8、分布)；皮一 m 型理论频率曲线比较符合我国水文变量的分布。p -ni 型曲线的特点：一端有限另 一端无限的不对称单峰正偏曲线在水文计算中， 一 般要求出指定概率 P 所相应的随机变量的取值 Xp，一般地做法是： 由给定的 Cs 及p，从 p-m 型曲线离均系数值表，查出p ，再由下式求：即求出指定概率 p 所相应的随机变量的取值 XpXp =(0pCy + 1)X熟 悉 统 计 参 数 （ X、Cv 和 Cs)及其物理意义；均值 X:也称算术平均数，代表样本系列的水平，表示系列的平均情况。均方差（标准差）:表示系列的离散程度，均值相同的两个系列，C T 愈大，离散 程度愈大。离势系数 Cv:
9、数理统计学中用均方差与均值之比作为衡量系列相对离散程度的一 个参数，称为离势系数，用 Cv 表示。对密度曲线的影响：C v 值越大越分散，C v 值越 小越集中偏态系数 Cs:水文统计中，用离均差三次方的平均值与均方差的三次方的比值， 作为衡量系列是否对称及不对称程度的参数，称为偏态系数，记为 Cs。当 Cs=0 时，称 为对称分布（正态分布)，表示随机变量大于均值与小于均值的出现机会相等，即均值 所对应的频率为 50%。当 Cs 不等于 0 时，称为偏态分布。其中 Cs0 的称为正偏态， 表示大于均值的变量出现的机会比小于均值的变量出现的机会少；Cs 0 的称为负偏 态，表示大于均值的变量出
10、现的机会比小于均值的变量出现的机会多。适线法：是以经验频率点据为基础，在一定的适线准则下，求解与经验点据拟合最优的 频率曲线参数，这是一种较好的参数估计方法，是我国估计洪水频率曲线统计参数的主 要方法。均值 X 对频率曲线的影响:当皮尔逊 in 型频率曲的两个参数 CV 和 CS 不变时 ， X 越大，频 率曲线抬高，变陡变差系数 Cv 对频率曲线的影响：增大 Cv 将使频率曲线变陡，即增大 Cv 有使频率曲线按顺时针转动的作用。偏态系数 Cs 对频率曲线的影响:g 愈大，均值对应的频率愈小，频率曲线的中部愈向 左偏，且上段愈陡，下段愈平缓 J 了解无偏估计和抽样误差无偏估计：修正样本参数估计
11、总体参数不偏估计公式抽样误差：用一个样本的统计参数来代替总体的参数存在一定的误差，这种误差是由于 从总体中随机抽取的样本与总体有差异所引起的。样本容量越大，抽样误差越小，样本代表性越好。6、 掌握水位、流量（断面和流速测量) 、 泥沙(悬移质含沙量和输沙率测验)等水文信息 要素的观测方法与计算；熟悉水文调查方法及水文资料整编的主要内容 今掌握水位、流量（断面和流速测量)、泥沙(悬移质含沙量和输沙率测验)等水文信息 要素的观测施与计算水文测验包括：水位观测、流量测验、泥沙测验、水下地形测量等。水文测站断面布设：基本水尺断面、流速仪测流断面、浮标测流断面、比降断面。 水位观测设备：水尺和自记水位计
12、观测次数：水位变化平缓时，每日 8 时和 20 时各观测一次；枯水期每日 8 时观测一次; 汛期每日观测4 次。水位资料整编：计算日/月/年平均水位水位过程线面积包围法计算日平均水位。 流量（断面和流速测量）广 断面测量：水深测量起点距旋杯式 流量测验 f 流速仪法测流熟悉水文调査方法及水文资料整编的主要内容籲 水 文 调 査 方 法 （洪水调查、暴雨调查、枯水调查）*水 文 资 料 整 编 的 主 要 内 容 水位观测资料的整理：计算日/月/年平均水位水位过程线 水文资料的收集收集水文资料是水文分析和计算的基础，水文资料的主要来源 有：水文年鉴（主要内容包括：测站分布图，水文站说明表及位置图
