农田水利学(1-2).ppt
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农田水利学(1-2).ppt
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农田水利学(农水12级4-6班),主讲人:
俞双恩邵光成Tel:
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470422309,绪论,农田水利(即灌溉与排水)是指用人工手段克服自然降雨不足或过多而给农业带来的不利影响,调节区域水资源和土壤水分状况,防治旱、涝、渍、盐碱等灾害,以促进农业稳产、优质、高产。
我国洪涝干旱灾害频繁,灌溉排水事业在促进农业和农村经济发展中具有重要的地位和作用,是水利事业的重要组成部分。
农田水利是水利工程主要类别之一,由于它服务的对象是“三农”,因此也是农业工程的重要组成部分。
一、基本国情,地理位置中国地处北半球亚欧大陆的东部,东临浩瀚的太平洋,西部深入亚欧大陆腹地,陆地面积960万平方公里,约占世界陆地面积的十五分之一,占亚洲面积的四分之一,差不多等于整个欧洲的面积。
在世界上仅次于俄罗斯和加拿大,居第三位。
我国陆上疆界线长达2万多公里,与朝鲜、越南、老挝、缅甸、印度、不丹、锡金、尼泊尔、巴基斯坦、阿富汗、蒙古、哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦、俄罗斯等15个国家相邻。
1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,朝鲜,俄罗斯,蒙古,哈萨克斯坦,吉尔吉斯斯坦,塔吉克斯坦,阿富汗,印度,巴基斯坦,尼泊尔,锡金,不丹,缅甸,老挝,越南,自然地理地形地貌中国地形复杂,地势西高东低。
西南部的青藏高原海拔4000m以上;向北、向东分别是海拔10002000m的云贵高原、四川盆地、黄土高原和内蒙古高原;再向东是海拔500m以下的丘陵地区、长江中下游平原、黄淮海平原和松嫩平原。
自南向北跨越热带、亚热带、温带。
干旱及半干旱地区面积占国土面积的一半以上。
农业种植主要集中在地势较平坦的平原和缓坡丘陵。
土地资源中国土地资源的构成和分布特点:
一是类型多样,耕地、林地、草地、荒漠、滩涂等都有大面积分布;二是山地、高原多,平原盆地少;三是分布不均,耕地主要集中在东部,草原多分布在北部和西部,而森林大部分都集中在东北和西北的边远地区。
表一中国国土概况,我国现有耕地13515.85万hm2,人均占有耕地为世界平均水平的2/5,但有精耕细作的传统,土地利用率较高,复种指数约为1.23。
耕地集中分布在东北平原、华北平原、长江中下游平原、珠江三角洲和四川盆地。
东北平原主要农作物有玉米、小麦、大豆、水稻等;华北平原主要作物有小麦、玉米、棉花、水果等;长江中下游和四川盆地主要作物有水稻、小麦、油菜等。
水资源我国多年平均降水深648mm,多年平均年河川径流量为27115亿m3,浅层地下水年资源量为8288亿m3,扣除两者重复计算部分,年平均水资源总量约为28124亿m3,居世界第六位,但人均占有水资源量仅为2200m3,约为世界平均水平的1/4,是世界上最缺水的国家之一。
长江流域及其以南地区的耕地占全国总量的35,人口占全国的53,水资源量却占全国的80;而占全国耕地面积65、人口总数占全国47的黄淮海地区,水资源量只占全国水资源总量的20左右。
水土资源匹配严重失衡,不利于农业的发展。
水资源压力指数一览表,水资源的分布状况,流域范围,降水受季风气候和地形地貌的影响,我国各地的降水差异很大,东部地区降水多,西部地区降水少,南方地区降水多,北方地区降水少;时间上分布也不均匀,北方地区降水集中在69月份,约占全年的80,南方地区降水量多集中在47月或58份,约占全年降水量的60。
年降水量小于400mm的地区对灌溉依赖程度很高,没有灌溉就没有稳定的农业。
全国降水分区及灌溉分区见表二和下图,表二全国降水分区情况,水稻灌溉带,不稳定灌溉带,常年灌溉带,河流中国有流域面积大于100km2的河流5万多条,流域面积大于1000km2的河流1500多条。
