节水灌溉理论与技术教案1.docx
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节水灌溉理论与技术教案1
节水灌溉理论与技术教案
节水灌溉理论与技术教案.主讲教师:
刘增进2004年10月2第一讲自我介绍引言:
我国古代灌溉史现代灌溉事业节水灌溉发展动因第一章节水灌溉概论第一节节水灌溉的内涵及研究内容一、节水灌溉的内涵1、定义2、内涵3、表述二、节水灌溉的环节三个环节第二讲第二节节水灌溉的主要措施一、水资源合理开发利用技术措施(开源节流,以供定需)1、多种水资源联合运用技术2、雨水汇集利用技术3、地下水利用技术4、劣质水资源化5、水资源优化配置技术二、节水灌溉的工程技术措施1、渠道防渗技术2、低压管道输水技术3、喷灌技术4、微灌技术5、覆膜灌溉技术6、地下灌溉技术7、坐水种(点灌)8、沟畦灌溉改造技术39、调亏灌溉10、非充灌溉11、交替灌溉12、精细灌溉三、农艺节水措施1、耕作保墒技术2、覆盖保墒技术3、水肥耦合技术4、节水作物品种筛选技术5、化控节水6、调整农业结构第三讲四、节水管理措施1、节水灌溉制度设计2、土壤墒情监测与灌溉预报技术3、灌区配水技术4、灌区量水技术5、现代化灌溉管理技术6、农业水价问题五水稻节水灌溉技术1、水稻旱育技术2、水稻控制灌溉第三节发展节水灌溉的意义一、全球水资源概况二、我国水资源概况1、来水量2、需水量3、可供水量4、节水灌溉潜力45、水资源分区
(1)多水区
(2)湿润区(3)半湿润区(4)半干旱区(5)干旱区第四讲第三节发展节水灌溉的意义三、国情1、人口总数密度2、GDP3、经济结构二元结构4、800美元的概念美元以上发达阶段美元基本实现美元初步实现美元起步工业化300030001500800四、农业现状1、农业生产率低下2、农业结构不合理3、农业产品技术含量低4、农业组织单一5、出口产品多为初级产品6、产品成本高7、农业基础设施薄弱8、农业投资少五、WTO对农业的冲击1、世界粮价2、我们的承诺3、对策(有利)greenboxyellowbox六、粮食安全51、质量2、数量3、平时应对粮荒4、战时5、对策(储备、发展)6、结论第四节我国节水灌溉的新进展一、节水灌溉发展历程3个阶段二、目标三、新进展四、现代农业附录学习与考试1、学习方法认真听讲,作好笔记。
2、学习目的传授节水知识,表达一种节水意识或者是素质。
3、考试平时10%,作业10%,期末考试80%。
第五讲第五章作物水分生理学基础概念生命活动(物质代谢,能量转换、信息传递)作物(广义、狭义)人工/自然选择第一节植物对水分的需求一、植物细胞1、结构2、细胞分裂3、植物的组织和器官二、植物体内的含水量三、植物体内水分存在状态四、水分在生态活动中的主要作用第二节植物细胞对水分的吸收概念吸涨作用,渗透吸水一、细胞的渗透吸水1、自由能和水势2、渗透作用63、渗透系统1)质壁分离;2)质壁分离复原4、细胞的水势=渗透势+压力势+补质势5、细胞间水分移动第六讲第二节植物细胞对水分的吸收二、细胞的吸涨作用三、水分进入细胞的途径单个水分子膜脂双分子层的空隙bulkflowwaterchannel思考题专业术语第三节根系对水分的吸收一、根的形态和结构
(一)根的形态1、主根、侧根、不定根2、根系直根系、须根系3、根的分布范围、深度4、根的特性
(二)根的结构1、根尖1)根冠2)分生区3)伸长区4)成熟区2、成熟区及其上部结构二、根系吸水的途径1、apoplastpathway2、transmemberpathway3、symplastpathway三、根系吸水的动力根压蒸腾拉力
(一)根压1、现象1)伤流bleading2)吐水guting2、机理渗透理论、代谢理论7
(二)蒸腾拉力四、影响根系吸水的土壤条件1、土壤水分的有效性(p51)2、土壤通气状况3、土壤温度4、土壤溶液1)思考题2)专业术语第七讲第四节蒸腾作用transpiration1)以液体状态2)以气体状态evaporation蒸发蒸腾作用蒸发过程植物结构气孔行为一、蒸腾作用的生理意义和发生部位
