第一章
§1 农田水分状况
农田水分：指农田中的地表水、土壤水和地下水。地表水：地表积水。 土壤水：包气带中的水分。
地下水：饱水带中的水分（可自由流动的水体）。
与作物生长最密切的是土壤水。
一、土壤水
（一）土壤水分形态
土壤水又可分为吸着水、毛管水和重力水等几种水分形态。
1．吸着水
（1）吸湿水
分子力、紧紧束缚在土粒表面、不能移动、分子状态水
吸湿水达到最大时的土壤含水率称为吸湿系数。
（2）膜状水
分子力、束缚在土粒表面、可沿表面移动但不能脱离土粒表面、液态水膜
膜状水达到最大时的土壤含水率称为最大分子持水率。
2．毛管水
对于单个土粒,只能依靠分子力吸附水分, 但对于由许多土粒集合而成的土壤,其连续不断的孔隙相当于毛细管,
因此还存在一种毛管力,依靠毛管力保持在土壤中的水分称为毛管水。按水份供给情况不同，分悬着毛管水和上升毛管水。
（1）悬着毛管水
灌溉或降雨后，在毛管力作用下保持在上部土层中的水分。
土壤储存水的主要形式。
悬着毛管水达到最大时的土壤含水率称为田间持水率。
（2）上升毛管水
在地下水位以上附近土层中，由于毛细管作用所保持的水分。
上升毛管水达到根系，则可被作物吸收利用，但地下水位不允许上升到根系，以防渍害。
盐碱地区应严格控制地下水位，发防发生次生盐碱化。
3．重力水
土壤中超过田间持水率的那部分水为重力水。
重力水以深层渗漏的形式进入更下的土层，或地下水。
旱地应避免深层渗漏，以防止水的浪费和肥料的流失。
水田保持适宜的深层渗漏是有益的，会增加根部氧分，有利于根系发育。
（二）土壤水分的有效性
土壤对水分的吸力：1000MPa—0.0001MPa
作物根系对水分的吸力： 1.5 MPa左右
(1 MPa=9.87大气压=100m水柱)
如果水分受土壤的吸力小于1.5 MPa, 作物可吸收利用;如水分受土壤的吸力大于1.5 MPa, 则作物不能吸收利用。
1.5 MPa是有效水和无效水的分界点。
土壤水分的有效性可以用下图来说明：
（图：土壤水分有效性图）
二、农田水分状况
(一)旱田适宜的农田水分状况
不允许地表积水
土壤适宜含水率: 凋萎系数~田间持水率
凋萎系数=0.6β田
地下水水质较好,则地下水位可较高, 但一下水位不能达到根系层。
有盐碱威胁地区,应严格控制地下水位,以免发生盐碱化。
(二)水田适宜的农田水分状况
水稻是喜水作物,除适时晒田处,田面要经常维持一定的水层。但水层不能过深, 否则会使根系缺氧,使根部发生无氧呼吸,有毒物质增加, 影响根系生长发育,
甚至烂根。
目前多用浅水勤灌, 适时晒田。缺水地区应推广控制灌溉技术。
地下水位不宜过高, 应保证一定的深层渗漏。适量的深层渗漏对水稻生长有利, 可增加根部氧分。深层渗漏也不宜过大, 会浪费水, 流失肥料。
(三)农田水分状况的调节
农田水分状况并不是总处于适宜的水分状况, 农田水分可能过多,也可能过少, 水分过多和过少都对作物生长不利。下面分析农田水分过多的原因及调节措施。
1．农田水分过多的原因及措施
原因: 降水量大; 洪水泛滥; 地下水位过高等。
形成的灾害
洪灾——河湖泛滥而形成的灾害。
涝灾——降水过多，积水难排，造成灾害。
渍害——土壤长期过湿，危害作物生长，造成灾害。
措施：
防洪——整治排洪河道，兴算修水库，加固堤防等。
防涝——开挖排水河道，修建排涝闸、站等。
防渍——开挖田间排水沟，防止过量灌溉等。
2．农田水分过少的原因及调节措施
