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1
3
27/3,22/4,14/5
120
297.41
445.89
433.55
1.46
2
27/3,22/4
80
267.29
400.73
411.30
1.54
18/4,14/5
262.53
393.60
423.15
1.61**
4
29/4,22/5
269.71
404.36
409.85
1.52
5
263.44
394.96
425.27
6
27/3,7/5
259.32
388.79
413.20
1.59
7
不灌
224.61
336.75
338.72
1.51
8
27/3,22/4,22/5
338.90
508.10
384.83
1.14
表3.3.1-31997~1998年冬小麦水分、产量试验结果
7/4,21/4,13/5
291.92
437.66
441.84
261.18
391.57
431.03
1.65
243.57
365.17
419.87
1.72**
7/4,13/5
254.69
381.84
397.78
1.56
228.31
342.29
390.68
1.71*
244.70
366.87
394.26
1.61
20/3,7/4,5/5,20/5
160
293.58
440.15
440.35
1.50
285.37
427.84
420.73
1.47
9
274.35
411.32
405.84
1.48
表3.3.1-41998~1999年冬小麦水分、产量试验结果
21/11,31/3,24/4,19/5
288.48
432.50
481.5
1.67
21/11,6/4,15/5
241.62
362.25
462.5
1.91*
262.76
393.94
468.1
1.78
259.97
389.76
470.9
1.81
1/4,5/5
219.38
328.91
466.5
2.13**
4月6日
40
210.94
316.25
383.4
1.82
156.44
234.54
355.1
2.27
21/11,16/3,6/4,5/5,19/5
200
295.86
443.57
430.0
1.45
图3.3.1-3冬小麦总耗水量、产量和水分利用效率(WUE)关系
表3.3.1-51999年夏玉米水分、产量试验结果
10/6,18/7,1/8,23/8,8/9
298.74
447.89
618.7
2.07
10/6,18/7,1/8,23/8
268.62
402.73
637.7
2.37
10/6,18/7,7/8
237.09
355.46
602.3
2.54*
10/6,18/7
227.67
341.33
586.3
2.58**
10/6
215.75
301.45
543.7
2.52
图3.3.1-4夏玉米总耗水量、产量与水分利用效率(WUE)关系
3.3.2冬小麦、夏玉米水分生产函数分析
作物水分生产函数:
是作物产量与消耗水量之间的数学关系,包括不同阶段、不同程度缺水以及缺水历时对作物产量影响的定量关系。
以上是对水量、产量灌溉试验结果的直观分析,本节根据水量和产量试验结果建立水分生产函数模型,对水分和产量关系进行理论分析,由于作物生长是连续的,某一生育阶段缺水不仅影响该生育期,而且对下一生育期也产生影响。
因此,作物产量与生育期内各生育阶段的耗水量应是集合关系,故采用Jensen连乘模型来分析确定作物不同生育阶段缺水量对产量的影响。
Jensen连乘公式形式为:
(3.3.2-1)
式中:
Y——缺水条件下农作物的实际产量;
Ym——充足灌溉条件下农作物最大产量;
i——生育阶段序号;
n——生育阶段数;
i——第i阶段缺水时作物减产的敏感性指数;
ETi——缺水条件下农作物第i阶段的实际耗水量;
ETmi——充足灌溉条件下农作物第i阶段的最大耗水量。
由于产量与耗水量的关系是连乘的关系,为了求得i,对式
(3.5-1)进行数学处理两边取对数得:
,i=1,2,3,…,n(3.3.2-2)
令
则(3.5-2)式将转化为:
(3.3.2-3)
通过N种不同的灌水试验处理,得到K组Eik,Zik(k=1,2,3,,N,i=1,2,3,…,n)。
采用最小二乘法,即可求得满足下式要求的i值:
(3.3.2-4)
欲想使Q取极小值,必须令
,即:
这样i可由下列联立方程组解出:
L111+L122+…+L1nn=L1z
L211+L222+…+L2nn=L2z
:
(3.3.2-5)
Ln11+Ln22+…+Lnnn=Lnz
i=1,2,…,n
j=1,2,…,n
i=1,2,…,n
其相关系数R可用下式求得:
R=[
Li,n+1/Ln+1,n+1]
(3.3.2-6)
缺水减产敏感性指数i值越大,表明这个生育阶段对水分亏缺的敏感程度越大,对产量的影响也越大。
表3.3.2-1冬小麦各生育阶段缺水减产敏感性指数i