流域面积较大,对我国经济社会发展影响较大的七条江河见表三。
表三中国七大江河概况,湖泊我国的湖泊约有24000个,总蓄水容量7088亿m3,总面积72000km2。
湖面面积大于1km2的湖泊有2800个,湖泊面积大于1000km的有12个。
其中比较著名的五大淡水湖泊有:
鄱阳湖、洞庭湖、太湖、洪泽湖、巢湖等。
表四中国五大淡水湖泊,地下水我国地下水含水层大致可划分为三种类型,即:
松散沉积物组成的孔隙含水层,主要分布于各大江河中下游平原、大型盆地、黄土高原和沙漠地区,分布面积约占1/3;岩溶含水层,主要分布于珠江流域、云贵高原、太行山区等,分布面积约占13;裂隙含水层,主要分布在广大山区。
地下水灌溉面积主要分布在华北平原、东北平原和西北一些河流的冲积平原。
干旱与洪涝灾害历史上我国干旱和洪涝灾害频繁发生。
公元前206年到1949年的2155年间,中国发生较大旱灾1056次,较大水灾1092次。
1949年1990年,我国农田平均每年受旱面积1959.2万hm2,成灾面积768.9万hm2,每年粮食平均减产1011.3万t,受旱人口4921.2万人。
1950年1990年,我国平均遭受洪涝灾害面积780.4万hm2,成灾面积430.8hm2,平均每年倒塌房屋190万间,因水灾直接死亡人口5500人。
根据中国水旱灾情公告(2010年)统计分析19502010年的中国洪涝灾害受灾面积和成灾面积多年平均分别为982.349万hm2、544.624万hm2,分别占全国多年平均播种总面积的6.6%和3.8%,60年中国的洪涝灾害发展具有人口伤亡降低,但面积增大、危害加重、经济损失加重的趋势。
60年来我国大的洪涝灾害统计(成灾面积超过1000万hm2),二、我国农田水利发展概况,古代我国自古以农立国。
由于水旱灾害频繁,所以,我国农业发展史,也是与水旱灾害作斗争的历史。
大禹治水4000年前就有“尽力乎沟洫”、“陂障九泽、丰殖九薮”等农田水利的内容;西门豹治邺2300多年前在河北临漳修引漳十二渠灌溉农田和改良盐碱地;李冰父子2200多年前秦国蜀郡守李冰主持修建都江堰,使成都平原成为“沃野千里,水旱从人”的天府之国。
秦汉时期是我国农田水利第一次大发展时期。
郑国渠建于公元前246年,是秦始皇统一六国前新建的灌溉工程,号称灌田4万顷,使关中地区成为我国最早的经济区,为秦始皇统一中国打下基础;汉武帝时,在泾水和渭水建了很多的灌溉引水渠,当时关中耕地只有全国的1/3,人口不过全国的3/10,而财富则为全国的6/10。
隋唐和北宋时期是我国农田水利第二个发展期。
安史之乱后,人口大量南迁,浙江一带沿江滨湖修建了大量圩垸,种植水稻,到晚唐时期,太湖地区的赋税收入已超过黄河流域,成为新的基本经济区;北宋时,宋神宗支持王安石变法,颁布了农田利害条约,进一步促进了农田水利的发展;南宋王朝偏安江南后,不仅江浙一带水利得到发展,而且东南沿海及珠江三角洲的水利建设也开始有所发展。
明清两代是我国历史上第三个农田水利发展时期。
全国人口从元朝的5000万,到明代的9000万,到清朝康熙年间的1亿,到清末的4亿,在500年间增长了7倍多。
人口的增多,促进了水利的大发展。
明清时代长江中下游的水利已得到广泛开发,仅在洞庭湖的筑堤围垦,明代就有200处,清代达四五百处,所谓“湖广熟而天下足”,可见两湖地区已成为全国又一个基本经济区。
与此同时,珠江流域、津京地区、西北西南边疆地区灌溉事业都有了很大的发展,东北的松辽平原在清朝中叶开禁移民以后,农田水利也有所发展。
近代19世纪中期以后,由于帝国主义的入侵,我国沦为半封建半殖民地社会,这一时期水利在局部地区虽有所发展,但是总的来说则是日趋衰落。
19世纪后期,由于西方近代科学技术传入中国,一批水利学者从国外学习归来,开办水利学校,传播先进科学技术。
1915年我国第一所水利专门学校河海工科专门学校在南京成立。
1917年以后,长江、黄河等流域相继设立水利机构,进行流域内水利发展的规划和工程设计工作。
1930年由李仪祉先生主持,开始用现代技术修建泾惠渠,以后又相继兴建了渭惠渠、洛惠渠等灌区。
到1949年全国灌溉面积约2.4亿亩。