原因：降雨少，土壤滞水能力差（山丘区）等。
措施：
灌溉——主要措施；
疏松土层——切断毛细管，减少土壤蒸发；
地表覆盖——用麦桔、地膜覆盖，阻止土壤蒸发；
化学抗旱——减少叶面蒸腾。
§2 土壤水分运动
土壤水分运动的两种途径：毛管理论、水势理论。
毛管理论仅适用于对一些简单的问题分析。
水势理论则是根据在土壤水势基础上推导出的扩散方程，研究土壤的水分运动。这种
方法
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理论严谨，适用于各种边界条件，因而具有广阔的应有前景。
一、土壤水运动基本方程
在一般情况下，达西定律同样适用于非饱和土壤水分运动。根据达西定律和质量守恒原则，可推导出水壤水运动基本方程。
土壤水运动基本方程的两种形式：式（1-11）和式（1-14。
在初始条件和边界条件已知的情况下，可求解式（1-11）和式（1-14），得各点土壤含水率（或负压）和土壤水流量的计算公式，或用数值计算法，直接计算各点土壤含水率（或负压）和土壤水流量。
二、入渗条件下土壤水分运动
除雨和灌水入渗是补给农田水分的主要来源。教材中针对地面已形成一薄水层情况，推导了如下基本公式：
（1）剖面含水率分布，式（1-19'）
（2）入渗速度公式，式（1-20）
（3）入渗速度挖计算公式，式（1-21）
（3）在单间t内入渗入总量计算公式，式（1-21'）
菲利普根据严格的数学推导，由一维土壤水运动方程，推导出了入渗速度的近似计算式，式（1-22），以及t时间内总入渗量计算公式，式（1-23）。
我国习惯采用考斯加可夫经营公式计算入渗速度和入渗水量。即式（1-25）和式(1-26）。本课程专门安排了一个实验来验证考斯大林加可夫公式。
第二章
§1 作物需水量
一、作物田间水分的消耗
(三种途径：叶面蒸腾、棵间蒸发和深层渗漏)
叶面蒸腾：作物植株内水分通过叶面气孔散发到大气中的现象；
棵间蒸发：植株间土壤或水面（水稻田）的水分蒸发；
深层渗漏：土壤水分超过了田间持水率而向根系以下土层产生渗漏的现象。
解释：棵间蒸发能增加地面附近空气的湿度，对作物生长环境有利，但大部分是无益的消耗，因此在缺水地区或干旱季节应尽量采取措施，减少棵间蒸发（如滴灌<局部灌溉>、水田不建立水层）和地面覆盖等措施。
深层渗漏对旱田是无益的，会浪费水源，流失养分，地下水含盐较多的地区，易形成次生盐碱化。但对水稻来说，适当的深层渗漏是有益的，可增加根部氧分，消除有毒物质，促进根系生长，常熟、沙河、涟水等灌溉试验站结果都表明：有渗漏的水稻产量比无渗漏的水稻产量高3.9%
~ 26.5%。
叶面蒸滕量＋棵间蒸发量＝腾发量＝作物田间需水量
水田：田间需水量＋渗漏量＝田间耗水量
由于水田不同土壤渗漏量大小差别很大，为了使不同土质田块水稻需水具有可比性，因此水稻的田间需水量不包括渗漏量，如计入渗漏量，则称为田间耗水量。
二、作物需水规律
（一）影响作物需水量的因素
１、气象条件 主要因素，气温高、日照时间长、空气湿度低、风速大、气压低等使需水量增加；
２、土壤条件 含水量大，砂性大，则需水量大（棵间蒸发大）
３、作物条件 水稻需水量较大，麦类、棉花需水量中等，高粱、薯类需水量较少；
４、农业技术措施 地面覆盖、采用滴灌、水稻控灌等能减少作物需水量。
（二）作物需水特性
１、中间多，两头少；开花结实期需水量最大
２、存在需水临界期
需水临界期：在作物全生育期中，对缺水最敏感，影响产量最大的时期。