13、，各测站水位、 流量、泥沙、水温、降水量、蒸发量等)、水文手册和水文图集（给出了全国或某一 地区的各种水文特征值的等值线图、经验公式、图表、关系曲线等)、水质资料（研 宄天然水体中各种物质的成分及其含量）二、水资源1、 掌握水资源（地表水、地下水）涵义和特点 今 水 资 源 ：广义的含义:指地球上目前和近期可供人类直接或间接取用的水。狭义的含义：1、可按社会的需要提供或有可能提供的水量；2、 该水量有可靠的来源，且该来源可以通过自然界的水文循环不断得到更新或补充3、 该水量可以由人工加以控制4、 该水量及其水质能够适应人类用水的要求。今 地 表 水 ： 一 般指坡面流和壤中流，即地表水体的动态
14、部分 今 地 下 水 ： 主要指浅层地下水。今 特 点i 资源的循环性：水文循环ii 储量的可恢复性和有限性：全球淡水资源仅占全球总水量的 2.5%iii 时空分布的不均匀性：iiii 开发利用的多样性：生产、生活、生态iiiii 利、害双重性：洪水、旱灾、污染2、 掌握水资源评价的内容；水平年和典型年的概念与选取方法今水资源评价的概念：是指对水资源的数量、质量、时空分布特征和开发利用条件的 分析评定。今 水 资 源 评 价 原 则 ：地表水与地下水统一评价、水质水量并重、全面评价与重点区域评价相结合、水资源可持续利用与社会经济发展和生态环境保护相协调+水 资 源 评 价 内 容表资源数量评价
15、(包括水汽输送、降水、蒸发、地表水资源、地下水资源、J总水资源）水资源评价水资源质量评价（河流泥沙、天然水化学特征、水污染状况）水资源开发利用及影响评价 今地表水资源评价内容：数量和时空分布特征今地下水资源量评价的内容：包括补给量、排泄量、可开采量的计算和时空分布特征 分析，以及人类活动对地下水资源的影响分析。今水平年、典型年的选择：根据水文系列的频率分析，选择不同频若干典型年；平水年 P=50%，一般枯水 年 P=75%;特别枯水年P=90% (或 95/i9水平年的确定：应与国民经济和社会发展以及可持续发展的总目标相协调。 a 现状水平年（基准年） b近期水平年：基准年后 510 年 c
16、远景水平年：基准年后 1520 年 d 远景设想水平年：基准年后3050 年典型年选取：一是典型年年水量或供水期水量（或某时段水量）与设计频率相应时段的 水量接近；二是应当选择对工程不利的年内分配。补充水资源评价要先进行分区。3、掌握水资源（地表水、地下水）计算与评价方法今 地 表 水 资 源 量 的 计 算1) 代表站的统计特征值计算2) 多年平均值及变差系数等值线图的绘制3) 分析其时空变化规律4) 推求计算区域的降水、蒸发、径流过程5) 推求计算区域当地、入境、出境的河川径流量。今 地 下 水 资 源 量 的 计 算1) 山区区域：以地下水总排泄量估算2) 平原区域：以地下水总补给量估算
17、（即可开采量)今地下水资源评价方法：水均衡法地下水动力学法 今 水 资 源 总 量 的 计 算1) 当地水资源总量：水资源量=地表水资源量+地下水资源量-重复计算量 重复计算量包括：灌溉回归补给量、河渠湖库等渗漏补给量等2) 区域水资源总量=当地水资源总量+入境水量4、掌握水资源供需平衡分析的原则与方法（如典型年法和系列法）水资源供需预测的意义：水资源供需平衡分析，是指在一定范围内（行政、经济区域或流域）不同时期的 可供水量和需水量的供求关系分析。水资源供需预测目的： a 弄清水资源总量的供需现状和存在的问题 b 预测不同时期不同部门的水资源余缺状况 c 针对供需矛盾，进行水资源的总体规划 水
18、资源供需预测的原则：a 近期和远期相结合；b 流域和区域相结合；c 综合利用和保护相结合 水资源供需预测分析方法：a 系列法 ： 适用于水资源紧缺地区按雨情、水情的历史系列资料进行逐年的供需平衡分析计算。b 典型年法（代表年法)：适用于资料缺乏地区根据雨情、水情具有代表性的几个不同年份进行分析计算，而不必逐年计算。是指对 某一范围的水资源供需关系，只进行典型年份平衡分析计算的方法。典型年法基本步骤：1 划分水资源分区及计算时段 2 选择典型年和水平年 3 可供水量计算 4 需水量计算可供水量是指不同水平年、不同保证率或不同频率条件下通过工程设施可提供的符合一 定标准的水量，包括区域内的地表水、