(一)蒸腾作用的生理意义1、蒸腾作用是植物吸水和运输的主要动力。
2、蒸腾作用对吸收运输矿物质和有机质有帮助。
3、蒸腾作用能降低叶片温度。
(二)蒸腾发生的部位Leticulattranspiration0.1%leaves99.9%(三)蒸腾作用的方式1、叶片蒸腾作用的方式禾本双子叶上多下少上下表皮木本集中在上表皮1)Cuticular5%-10%2)Stomatal90-95%2、叶片上的气孔分布50-100/mm2,1%叶面积,50%的水面蒸发。
二、气孔蒸腾气孔水分、CO2O2入口交换的大门。
(一)气孔运动1)双子叶植物2)单子叶植物肾形保卫细胞哑铃形保卫细胞8
(二)气孔运动的机理(学说)1)starchsugerconversion2)无机离子吸收学说3)苹果酸生成学说(三)影响气孔运动的因素1)光照喜阳、耐阴、长日照、短日照2)湿度30最大35℃以上变小10以下张开不很好3)CO2低浓度高浓度(现在280L/L)玉米310575蒸腾作用23%,光合30%思考题专业术语第八讲第4节蒸腾作用三、气孔蒸腾中水汽扩散的过程及模型
(一)扩散过程P20T1-q气孔蒸腾中水汽扩散的途径
(二)扩散模型蒸腾速度=扩散层阻力气孔阻力压蒸汽梯度叶外蒸汽气孔下腔蒸汽压扩散途径的阻力扩散力)(四、影响蒸腾作用条件1、湿度2、温度3、光照4、风5、土壤条件五、蒸腾的表示法1、蒸腾速度单位时间内、单位叶面积蒸水量gdm-2h-1。
2、蒸腾比率每1000g水所或干物质质量(g)。
3、蒸腾系数(需水量),制造1g干物质所需水分。
思考题专业术语第五节植物体内的水分运输一、水分运输的途径SPAC的理论基础1、经过死细胞导管和管胞。
2、经过活细胞气孔下腔附近的叶肉、根尖。
3、导管和管胞的形成的生物意义。
二、水分运输的速度9活细胞0.1MPa条件下0.01mm-0.24mm/d。
导管3-45m/h管胞0.6m/h(针叶裸子)。
三、水分沿导管或管胞上升的动力目前1)下部根压2)上部蒸腾拉力3)各职作用四、水分沿导管或管胞上升的机理蒸腾内聚力张力学说爱尔兰HHDison第六节土壤植物大气水分传输系统1、SPACsoilplantatmospherecontinuum2、途径3、水势大小顺序4、提出时间第七节作物对水分的适应(从生态宏观看)一、大田作物的水旱适应性1、喜水耐涝型2、喜湿润型3、中间水分型4、耐旱怕涝型5、耐旱耐涝型二、树木的水分适应性1、旱生型2、中旱生型3、中生型4、中湿生型5、湿生型
(二)我国森林分布类型1、寒温带针叶林带6℃等温线以下500-700mm。
2、温带落叶阔叶林带6-13℃500-700mm。
3、亚热带常绿阔叶林带13-20℃1000-1500mm。
4、热带季雨林20℃1000-2019mm。
三、草类的水分适应1、耐湿类型2、耐旱类型四、树改善作物生态环境的作用LiP17以水调气,以水调温,以水调肥改善农田小气候,提高耕作质量和效率其他要求。
10第九讲第八节植物抗性生理(胁迫生理)逆境(胁迫)抗性生理一、抗性生理通论1、逆境或胁迫对植物的伤害糖蛋白转化成可溶物质呼吸速率加大)3(光合作用减弱膜系统受损)4()2()1(2、逆境或胁迫对植物的锻炼3、植物对逆境的适应(adaptation)避逆性、耐逆性
(1)植物形态上;
(2)休眠;(3)生理上生物膜、胁迫蛋白、脱落酸二、植物抗性分类:
1)抗冻、抗冷2)抗热性3)抗旱性4)抗盐性5)抗涝6)抗病性等345直接与水有关,叫水分胁迫或水分亏缺(Waterdeficit)三、干旱生理1、干旱
(1)定义
(2)分类2、干旱对作物的影响3、作物对干旱适应的形态特征4、提高抗旱能力的措施四、水分胁迫的基本概念五、水分胁迫对作物生理机制的影响思考题专业术语第三章作物水分生产函数第一节作物水分生产函数的基本概念1、定义2、作物生活的基本要求二、作物水分生产函数1、定义2、作物水分生产函数的特征第二节作物水分生产函数的数学模型一、静态模型1、全生育阶段水分生产函数的数学模型。