几种作物的需水临界期：
水稻 孕穗至开花期
棉花 开花至幼铃形成期
小麦 拨节至灌浆期
了解作物需水临界期的意义：
１、合理安排作物布局，使用水不至过分集中；
２、在干旱情况下，优先灌溉正处需水临界期的作物。
三、经验公式法确定作物田间需水量
（一）全生育期作物田间需水量的确定
１、α值法（蒸发皿法）
前面已讲过，气温、日照、湿度、风速、气压等气象因素是影响作物需水量的最重要的因素，而水面蒸发正是上述各种气象因素综合作用结果，因此作物的田间需水量与水面蒸发量之间存在一定程度的相关关系。因此我们可以用水面蒸发量作为参数来估计作物田间需水量。
Ｅ＝αＥ0
式中：Ｅ--全生育期作物田间需水量（mm）
α--需水系数，江苏中稻α＝１．１５
Ｅ0--与Ｅ同时段的水面蒸发量（mm）。
α值法适用于水稻。
(旱作物的E与E0相关不显著)
２、Ｋ值法（产量法）
实践表明作物的产量与田间需水量之间存在一定的相关关系，在一定范围内Ｅ随作物产量的提高而提高。因此可以用产量作为参数来估计作物的田间需水量。
Ｅ＝ＫＹ
式中 Ｅ--需水量，m3/亩；
Ｋ--需水系数（ｍ3/Kg)，由试验资料确定；
Ｙ--作物产量（ｋｇ/亩）
由于Ｅ与Ｙ实际上并不是成线性关系，因此有人对上式作了修正。
E0为保证作物存活下来，但产量为零（棵粒无收）。
E=KY n + C
式中：n--经验指数；
Ｃ--经验常数。
K值法适用于旱作。
（二）各生育阶段田间需水量的确定
（1）利用需水模系数
有了全生育期田间需水量，可以借助需水模系数，把总需水量按各生育阶段进行分配。需水模系数是作物某一生育阶段田需水量占生生育期需水量的百分比。
Ei=Ki E
式中 Ei --第i阶段作物田间需水量；
Ki --第i阶段作物需水模系数。
需水模系数通过试验取得，表2-7列出了几种主要作物的需水模系数。
（2）利用阶段需水系数（水稻）
式中 αi--第i阶段需水系数；
Ｅ0i --第i阶段的水面蒸发量（mm）。
（三）需水强度的确定
需水强度即为某一天的需水量。
单位：mm/d 或 m3/(亩d)
公式： ei=Ei/ti
式中 ei--第i阶段的需水强度；
Ei--第i阶段的需水量；
ti--第i阶段的天数。
四、彭曼法计算作物需水量
英国科学家彭曼于1949年首次提出，又于1963年简化了他的公式。联合国粮农组织推荐采用彭曼法计算作物需水量。彭曼法的特点是：理论基础可靠，计算精度较高；但计算较复杂，所需基础数数较多。计算时分两步。
（一）计算出潜在需水量（参考作物需水量）
潜在需水量指：参考作物（如苜蓿mu xu、牧草)在供水充足条件下的需水量。
式中 P0--
标准
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大气压；
P--计算地点平均大气压；
Δ--平均气温时饱和水气压Ea随温度变化的变率；
γ--湿度计常数；
Rn--太阳净幅射。
（二）计算实际作物的需水量
E=Kc×Ep
式中 Kc--作物系数。
§2 作物灌溉
制度
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天然降雨可满足作物的部分需水要求，但降水不强能完全满足作物的需水要求。在干旱和半干旱地区更是如此，因此为实现农业的高产稳产，必须进行灌溉。要灌溉就牵涉到什么时候灌、灌多少等问题。本节讨论的作物灌溉制度就是解决上述问题。
一、概述
1．什么是灌溉制度