新中国新中国成立后,党和政府将水利作为农业的命脉和国民经济发展的基础,使水利事业得到了迅速发展,取得了巨大成就。
到2010年底,全国已建成各类水库87873座,水库总库容7162亿m3。
其中:
大型水库552座,总库容5594亿m3,中型水库3269座,总库容930亿m3,全国大中型水库大坝安全达标率为91.6。
全国已建各类水闸43300座,其中大型水闸567座。
水力发电装机容量超过21157万kw;机电井458万眼;排灌泵站50万座,机电排灌动力设备保有量8078万kw;有效灌溉面积0.60亿hm2,除涝面积0.217亿hm2;水土流失治理面积106.8万km2。
不同历史时期,灌溉的发展重点不同。
20世纪50年代以兴修水库、塘坝等蓄水工程和河道引水工程为主;6070年代,随着国家工业化进程的加快,电网和柴油供应在农村逐步普及,泵站提水灌溉发展迅速;70年代,由于各方面用水量增加,北方地表水源日益紧张,打井开发地下水成为灌溉发展的重点;80年代,灌溉面积增长一度出现停滞,工作重点转向“加强经营管理,提高经济效益”;90年代以后,国家强调把节水灌溉作为革命性措施来抓,明确了新时期灌溉发展的方向和工作重点,并增加投入,使灌溉面积和效益重新走上稳步发展的轨道;进入21世纪,国家实施可持续发展战略,要求采取多种措施努力提高用水效率,使农田灌溉从粗放的外延扩张为主,转到集约、内涵挖潜为主的轨道上来。
三、农田水利学的基本内容,农田水利学是一门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、消除水旱灾害和利用水资源为发展农业生产而服务的科学。
农田水利学在国外称为“灌溉与排水”(IrrigationandDrainage)。
农田水利学的基本内容主要包括两个方面:
调节农田水分状况农田水分状况一般是指农田土壤水、地面水和地下水的状况及其相关的养分、通气、热状况。
农田水分的不足或过多,都会影响作物的正常生长和作物的产量。
调节农田水分状况的水利措施一般有:
灌溉措施根据作物生长的需要,通过灌溉系统有计划地将水分配和输送到田间,以补充农田水分的不足。
排水措施将农田多余的水分排入容泄区,使农田处于适宜的水分状况。
控制地下水位对农作物的增产作用是非常显著的。
改变和调节地区水情地区水情是指地区水资源的数量、分布情况及其动态。
我国水资源的显著特点是:
时空分布不均、水土资源组合极不合理,因而造成供水与需水在时间和空间上不协调,必须通过各种工程措施,改变和调节地区水情。
主要措施有:
蓄水保水措施通过修建水库、河网和控制利用湖泊、地下水库等改变水量在时间和地区上的分布情况。
调水、排水措施调水排水措施是指通过引水渠道,使地区之间或流域之间的水量互相调剂,从而改变水量在地区上的分布。
第一章农田水分状况与土壤水分运动,农田水分状况是指农田地面水、土壤水和地下水的多少及其在时间上的变化。
土壤水是农田水分存在的主要形式,土壤水分的变化有其自身的规律。
一切农田水利措施,归根结底都是为了调节和控制农田水分状况,通过对土壤水分的调控,以改善土壤中的气、热和养分状况,并给农田小气候以有利的影响,达到促进农业增产的目的。
因此,研究农田水分状况对于农田水利的规划、设计及管理工作都有十分重要的意义。
第一节农田水分状况,农田水分存在的形式,农田水分,地面水,土壤水,地下水,汽态水,吸着水,毛管水,重力水,吸湿水,薄膜水,上升毛管水,悬着毛管水,数量极少忽略不计,不能自由移动吸湿系数,极小移动最大分子持水率,无效水,有效水,过剩水,土壤水分特征曲线土壤水分与能量的关系可以通过土壤水分特征曲线来反映。
这个曲线反映了土壤负压和土壤含水率的关系,如图:
当土壤含水率降低至吸湿系数的1.52倍时,就会使植物发生永久性凋萎现象,此时的含水量称为凋萎系数,其对应的土壤负压一般为15ba(大气压)。
悬着毛灌水达到最大时的土壤含水量称为田间持水量,生产实践中,常将灌水两天后土壤所能保持的含水率叫做田间持水率。
相应的土壤负压约为0.10.3ba。
旱作农田水
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