2、生育阶段水分生产函数的数字模型。
(1)乘法模型
(2)加法模型二、动态模型111、机理型动态模型2、经验型模型思考题专业术语第十讲第四章喷灌第一节喷灌及其特点一、喷灌的定义:
二、喷灌的优缺点一)优点:
1、节水
(1)喷洒质量高;
(2)水利用系数高;(3)水分生产率高2、省工
(1)机械化作业
(2)减少田间劳动量(3)综合利用3、省地4、保土5、适应性强
(1)各种作物;
(2)各个地方与场所;(3)适应于各种土壤和地形;6、增加产量
(1)定额灌溉
(2)保土(3)调节田间小气候7、机械化程度高二)缺点1、投资高
(1)机械设备
(2)管道(3)土建2、风影响大3、能耗大三、喷灌发展展望四、喷灌的其它用途1、防霜冻2、施肥3、灭火4、防治病虫害5、城市园林6、水果工程第二节喷灌系统组成及分类一、喷灌设备1、喷洒设备2、增压设备3、输水设备4、行走设备5、量测设备6、控制设备二、喷灌系统组成1、定义:
水源、喷灌设备、田间工程2、组成水源、输水系统、喷灌设备
(1)水源水源种类、对水源的要求
(2)水泵12(3)动力(4)田间工程(5)管道工程(6)喷灌机三、喷灌机思考题专业术语第十一讲第三节喷灌的主要技术要素一、喷灌强度
(一)定义:
mm/h
(二)喷灌强度的表示方法1、点喷灌强度thLimtAid002、平均喷灌强度Atwii△t一段时间1)点平均喷灌强度2)单喷头点平均喷灌强度
(1)计算值2RqAqAttqAtw
(2)实验值a计算值inni11b加权值sisinini11/3、组合喷灌强度sckw1)平均喷灌强度21000Rqs2)风系数Kw3)布置系数Cp4、允许喷灌强度1)定义2)要求3)修正值二、喷灌均匀度131、定义影响因素:
布置方式、组合间距、喷头水力性能、地面平整度、风。
2、喷灌均匀度的表示法1)喷灌均匀系数hhCu1要求:
固定喷灌系统0.75行走喷灌系统0.852)水量分布图3、喷灌均匀度的实验与计算1)单喷头水量分布图实验2)多支管多喷头全园喷洒a、实验b、迭加计算三、水滴打击强度1、定义2、表示方法1)水滴直径mm要求1-3,测量
(1)面粉
(2)滤纸(3)高速摄影片2)雾化指标(H/d值)定义:
要求蔬菜4000-5000大田作物3000-4000果树牧草2019-3000第四节喷头一、喷头的分类1、按压力分类:
低压喷头、中压喷头、高压喷头2、按喷洒特征分类:
散水式与射流式1)散水式特点①结构简单②雨滴细小③工作压力低散水式喷头按结构可分为①折射式②缝隙式③离心式2)射流式射流式喷头由:
①喷嘴②喷管③喷体④空心轴套⑤驱动机构射流式喷头按驱动机构形式不同分为:
①摇臂式喷头②叶轮式喷头③垂直摇臂式喷头④全射流式喷头14第十二讲二、喷头的基本参数和性能1、喷头的基本参数
(1)进口直径D10、15、20、30、40、50、60、80、100
(2)喷嘴直径d主喷咀(3)压力①喷头工作压力HP②喷嘴压力H(4)喷水量qq=3600gHA2A/m2,H/m水柱(5)喷头水力性能参数2、喷头水力性能参数HPqR3、喷头型号PY1系列、PY2系列、PYS系列思考题专业术语第五节喷灌泵一、我国目前喷灌泵的种类1、离心泵2、自吸离心泵3、离心泵加自吸装置4、各种井泵二、喷灌泵系列11个产品新昌金龙喷灌泵业公司第六节喷灌机1、定义:
2、分类①按行走特征分为:
定位喷洒式(定喷机),行走喷洒式(行喷机);②按移动方式可分为:
人工移动、机械移动式、自动行走式;第七节喷灌管材及附件一、喷灌管材铸铁管、钢管、塑料管、铝管、混凝土管1、铸铁管①分类:
承插管、法兰管、高压管、普压管、低压管②安装:
法兰、承插管、刚性连接、柔性连接15③要求:
工作压力2、钢管①分类水煤气钢管、热轧无缝钢管、冷轧无缝钢管、电焊钢管②安装法兰、螺纹、焊接③要求工作压力3、塑料管1)硬管①分类聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管②安装焊接、软化粘结或连接③要求工作压力2)软管①规格型号规格有:
1、2、212、3英寸四种。
分类:
软管和半软管。
软管有:
麻布水龙带、锦沦塑料、维塑软管半软管有:
胶管、高压聚乙烯管②安装:
快速接头、承插4、铝管5、混凝土管二、管道附件1、控制件1)阀门(闸阀、截止阀、球阀)2)排气阀3)泄水阀2、连接件(也称管件)三通、四通、弯头、堵头。
三、管道辅助件1、支墩2、镇墩3、仪表、压力表、流量计、水表及电工仪表等。
四、快速接头给水栓思考题第十三讲第八节喷灌系统的规划设计喷灌系统设计类型)()(喷灌工程简称管道式喷灌系统喷灌系统简称机组式喷灌系统一、喷灌工程规划设计的原则和内容
(一)原则161、管道分级两级干支,三级干、分干支、四级、总干、分干、干、支。
2、管道布置原则
(二)喷灌工程规划设计的程序1、项目建议书:
依据国家政策,地方实际情况提出立项建议。
2、项目可行性报告:
勘测、收集资料、确定喷灌工程类型和规模,进行喷灌工程初步规划设计,投资估算。
3、项目技术设计:
工程设计、施工设计(详细),工程度计划、工程概预算。
4、项目验收(三)主要设计成果1、喷灌工程规划设计说明书2、喷灌工程规划设计图纸(四)喷灌工程规划设计依据(标准)1、国家标准《喷灌工程工程技术规范》GBJ85-852、《喷灌工程设计手册》水电出版社二、喷灌工程规划的基本资料
(一)地形资料地形图
(二)土壤资料1、土壤质地砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、粘土等。
2、土壤容量3、田间持水率4、土壤入渗能力5、土壤化学性质6、土壤最大冻土层(三)气象资料(长系列和典型年)降雨量、蒸发量、气量、温度、日照、无霜期风向:
一般分8个方位风力:
风力等级和风速(四)水源条件(同灌排设计)(五)农作物作物种类、面积、种植方式、作用布局、复种指数、作物需水资料17(六)农业经济概况1、农业发展规划2、水利区划3、农业经济情况4、交通条件5、行政区划6、动力设备情况三、喷灌工程类型选择1、管道式喷灌工程2、自压喷灌工程四、喷灌制度确定喷灌制度包括:
灌溉定额、灌水定额、灌水次数、灌水周期等。
(一)设计灌水定额m=0.1H(max-min)/
(二)设计灌水周期T=Eam(三)喷灌制度确定方法1、水量平衡法1)播前灌/(min)max0rHM2)生育期内ETmKPWWWrt003)全生育期inimMM102、彭曼公式1)参照作物需水量计算ET02)实际需水量计算ET=Kc(ET0)五、喷灌工作制度定义:
1、喷头在一个位置(工作点)的喷灌时间t=qabm10002、同时工作的喷头数和支管数Nt=TcqmNz=NNt183、轮灌方案1)轮灌组划分要点:
2)支管轮灌方式六、喷灌工程组合间距的确定
(一)喷头选择1、喷灌方式全园喷洒、扇形喷洒2、喷头的选择1)工作压力2)喷头型号3)喷咀直径4)射程5)喷水量3、计算和校核
(二)喷头的组合形式1、支管布置方向
(1)受风影响时
(2)山丘区坡耕地2、喷头的组合形式1)定义2)表示法3)喷头组合形式长方形、正方形、三角形(正三角形和等腰三角形)。
第十四讲六、喷灌工程组合间距确定(三)确定喷头的组合间距1、定系数法a=CR设b=CR设R设=KR2、变系数法a=KaRb=KbR3、验算设计喷灌强度和组合均匀度是否满足要求。
七、喷灌管道水力计算
(一)管道选择1、分级最末一级管道为支管,支管上安装喷头。
2、管网布置:
树状网、环状网、混合网。
3、管材选择
(二)喷灌支管设计1、竖管设计1)管径2)高度H竖=H作+△h192、支管设计hw+△z0.2Hp(三)输水管道优化设计1、经验公式法2、经济流速法3、非线性规划法4、微分法(四)管道水力计算1、沿程水头损失计算hf=fbmdLQhfFfh2、局部水头损失hjgV223、水击验算1)直接水击△h=gVV()10DEKH14252)直接水击Ts40时为间接水击(五)管道系统结构设计参照民用建筑供排水管道设计标准进行,提供管道安装图。