19、地下水、外流域的调水，污水处理回用和海水利 用等。可供水量和需水量的时空分布不均匀，因此需要分区和分时段进行供需平衡分析。水资源分区：尽量按照流域、水系划分；照顾行政区划；不打乱供水、用水、排水系 统计算时段：可以是年、季、月、旬和日 供需平衡分析：余缺水量:A W=I：W 供 i 一 E W 需 i W 供 i，W 需 i_分别表示分项 i 的可供水量和需水量。W 余缺水量，为+表示水资源富余，尚可开发利用 为一表示缺乏,产生供需矛盾 三生：生产 CDIk、农业)、生活、生态5、掌握节约水资源的途径和措施 今 节 水 的定 义 ：基于经济、社会、环境与技术发展水平，通过法律法规、管理、技术与
20、教育手段，以及 改善供水系统，减少需水量，提髙用水效率，降低水的损失与浪费，合理增加水可利用 量，实现水资源的有效利用，达到环境、生态、经济效益的一致性和可持续发展。 今节约水资源的途径和措施：节水分类：a 城市节水 blCik 节水 c 农业节水 d 污水再生回用雨洪利用城市节水：城市用水组成：综合生活用水（居民生活用水、公共建筑用水)、工业企业 生产用水及工作人员生活用水、消防用水、浇洒道路和绿地用水 城鮮水措施：a 加强宣传教育，提高全面节水意识 b 合理调整水价，运用经济杠杆推动节水工作 c 推广使用节水器具和设备 d 制定用水定额，逐步实施计划管理 e 保护城市供水水源，实现城市污水
21、再生回用工业用水分类：总用水量、循环水量、回用水量、重复利用水量、耗水量、排水量、 取水量、漏失水量、补充水量等 :节 水 措 施 ：a 调整产品结构，改进生产工艺，建立节水型工业 b 强化节水技术，开发节水设备，努力降低节水设施投资 c 加强企业用水行政管理，逐步实现节水的法制化 d 提高工业生产规模，发挥规模经济效益 农业节水技术与工程措施 ：a 非充分灌溉 b 调亏灌溉 c 局部灌溉：滴灌、渗灌等 d 控制性根系交替灌溉技术 e 波涌灌溉：间歇灌溉f 渠系防渗 g 田间节水与农艺节水 h 负压差灌溉：管灌 i 节水 管理工程措施技术要求 a 渠道防渗率：大灌区不低于 40%,中灌区不低于
22、 70%,井灌区全 部防渗；b 井灌区管道输水：固定管道不低于 90m/hm2； c 喷灌工程：满足均匀度、雾化程度要求；d 微灌工程：7J C 源必须严格过滤、净化达到要求。 污水再紐* a 传统方法 b 新技术6、熟悉工业、农业、生活、生态环境需水量的分析预测方法工业用水：一般指工矿企业在生产过程中，用于制造、加工、冷却、空调、净化和洗潘等方面的 水。工业需水预测：QI=QC+QD+QR其 中 .总 用 水 S,在设鉻和工艺流程不变时为一定值Qt.生产过程中消耗的水 M，包括蒸发、渗制等损失水贵 f以及产品带走的水 M QD_排水量，多指未重复利用的废污水量 Q K重复用水量，包括循环用水
23、 S和二次以上的用水置 耗水量和排水量之和称为取用水星 Qu:QFQJI+QR 重复利用率 R:RIR /QIX100%電复利屮率越高，表示工业屮水的有效利用程度越高 4势预测法：Si = S“ l+d) n其中， Si 某一年所预测工业需水量 S 。一基准年的:1业用水量 d 工业用水量年平均增长率 n基准年到预测年份所间隔的年数 b 相关预测法建立与工业产傕之间的相关关系 c 分行业重复利用率提高法报据不同的行业部门，采用万元产值用水跫和重复利用率推算工业用水： q 2=qi (I-Hi) /(1-n： )其中，q h q2分别为基准年和预测年的万元产值 取用水置n_，h 分别为第准年和预