水文
年份
生育阶段λi
相关系数
(R)
资料年份
播种
~
返青
(1)
拔节
(2)
抽穗
(3)
灌浆
(4)
成熟
(5)
0.0181
0.1333
0.2149
0.2130
0.1443
0.9998
1998~1999
-0.1492
0.3227
0.9340
0.6386
0.0966
0.9382
1996~1997
0.1569
-0.1208
0.6737
0.5181
0.0874
1.0000
1997~1998
平均
0.0086
0.1117
0.6075
0.4566
0.1094
0.9793
1996~1999
表3.3.2-2夏玉米各生育阶段缺水减产敏感性指数i
抽穗
灌浆
0.1496
0.2061
0.3645
0.1116
0.9999
1999
4.4灌溉水利用系数测算实例分析
4.4.1渠灌区(以石津灌区某年数据为例)
①渠系水利系数分析
表4.4.1-1石津灌区斗渠以上各级渠道有效利用系数(土渠道)
渠道级别
灌溉面积(万亩)
设计流量
(m3/s)
生产统计系数
静水测得系数
建议采用系数
斗渠以上各级渠系利用系数
总干渠
250.0
120.0
0.888
0.89
干渠
35.4
20.0
0.835
0.85
0.76
分干渠
10.4
5.0
0.834
0.9
0.87
0.66
支渠
1.7
1.0
0.836
0.93
0.90
0.59
表4.4.1-2石津灌区斗渠以上各级渠道有效利用系数(混凝土防渗渠道)
0.986
0.83
0.987
0.95
0.77
0.97
一个完整的渠系应该包括干、支、斗、农几级渠道,渠系水利用系数为:
,但根据灌区控制面积大小也不完全相同,石津灌区控制面积较大,设有总干渠、干渠和分干渠,不防渗情况下,渠系水利用系数为:
=0.89×
0.85×
0.87×
0.90×
0.94
=0.501
防渗情况下,渠系水利用系数为:
0.93×
0.95×
0.97×
=0.718
②田间水利用系数分析
田间水利用系数是毛渠口以下至灌水沟、畦田水流运动质量的评价指标,它与浇地的质量、地形、毛渠长度、田间工程的好坏、畦田规格大小、土质等状况有密切关系。
根据某灌区的实测资料分析,若工程标准及畦田规格适宜,田间水利用系数可达0.9以上。
③灌溉水利用系数
灌溉水利用系数应为:
,根据石津灌区的资料,灌溉水利用系数为:
不防渗情况下,
渠系防渗情况下,
根据我国和我省渠灌区的资料,一般大中型灌渠区也只有部分防渗,所以灌溉水利用系数多在0.4~0.5之间。
4.4.2井灌区(以大城县某年数据为例)
基本情况与资料:
测试分析选在大城县九间房村村东南2号井,井深300米,动水位埋深56米,静水位埋深52米,该井潜水电泵配套功率28千瓦,输水系统采用固定硬塑料管,环形布置,管网总长3323米,支管间距100~120米,出水口(给水栓)间距50米,全管网共设50个出水口,机井管网控制毛灌溉面积423亩,田间固定管道7.86米/亩,每个出水口控制灌溉面积8.46亩。
井灌区内,耕层土壤为中壤土。
输配水系统采用2级渠道,农渠(或管道)为固定输水渠道,毛渠为田间临时配水渠道。
⑴机井管道输水灌溉水利用系数测定
①净灌水定额测定
在该井控制面积内,选择代表性地块,在田间布置3×
50米的畦田规格小区(按灌溉规范的畦田规格设置),小区面积为0.225亩。
采用管网出水口配塑料软管直接输水入畦,用水表计量入畦水量,同时用秒表记录每个小区的灌水时间,测得20个小区的净灌水量和净灌水时间如下表表4.3.2-1。
表表4.4.2-1净灌水定额实测结果
序号
10
合计净灌水量
(m3)
平均净灌水量
净灌水量
10.3
8.7
12.8
11.1
10.5
9.8
12.2
9.6
净灌溉水时间
(分)
10.67
9.42
11.58
13
11.83
12
11.5
12.5
226.6
11.33
11
14
15
16
17
18
19
20
合计净灌水时间(分)
平均净灌水时间
12.7
8.5
13.9
13.6
11.75
13.25
15.17
242.17
12.11
从表4.3.2-1可以看出,受土地平整度以及出水量稳定性等因素的影响,每个小区的实测净灌水量差别较大,20个小畦的平均净灌水量为11.33m3,折合净灌水定额为m=11.33/0.225=50.36(m3/亩)。
20个小区平均净灌水时间为12.11分。
②管系水利用系数测定
为了测定管系水利用系数,在水泵出水口安装一块固定水表,用以测量机井出水量,另备有一块带有法兰盘能安装在出水口上的移动水表,用以测量管网出水口的出水量。
根据群众习惯,为了便于耕作,管网出水口设地头,不接软管情况下,水还要通过田间的一段毛渠入畦灌溉,待每次开泵管网完全出水并且流量基本稳定后,分别测定并计算出机井单位出水量和管网出水口单位出水量为,机井出水量平均值为57.82m3/小时;
管网出水口出水量平均值为56.5m3/h;