灌溉制度：为了保证作物适时播种（或栽秧）和正常生长，通过灌溉向田间补充水量的灌溉
方案
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。
灌溉制度的内容：灌水定额、灌水时间、灌水次数和灌溉定额。
灌水定额：一次灌水在单位面积上的灌水量。
单位：水田可用mm，旱田用m3/亩。
换算：1mm= 0.667m3/亩
灌溉定额：生育期各次灌水的灌水定额之和。
总灌溉定额：播前灌水定额（或泡田定额）+ 灌溉定额
2．为什么要制定灌溉制度
（1）为灌溉工程规划设计提供依据。
（2）为灌区用水管理提供依据。
3．制定灌溉制度的方法
（1）总结群众丰产经验；
（2）进行灌溉试验；
（3）按水量平衡原理进行计算。
在生产实践中，常把上述三种方法结合起来使用。具体做法是：根据设计年份的气象资料和作物的需水要求，参照群众丰产经验和灌溉试验资料，根据水量平衡原理拟定作物灌溉制度。
二、水稻的灌溉制度
水稻种植一般采取育秧移栽的方法。育秧的田块叫秧田。移栽的田块叫本田或大田。秧田育秧时间短，田块面积小，灌水量较少，因此下面主要讨论的是大田的灌溉制度。
秧田的灌溉：先灌浅水，水深10~20mm，苗高3cm后，增加水深至20~40mm，苗高10cm后，排水落干，促进根系生长，拔秧前为便于拔秧，再深水浸泡。
本田插秧前需要泡田整田，便于插秧，并为秧苗返青创造条件。所以本田分为泡田期和插秧后的生育期。泡田期灌水定额称为泡田定额。
（一）泡田定额
泡田额一般为80~110m3/亩。
江苏昭关灌区多年平均M饱=98.7m3/亩。
（二）生育期灌溉制度
1．水田水量平衡方程
某时段水量耗损：蒸发E、渗漏S、排水C
水量补给：降雨P、灌溉M
设时段初水层深为h1，时段末水层深h2，则
2．计算灌溉制度
计算原理见下图：
3、计算方法
（1）列表逐日计算
（2）编写电算程序，利用计算机计算
三、旱作物的灌溉制度
（一）播前灌水定额
播前灌水的作用：保证种子发芽出苗；储水。
计算公式：
式中 H--
计划
项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载
湿润层深，即计划到调节与控制土壤水分的土层深度，播前灌水时H=0.3~0.4m；
A--孔隙率；
βmax、βo--分别为灌水上限含水率和初始含水率（以水的体积占孔隙体积的百分数表示）。
（二）生育期内灌溉制度
1．水量平衡方程
研究对象：计划湿润层土壤含水量
平衡方程： W1+P+WT+K+M-E-S-C=W2
图中 各变量单位均为m3/亩。
W1、W2--分别为时段初、末计划湿润层内含水量，
H1--时段初计划湿润层深；
H2--时段末计划湿润层深；
E--腾发量，即作物田间需水量；
M--灌水量；
P--降水量；
C--排水量（地表径流量）；
K --地下水补给量；
一般地下水埋深大于3米时，取K=0，地下水埋
深小于3米时，K按试验资料取值。
S--深层渗漏；
WT--因计划湿润层增加而增加的水量。
令P0为入渗雨量(m3/亩），则
P0 = P－C
C =αP
P0=P-αP=（1- α）P=σP
P--降雨量(m3/亩)；
α--径流系数。
σ--降雨入渗系数，参考表2-15。（参阅本科教材）
计划湿润层水量平衡方程变为：
W1+ P0+WT + K + M －E－S = W2
各变量单位均为m3/亩。
2．计算灌溉制度的原理