24、测年的工业用水 重复利埘率农业需水预测:农业用水：包括农、林、牧、副、渔业的用水，农:村琨民的生活用水、农朽乡镇企业用水等，农、I k 灌溉用水预测：作物渴水量：作物在全生育期或某一时段内正常生长所需的数量，包括消耗于作物蒸腾量 和株间蒸发 A灌溉制度：作物播种前及生脊期内进行适时灌水的制度灌溉用水量：灌溉面积上露要提供给作物的水量 p a 直接推箅法：M； ： j=m *其 中 ， 一祌作物一次田间灌溉水量，又称净灌溉闬水量， m 作物某次灌水的灌水定额，m 3/亩 w 该作物的灌溉面积，亩 b 考虑蒸发、灌漏等损失时：Mb 威胁生命安 全 c 造成财产损失 d 影响社会稳定2、 掌握防洪标
25、准（G B50201-94)中有关水利水电工程的内容（如工程等别、建筑物 级别、水库规模等）参见防洪标准（G B50201-94)。略+洪水调度及水库调洪计算的规则：a 汛期洪水到来之前，水库坝前水位不超过防洪限制水位b 调洪过程中来水不超过防洪标准时，控制泄流量加上区间合成流量不超过下游河道的 安全泄流量，坝前水位不超过防洪髙水位 c 来水超过防洪标准时，加大泄流量，确保大坝安全 d 洪峰过后尽快将库水位降至防洪限制水位 今 调 洪 计 算 基 本 原 理由于水库有调节库容，当洪水通过水库时，调节库容可将部分洪水拦蓄和滞留在水库中， 从而改变洪水过程线的形状，削减天然河道的洪峰流量，以达到河
26、道防洪和保证建筑物 安全的目的，这就是水库的调洪作用 q = f-2000 KKK50 HMMK3003 100-50 1000-500 2000-1000 50-20 300-1004 50-30 500200 1000-300 20-10 100-505 30-20 200100 300-200 10 50-203、掌握水库调洪计算的基本原理与方法今水库调洪计算方法：(1) 列表试算法（常用方法）(2) 半图解法(3) 简化三角形法(4) 无闸门控制时水库调洪计算(5) 有闸门控制时水库调洪计算(6) 坝顶高程的确定4、掌握流域产流和汇流的基本概念（如产流、汇流、净雨等)；了解流域产流过程
27、和汇 流过程流域产流：把降雨扣除损失成为净雨的过程称作产流过程。（降雨的损失包括：植物截 流、填洼、雨期蒸发、初渗）流域产流方式：a 超蓄产流（蓄满产流)：只有在包气带达到田间持水量后才产生径流的产流方式。是湿 润地区的主要产流方式b 超渗产流：由于降雨强度好过地面下渗容量而产生径流的产流方式。是干旱地区的主要产流方式。流域产流特点：a 超蓄产流特点： 包气带土壤含水量达到田间持水量（蓄水容量）后才产生地下径流 Rg; 径流量 R 中包括地面径流和地下径流，合称为总径流量，即 R=Rs+Rg。 b 超渗产流特点： 包气带土壤含水量总是达不到田间持水量（蓄水容量)，但也可以产生径流 R，起因 于
28、降雨强度 i入渗能力龟； 径流量 R 中仅是地面径流，而不产生地下径流，即 R=Rs。流域汇流：净雨沿坡地从地面和地下汇入河网，然后再沿着河网汇合到流域出口断面， 这一完整的过程称流域汇流过程。前者称坡地汇流，后者称河网汇流。净雨的两条假定：倍比假定：如果单位时段内的净雨不是一个单位而是 k 个单位，则形成的流量过 程是单位线纵标的 k 倍。叠加假定：如果净雨不是一个时段而是 m 个时段，则形成的流量过程是各时段净 雨形成的部分流量过程错开时段叠加5、 熟悉洪水的控制与管理措施（水库防洪计算、水库防洪能力复核）洪水的控制与管理的工程措施：a 堤防工程 b 水库调蓄 c 水土保持 d 分洪、滞洪
29、与蓄洪垦殖 e 河道整治 洪水的控制与管理的非工程措施：a 洪水情报、预报和警报 b 洪水风险分析 c 防洪法规 d 洪水保险 e 防洪调度6、 了解水文预报的基本原理和方法（洪水预报、枯水预报）/水 文 预 报 ：根据水文现象的客观规律，利用实测的水文气象资料，对水文要素未来 变化情况进行预报的一门科学与技术，是水文学的一个重要组成部分。水文预报的分类：按预见期分类：短期水文预报：预见期小于或等于流域汇流时间 中长期水文预报：预见期大于流域汇流时间 水文预报工作的基本程序：制定预报方案、进行作业预报 洪水预报1)定义：根据洪水形成和运动规律，利用水文、气象信息，预测洪水的发生与变 化过程的应