则管系水利用系数为:
[其中:
,
]
③管道输水田间灌溉水利用系数
m——为实际不产生深层渗漏时的灌水定额(m3/亩);
A——为末级固定渠道控制的实测面积;
——管网出水口放出的总水量。
②机井管灌灌溉水利用系数
⑵机井土渠输水灌溉水利用系数测定
①农渠(不防渗、为土渠)输水利用系数
测定方法是选择代表性渠段,我们采用首端水源处安装水表,末端安装三角堰,待垄沟输水基本稳定后,同时观测首末端的流量,其差值为土渠的输水损失量。
为了增加资料的可信度,参考我省沧州地区的实测资料,实测结果如下表4.3.2-2,每米土垄沟输水损失量平均值为0.0266m3/h/m。
表4.4.2-2土垄沟输水损失量实测表
测定
地点
首端流量
(m3/h)
垄沟长度
(m)
每米土垄沟输水损失量
(m3/h/m)
平均值
备注
大城
55.37
150
0.0358
0.0266
土壤质地均为中壤土,符号h代表小时。
61.46
0.0257
沧州
76.2
300
0.0279
30.1
440
0.0170
根据机井控制面积实际情况,实测农渠输水长度280米,农渠每小时渗漏量为0.0266×
280=7.45(m3/h)。
根据计量测定,机井出水量按57.82(m3/h),则农渠末端下游断面入毛渠的水量为57.82―7.45=50.37(m3/h),农渠水利用系数为:
②机井土渠输水灌溉水利用系数
2.4喷灌工程应用实例
1前言
井灌类型区农业高效用水模式与产业化示范工程项目是国家科技部“九五”期间重大科技产业工程项目之一。
项目拟在河北省三河市建立具有代表性的井灌类型区农业高效用水示范工程1.5万亩和辐射区5万亩,完成适宜井灌区农业高效用水的喷灌、微灌、低压管道输水示范工程,通过示范工程来带动河北省乃至全国的井灌区高效用水农业的发展。
项目分四个专题实施,①井灌类型区水资源高效利用调控技术;
②井灌类型区高标准低压管道输水灌溉技术;
③井灌区农业高效用水喷、微灌节水技术;
④井灌类型区自动化控制管理技术。
该内容是中心示范区的喷灌工程标准化设计说明书,是第三和第四专题研究内容的部分内容,其规划设计步骤如下:
2基本资料
2.1地形资料
示范区田面平整,比降一般为1/2000~1/3000。
中心示范区节水灌溉工程见平面示意图。
2.2气象资料
三河市属于大陆性季风气候,冬春气候干燥寒冷,夏季炎热多雨,秋季凉爽短促。
多年平均气温11.1℃,极端最高气温带40.2℃,最低气温-25.8℃。
多年平均降水量度617.4mm,降水时空分布不均,年际、年内变化较大,年最大降水量为1100.5mm,最小值为267.7mm,一年中80%的降水量集中在6~9月份。
多年平均蒸发量度1120mm,无霜期190天,冻土层深度约为800mm,冬春季风向多为西北风,夏秋季多为偏南风,多年平均风速为2~3m/s,冬春季平均风速3~3.5m/s。
2.3土壤资料
示范区内主要为砂壤土、有部分壤土和粘土。
砂壤土耕层土壤容重为1.45g/cm3,田持水量为24.8(干土重%)。
2.4水源情况
流经三河市的主要过境河流有泃河、潮白河、鲍邱河,它们均属海河流域的蓟运河和潮白河水系,近几年地表水资源严重缺乏,仅有泃河有3~5个流量的基流,其它两条河基本上常年干棝,目前示范区灌溉主要靠开采地下水,开采量迅速增加,地下水位下降很快,已由前几年的2~3m下降到10多米以下。
地下水含水层主要由泃河和潮白河冲洪积松散堆物质所构成,单井涌水量一般为35~40m3/h,地下水的矿化度小于1g/L,水质清亮,未受过任何污染。
中心示范区机井情况见表2.1
表2.1井灌类型区农业高效用水中心示范区机井情况统计表
机井
编号
井深
井径
井管
材料
机井出水量
(t/h)
静水位
动水位
机井控制面积
(亩)
成井
时间
(年)
机井使用情况
65
400
水泥管
35
30
95
正常
85
废井
92
87
96
60
100
93
91
90
2000
84
86
基本
正常
55
94
130
2.5农作物种植情况
现状为地面传统灌溉方式,主要种植冬小麦、夏玉米,粮食作物占80%,复种指数1.6,小麦平均单产350kg,玉米400kg。
每年的3~5月份为冬小麦的主要灌溉季节,此期灌溉水资源紧张,水资源供需矛盾突出。
2.6设计依据
根据《GBJ85—85喷灌工程技术规范》和《喷灌工程设计手册》。
3设计参数的确定
3.1作物需水量ET
作物需水量ET采用1979年联合国粮农组织推荐的彭曼(Penman)方法及灌溉试验实测资料分析确定。
彭曼方法计算公式为:
其中:
KC——作物系数;
ET——作物需水量;
ET0——参照作物腾发量;
P0——海平面上的平均气压;
P——计算地点平均气压;
Δ——饱和蒸气压与温度关系曲线斜率;
——干湿温度常数;
Rn——太阳净辐射量;
Ea——空气动力项或称干燥力。
示范区主
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