（1）计算各时段灌水上下限及田间持水量
（2）推算灌溉制度
列表或图解计算时采用旬为时段,电算时可以日为计算时段。
先设无m、无s，计算该时段末含水量
W2=W1+WT+P0+K－E
如果 ，则不需灌溉,也无深层渗漏。
如果 ，则m=Wmax－W2 (实际计算时宜对m取整)
灌水后W2'=W2+m
如果 ，则s=W2－W田持
排水后 W2'=W田持
计算方法
（1）列表或图解逐旬计算
（2）编写电算程序，利用计算机计算
3．列表法计算步骤
（1）收集基本资料；
（2）计算生育期计划湿润层内含水量；
（3）计算各次降雨的入渗雨量及时段入渗雨量；
（4）计算因计划湿润层增加而增加的含水量WT；
（5）计算各时段地下水补给量；
（6）计算各时段田间需水量；
（7）逐日计算灌溉制度；
（8）校核各生育阶段及全生育期的计算结果。
§3 灌溉用水量和灌溉用水流量
前面介绍了灌溉制度，但还有两个问题未解决。（1）水库兴利调节需要用水过程，因此存在一个如何确定灌区灌溉用水量的问题。（2）设计抽水站、引水闸等，应以用水流量为依据，因此还存在一个如何确定灌区灌溉用水流量的问题。本节的任务就是讨论如何计算灌溉用水量和灌溉用水流量。
一、灌溉用水量
（一）直接法
直接利用各种作物的灌溉制度来计算。一般以旬为时段来计算。
若有K种作物，则某时段的灌溉用水量为
式中 Wi--第i时段灌区用水量；
Mij--第i时段第 j种作物的灌水定额；
Aj--第j 种作物的种植面积；
η水--灌溉水利用系数；
全生育期或全年用水量:
直接法适用于小型灌区。
例题：某小型灌区作物单一为水稻，某次灌水有1000亩需灌水，灌水定额为40mm，灌区灌溉水利用系数为0.75，试计算该次灌水的净灌溉用水量和毛灌溉用水量。
(二)间接法
利用综合灌水定额来计算，综合灌水定额:是某一时段内各种作物灌水定额的面积加权平均值,称为该时段的综合灌水定额.
式中 α1、α2、α3、αn--各种作物的种植比(之和为1)，
mi,1、mi,2、mi,3、mi,n--第 i时段各种作物的灌水定额。
某时段的灌溉用水量：
m综：1 它是衡量全灌区用水状况的一个综合指标；
2 若全灌区种植比例相似，可用综合灌水定额方便地计算出某一局部的灌溉用水量；
3 在供水水源有限的情况下，可用综合灌水定额计算保灌面积，即 。
间接法适用于大中型灌区。
例题：某灌区A=20万亩，A水田=16万亩，A棉花=4万亩，m水田=45mm，m棉花=40m3/亩。求m综。
二、灌溉用水流量
（一）直接法
直接根据灌溉制度或灌溉用水量计算。
式中 T--时段内天数；
t --1天灌水时数，自流为24h,提灌为18~22h .
适用于小型灌区。
例题：某小型提水灌区，作物均为水稻，面积1000亩，用水高峰期最大灌水定额为100m3/亩，灌溉水利用系数为0.75，灌水延续4天，每天灌水20小时。试计算水泵设计流量。
（二）间接法
利用灌水模数计算。思考为什么要引入灌水模数？
1．灌水模数
灌水模数（灌水率）：灌区单位面积上所需的灌溉净流量，
用 q 表示，单位为（ m3/s）/万亩。
第i次灌水，第j种作物的灌模数为：
式中 αj--第j种作物的种植比例。
由上式可见，T短，对作物有利（灌水及时），但流量大，工程大；
T长，对作物不利，但流量小，工程小。
因此应慎重选定T。教材中给出了我国万亩以上灌区的灌水延续时间，可供参考。
为直观起见及修正灌水模数的方便,需绘出灌水模数图.