30、用科学技术。（为防汛抗旱而进行的预报）2) 河段洪水预报方法：相应水位（流量）法：利用上下游洪峰水位及相应的转播时 间的相关图进行预报：合成流量法：有支流汇入的河道流量演算法：马斯京根法3) 流域降雨径流预报：根据流域上一场降雨过程推算出流域出口断面未来出现的洪水 过程。枯水预报1) 定义：根据枯水季节流域蓄水的消退规律，利用前期流域蓄水资料，预报未来 的河川径流量和流量过程。（为农业灌溉、水力发电和水环境保护而进行的预报）2) 枯水预报主要方法：a 退水曲线法：根据前一时刻的退水流量来预报后一时刻的退水流量。 b 前后期径流相关法：根据流域前期径流量来预报未来的后期径流量。7、了解设计洪水的
31、主要内容、主要方法和步骤？/主 要 内 容 设计洪峰流量设计洪量设计洪水过程 主要方法 由流量资料推求设计洪水：有实测洪水的地区 由暴雨资料推求设计洪水：有实测暴雨的地区 由水文气象资料推求设计洪水：有水文气象观测资料的地区 利用暴雨等值线图和一些简化公式估算设计洪水：缺乏资料地区 由流量资料推求设计洪水作洪峰流量 Qm 及设计洪量 Wt 的频率计算，分别求得设计频率为 P 的相应洪峰流量 Qm 和设计洪量 Wt;选择流域中代表大洪水的实测洪水过程为典型，以 Wtp 及 Qmp 为 控制放大典型洪水过程典型洪水过程发大的方法：同倍比放大法，分时段同频率放大法 由暴雨资料推求设计洪水 设计暴雨的
32、计算设计洪水的计算：设计净雨推求设计洪水（单位线法）典型洪水过程发大的方法：同倍比放大法，分时段同频率放大法 由气象资料推求设计洪水 可能最大暴雨推求可能最大洪水可能最大暴雨 PMP 与气象资料有关 产汇流计算 小流域设计洪水缺乏资料地区，重点是设计洪峰流量的推求第 二 部 分 水 利 工 程一、农田水利与灌溉排水工程1、熟悉农田水分存在形式及消耗途径、土壤水分特征参数及其基本运动规律；掌握土 壤水分相关的基本概念（田间持水量、凋萎系数等)；了解作物需水量计算方法 熟 悉 农 田 水 分 存 在 形 式 及 消 耗 途径农田水分存在三种基本形式:地面水、土壤水和地下水。土壤水是与作物生长最密切
33、 的水分存在形式。农田水分消耗：植株蒸腾、株间蒸发、深层渗漏 熟悉土壤水分特征参数及其基本运动规律；掌握土壤水分相关的基本概念（田间持 水量、凋萎系数等）农田水分状况(F ieldwater.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。 土壤水：存在于非饱和带土壤孔隙中和为土壤颗粒所吸附的水分。它具有三态：液态水、 固态水及汽态水。土壤水是土壤-土粒、水、气三相系
34、统的一个组成部分。作用于土壤 水的主要的力有分子力、毛细管引力和重力。它们决定了土壤水的存在形式:气态水、吸 着水（吸湿水、薄膜水)、毛管水、重力水。土壤含水量（ soil water content): 105C 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 h1) 重量含水量M M-MW = xlOO%= -L 乂 J00%M MS S式 中 ， Mw土壤中水的重量（g); Ms土壤中干土重量(g); M土壤的湿重，M=Ms+Mw2) 土壤容积含水率式中:Vw土壤中水的容积（cm 3) 3)与 W 的转换9=xm%v;V土样总体积(
35、cm 3)其中：r w=为水的密度，为十,塊-丨_密度。主要测定方法：1)称重法（烘干法)；2)核技术测量：中子仪，y 射线仪；3)电磁 测量：时域反射仪(T DR) ; 4)核磁共振测量；5)热脉冲测量；6)遥感测量：大面积 地表含水率土壤水分特征参数（s oilwater.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. 最大吸湿量（吸湿系数）：土壤吸湿水达到最大值时的土壤含水量，指在饱和空气条 件下土壤颗粒所能吸附的大气中最大水汽量，它反映了土壤吸附气态水的能力。 最大分子持水量:土壤颗粒的分子力所能吸附或结合的水分的最大值称作最大分子持 水量