八、水泵与动力选型1、设计杨程H=HP+ni1hfi+ni1hji+△2、设计流量Q=Ntq思考题第五章微灌工程第一节微灌一、微灌(定义)20二、微灌的特点1、局部灌溉2、灌水量小3、灌水质量高4、工作压力低,节能5、适应性强6、综合利用三、微灌分类
(一)按灌水器出流方式分类1、滴灌2、地下滴灌3、微喷灌4、涌泉灌
(二)按管道固定程度分类,以滴灌为例1、固定式1000-20192500-35002、半固定式700-10003、移动式500-700四、微灌组成1、水源工程2、道部枢纽3、输配水管网4、灌水器第二节微灌设备微灌设备有:
灌水器、管道及连接件、过滤器、施肥罐、控制、测量和保护设备。
一、灌水器滴头、微喷头、涌水器和滴灌带1、滴头P2341)按与毛管连接方式分:
管间式、管上式2)按灌水器出水方式:
滴水式、涌泉式、渗水式、间歇式213)按灌水器消能方式:
长流道式、孔口消能式、涡流消能式、压力补偿式。
2、滴灌带内镶式、薄壁式3、微喷头1)折射式微喷头2)射流旋转式微喷头二、微灌管道与连接件1、管道多用塑料管材2、连接件1)外接式管件北京绿源公司2)内接式管件山东莱芜塑料制品总厂第十五讲三、微灌用过滤设备初级过滤水泵站进水池前设拦污栅,沉淀池设施。
主要过滤器有:
1、旋转式水砂分离过滤器,又称离心式过滤器。
1)用途含沙水流的初级过滤2)原理离心力2、砂石过滤器,又称介质过滤器用途库水、塘坝、沟渠等敞开水面水源有机物或泥沙。
3、筛网式过滤器用途水质较好的水源。
4、混合式过滤器四、压差式施肥罐用途向微灌系统注入化肥、农药等。
五、控制、量测与保护装置1、进排气阀2、流量调节器3、压力调节器4、压力表5、水表思考题22第三节微灌工程规划设计一、微灌工程规划设计的类型1、微喷灌工程规划的类型2、滴灌工程规划设计二、微灌工程规划设计的主要内容
(一)微灌工程的布置1/5001/20191、首部枢纽位置确定2、毛管和灌水器的布置
(1)滴灌时毛管和灌水器的布置1)单行毛管直线布置2)单行毛管带、环状布置3)双行毛管平行布置
(2)微喷灌时毛管和灌水器的布置平行作物种植方式,一行或多行布置一条毛管三、干支管布置1、平原区干管平行于作物种植方向,支管垂直于作物种植方向。
2、山丘区干管平行于等高线,支管垂于等高线。
(二)微灌灌溉制度设计1、灌水定额m=0.1rzp(Qmax-Qmin)2、设计灌水周期T=Eam3、一次灌水延续时间qnmSrStt(三)微灌系统工作制的确定1、续灌2、轮灌(四)微灌工程流量确定1、毛管进口流量Qm=Nmq2、支管进口流量Qz=Nzq3、干管流量Q干=ni1Q支i23(五)微灌工程水力计算1、微灌管道水头损失
(1)bmfdLQfhffhFh
(2)局部水头损失gVhw222、灌水小区内允许水头偏差率灌水小区内要求灌水均匀
(1)灌水器流量偏差率不应大于20%。
dq%100minmaxvqqqdq%20
(2)灌水小区内允许水头偏差率。
[△h][hv]hdg.01[hv]=xvvqxx115(六)首部枢纽设计1、过滤器△hz=△h0+△hmax2、选择施肥罐(七)管道工程结构设计(八)水泵与动力选型设计扬程H设=△h1+△h2+zp-zb+h0+hwhf设计流量Q设=ni1Q支i(九)工程概预算设备、土建和其它三部分编制(十)工程施工计划思考题24作业题1、我国节水灌溉理论与技术的发展概况及展望?
11032、发展节水灌溉的意义?
(可结合实地情况)3、水分生理学的研究内容及发展概况。
11174、水分生产函数的研究内容?
11245、喷灌工程规划设计的主要内容?
12106、微灌工程规划设计的主要内容?
1215
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