初步灌水模数图存在以下问题:
(1)大小悬殊,对工程设计不利;
(2)灌水时间断断续续,对管理理不利.
因此需要修正.
修正方法:调整灌水时间(消除"大小悬殊"及"断断续续");
注意：（1）以不影响作物生长为原则；
（2）尽量不要改变需水临界期的灌水时间；
（3）调整灌水时间以前移为主；
（4）最小灌水模数应不小于最大灌水模数的40%；
在修正后的灌水模数图中，可取图中延续时间达20天的最大灌水模数为设计灌水模数。若按短暂的最大灌水模数设计工程，可能是不经济的。
2．计算灌溉用水流量
（1）计算流量过程线
第i时段的灌溉用水流量为：
式中 qi --第i时段的灌水模数。
（2）计算设计流量
有些情况下，不需计算流量过程，只需计算设计流量，这时可由设计灌水模数计算Q设。
根据设计灌水模数计算设计流量：
间接法适用于大中型灌区。
第三章
§1 灌溉水源
（一）灌溉水源的主要类型
灌溉水源指可以用于灌溉的天然水体，一般分地面水和地下水两种形式。
如进一步细分的话，则可分为河川湖泊径流、当地地面径流、地下径流和城市污水等四种。
江苏平原地区主要以河川湖泊径流为灌溉水源，如长江、淮河、太湖、洪泽湖等。山丘区主要以当地径流为水源，通过修建水库、塘坝拦蓄当地径流。徐淮地区，特别是徐州地区，地下水也是一种重要的水源。地下水的特点是含盐量通常较高，但含沙量很小。随着工业的发展，污水问题日益突出，发展污水灌溉将逐步引起重视。发展污水灌溉，一方面可作为一种灌溉水源，另一方面可避免其它水体受到污染。因此发展污水灌溉具有很重要的现实意义。
（二）灌溉对水质的要求
首先要明确什么叫灌溉水质。灌溉水质主要指灌溉水中所含泥沙的粒径和数量、可溶盐的种类和数量、灌溉水温以及其它有毒有害物质的含量等。
1 含沙量
从多沙河流引水的灌溉工程，必须分析灌溉水中泥沙的含量和组成，以便在灌溉工程设计和管理时，采取适当的措施，防止有害泥沙入渠入田，防止渠道淤积。（不同粒径泥沙危害程度不同：
（1）粒径<0.005mm的泥沙，具有一定的肥力，可适量输入田间，但也不能引入过多，引入过多，则会降低土壤的透水性和通气性。
（2）粒径为0.005~0.1mm的泥沙，在土壤质地粘重的地区，可少量引入田间，以改善土壤结构，增加透水性和通气性。
（3）粒径大于0.1~0.15mm的泥沙，容易在渠中淤积，对于农田土壤也不利，因此应禁止入渠。
渠中水的泥沙含沙量也不应超出渠道的输沙能力，否则会产生淤积。
2 含盐量
灌溉水中允许含有一定的盐分，但如果含盐过多，就会增加土壤溶液的浓度，使作物根系吸水困难，影响作物正常生长，严重的甚至会造成作物死亡。甚至还会引起土壤次生盐碱化。由于各种盐类对作物的危害程度不同，不同作物的耐盐能力也不同，因此灌溉水质的标准也随着含盐种类和作物种类的不同而不同，对大多数作物来说，通常要求灌溉水的含盐量不超过15%(1.5g/l)
。以碳酸钠为主的含盐量应小于0.1%，以氯化钠为主的含盐量应小于0.2%。以硫酸钠为主时应小于0.3%，钙盐危害不大，其允许含盐量可更高。
不同矿化度对作物生长的影响:
矿化度（g/l）
作物种类及生长情况
<１
1-2
5
20
一般作物正常生长
水稻棉花正常生长，小麦受抑制