36、，此时薄膜水厚度达到最大值。 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。作为重力水和毛管水、有效水和过剩水的分界线 凋萎系数（ wilting coefficient):植物开始发生永久凋萎时的土壤含水率，也称调萎含水率或萎蔫点 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 饱和含水量/全蓄含水量 0 s:土壤中全部孔隙全被水所充满时的含水量称为饱和含水 量。V V VrMS*VI M,-VW 毛管
37、断裂含水量：湿润的土壤逐渐干燥时，毛管悬着水的连续状态开始断裂，此时 的土壤含水量称为毛管断裂含水量。土壤含水量低于该值时，土壤中的水分只能以水汽和薄膜水的形势向蒸发面运移。土壤含水率与水分常数的娜 估计水分对植物生长的影响计算灌溉水量 根据土壤水分的动态变化估算腾发量（株间蒸发+植物蒸腾) 基本运动规律 ：入滲补给 潜水蒸发-地下水面土壤水分运动：a 入滲条件下的土壤水分运动 b 土壤水分再分布 c 蒸发条件下的土壤 水分运动a入渗条件下的土壤水婉动1) 入渗：水分进入土壤的过程2) 入渗类型：一维垂直入渗 ： 降水、灌溉入渗二维垂直、水平入渗：河道、渠道 入渗三维垂直、水平入渗 ： 7JC
38、 库、湖泊入渗3) 入錄件下土壤水瓶动 非饱和土壤水运动 饱和一非饱和土壤水运动4) 积水条件下的干A 渗： 分区：饱和区、过渡区、传导区、湿润区 .饱和区、过渡区一般不存在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 柬辨在土粒表面的水汽 吸刚力最外层 3MPa 最大吸湿 M (吸湿常数）薄膜水 吸湿水外层连续水膜 吸着力最外层-0.625MP：! 嚴大分子持水 S(辩膜水不能被梢物吸收） .5MPa 凋蒌系数毛管水 土垴孔隙(毛管)，水气界面为一弯月面 分毛管上升水、毛管恐 t 水表 面 张 力 作 用 毛 管 力10 3 KPa 田间持水湿(毛管悬卷 水 达到 最 大
39、 田 持重 力 水 大孔隙中的水 重力 饱和含水率灌溉/ 降水 P 牛蒸发b 土壤水分再分布土壤水分再分布：降水、灌溉之后，水分在土壤剖面中的运动 1 表层水分由于蒸发、继续向下运动而减小 2 深层水分继续向下运动，湿润锋下移 c 蒸发条件下的土壤水分运动陆面蒸发：包括土面蒸发、植物蒸腾（散发)、腾发（蒸散）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 i 水分蒸发过程中的能量供给 ii 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潜在蒸发强度：土壤供水充分时，由大气蒸发能力决定的最大可能蒸发强度，一般用水 面蒸发强度表示土
40、面蒸发的阶段性(大气蒸发能力不变）i 稳定蒸发阶段：A B，e 0k;蒸发强度 E; e k 取决于土质和大气蒸发能力，毛管 破裂点（50%70%田持）ii 土面蒸发强度随含水率变化阶段：B C。随着含水率的降低，向表层土壤的供水减小， 地表水汽压降低，蒸发强度减小iii 水汽扩散阶段：表土含水率很低时，形成干土层，干土层底部蒸发_水汽扩散/了 解 作 物 需 水 量 计 算 方 法一）直接计算需水量的方法1、以水面蒸发为参数的需水系数法（a 值法）ET= a Eo 或 ET=aEo+bET某时段内的作物需水量，以水层深度 mm 计；E o-与 ET 同时段的水面蒸发量以水 层深度 mm 计.
41、 .Eo 般采用 80cm 口径蒸发皿的蒸发值 a 需水系数，或称为蒸发系数 a,P 经验常数2、以产量为参数的需水系数法（K 值法）ET=KY 或 ET= KYn+cET作物全生育期内总需水量 m3/亩 ； Y-作物单位面积产量 m2/亩 ； K-以产量为指标的 需水系数二）通过计算参照物需水量来计算实际需水量的方法（普遍采用）参照物需水量 ETo 指土壤水分充足、地面完全覆盖、生长正常、髙矮整齐的开阔矮草 地上的蒸发量；之后再用作物系数 Kc 修正，即ET=Kc*ETo2、熟悉北方主要作物需水规律，掌握灌溉制度的基本概念（如灌溉定额、灌水定额、等）及灌溉制度制定的方法熟 悉 北 方 主 要
42、 作 物 需 水 规 律ET :作物腾发量 ETc=Kc*ETo,腾发量就是作物需水量Kc:作物系数；E To 参考作物腾发量北方主要作物需水规律作物 Kc ETo ETc冬小麦 0.88 568 500夏玉米 1.05 358 375生育期灌溉制度作 物 灌水次数 灌水定额（m 3/亩 ） 灌溉定额（m 3/亩 ） 备注小 麦 36 40-80 200-300棉花 24 30-40 80-150玉 米 34 40-60 150-250干旱年份冬小麦需水强度变化规律：播种一越冬（10-11 月）：较小越冬期（12-2 月）：最小返青后逐渐增大，抽穗期 达到最大，此后又有所减小。今掌握灌溉制度的
43、基本概念（如灌溉定额、灌水定额、等）灌溉制度：作物播种前及全生育期内的灌水次数、每次灌水时间及灌水定额、灌溉定额。 灌水定额：一次灌水单位灌溉面积上的灌水量，m 3/亩 或 mm 表示 灌溉定额：各次灌水定额之和。m3/亩 或 mm 表示 灌水率：单位灌溉面积上的灌溉净流量，也称灌水模数（考到）排濟模数：按设计标准确定的单位排涝面积的最大排涝流量，以 m3/s km2表示（考到) 灌溉制度制定的方法 充分灌溉制度的确定方法：i 总结群众丰产灌水经验；i i 根据灌溉试验资料制定灌溉制度 i ii 根据水量平衡原理制定灌溉制度 非充分灌溉下的灌溉制度i 经济灌溉制度：确定效益最大的灌溉定额； i
44、i 优化灌溉制度：灌溉水量在生育期内分配 根据水量平衡原理制定灌溉制度 1 )水 量 平 衡 ： （ 单位 ： mm, m3/亩 ， .m3/ha)Wt-Wo=Wr+Po+K+M-ETWo:时 段 初 储 水 量 ； Wt:时段末储水量;W r:计划湿润层增加而增加的水量 P :有效降水量;K :地下水补给量;M :时 段 灌 溉 水 量 ； ET:田间需水量2) 初始储水量 W0蒸发消耗至 Wmin，灌水 1 无降水情况下 ：Wmin=WO-(ET-K)=WO-(e-k)t灌 水 时 间 ： t=(WO-Wmin)/(e-k)灌 水 定 额 ： m=Wmax-Wmin2 降水、灌溉后： /W
45、t=Wt+P(KM3) 基 本 资 料 ：i 土壤计划湿润层深度：与作物、生育阶段有关； ii 土壤适宜含水率及允许最大、最 小 含 水率 ； iii 有 效 降 水 量 ； iiii 地下水（深层土壤水利用量)；i iiii 由于计划湿润层增 加而增加的水量4) 灌溉用水量的确定：i 各种作物灌溉定额、种植结构、面积一净需水量；i i 渠系利用系数一毛需水量 灌溉水利用系数=净灌溉水量/毛灌溉水量3、熟悉不同灌水方法（如地面灌溉、喷灌、滴灌等）及其技术特点灌水方法：灌溉水进入田间并湿润根区土壤的方法和方式，分全面灌溉和局部灌溉两大类畦灌：1) 适用作物：小麦、谷子等窄行作物、牧草及某些蔬菜2
46、) 技术要素：根据地面坡度、土地平整情况、土壤透水性能、农机具等因素合理选定 技术要素i 哇田规格：长度 30100m，宽度 24m 且为农机具宽度的整倍数，1 亩约 510灌水方法 作物 地形 水源 土壌畦灌 密楦作物、牧草、部分蔬 菜坡度均匀，70/。 80% ; ii 水量分布图3) 水滴打击强度 喷灌技术参数 ：1) 喷头水量分布图 2)喷头沿支管的间距 3)支管间距 4)喷头组合形式（i 矩形 ii 三角形)5) 支管方向 喷头组合间距 ：a 几何组合法 b 修正几何组合法 c 经验系数法 支管方向 a 地形、风向 滴灌1) 滴头的种类：微管式滴头管式滴头孔口式滴头涡流式滴头双壁毛管2) 滴 头 选 择 ：0 流量：组合后满足作物需要、不产生深层渗漏和径流，一般 681/h 0 工作可靠，不易堵塞 0 性能规格整齐划一，制造误差小0 结构简单，价格便宜3) 滴头与毛管的布置