水稻可生长，棉花受抑制，小麦不生长
作物不能生长，只能生长少量耐盐植物
但是，实践证明，在水源短缺的地区，只要土壤透水性较好，排水条件较好，灌溉水的含盐量也可以大一些，有些地区甚至用含盐量为0.3~0.6%的咸水进行抗旱灌溉，在夏季雨大而集中，土壤中暂时积累的盐分很快又冲洗掉，使耕作层仍能保持盐量的平衡。
3 水温
灌溉水的温度，对农作物的生长影响也是很大的。水温过低会抑制作物的生长，水温过高，会降低水中溶解氧的含量，并提高水中有毒物质的毒性。
作物对水温的要求：旱作T=15~20度，最低允许温度为2度。
水稻T不小于20度。
均不能大于35度。
井灌或引水库灌溉时，水温往往偏低，措施是：（1）井灌时延长输水路线或设晒水池曝晒。（2）从水库引水灌溉应从温度较高的表层取水。
4 其它有毒有害物质的含量
城市污水中含有较多种类的有毒有害物质，灌溉前应作水质分析，作适当的水质处理，使之满足灌溉水水质要求。
§2取水枢纽
取水枢纽又称为渠首。它的任务是从水源及时取得满足作物灌溉用水需要的水量。但是作为灌溉水源的河流、湖泊等其水位和流量有其自己特定的变化规律，往往不能满足渠首引水要求，这就需要采取工程措施调节水源的水位、流量和水量，使之适应灌溉用水要求，这些工程措施就是我们下面要讲的取水枢纽，按工程措施的不同，取水枢纽可分为无坝取水、有坝取水、抽水取水和水库取水四种形式。
（一）无坝取水
1 适用条件：水源(河道)的水位和流量均能满足灌溉用水的要求。
2 枢纽组成：
进水闸：控制引水流量（一般不大于枯水流量的30%）
冲沙闸：冲走进水闸前泥沙（少沙河流上可不需冲沙闸）
导流堤：导流及保证引水，平时导流，枯水时截断河流，保证引水（有些河道要求引水流量不大于河道流量的30%，以保证通航和河道的稳定），从大江大河引水时，不需导流堤。
3 引水口位置的选定：
一般选在凹岸中部偏下游处（对顺直河流不在存在这一问题）。这是因为河槽的主流总是靠近凹岸一侧，引水可靠，更重要的是在凹岸引水可以利用环流作用以防止泥沙淤塞进水口和进入渠道。因为在河流拐弯的地方，水流受离心力的作用，表层水流流向凹岸，使凹岸一侧水面壅高，凸岸一侧水面下降，在河道横断面上形成一个水位差，由于重力作用使底层水流由凹岸流向凸岸，并把低层泥沙带到凸岸，在凸岸一侧淤积下来。由于弯道处水流呈螺旋形前进，故称为“弯道环流”。如下图所示，由于环流作用，主流靠近凹岸一边，凹岸一侧泥沙淤积较少，河道较深。所以把取水口选在凹岸，不仅引水可靠（靠近主流、水位较高），而且可以防止泥沙入渠。通常把引水口放在弯道中部偏下游的地方，因为在这时环流作用发挥得最充分，又避开了凹岸水流顶冲的部位。由于凹岸易受冲刷，因此渠首附近河岸要加以保存护。
如果由于客观条件限制，取水口必须选在凸岸，则应选在凸岸中部偏上游处。该处因环流作用而造成的不利影响较小。
（二）有坝取水
1 适用条件：河道的流量能满足灌溉要求，但水位略低于渠首的引水要求。
2 枢纽组成：
壅水坝：抬高水位，满足灌溉引水要求；
进水闸，冲沙闸：作用同上；
防洪堤：减免或避免上游淹没损失。
关于冲沙闸：它是多沙河流低坝引水枢纽中不可缺少的组成部分。冲沙闸的底板高程应低于进水闸底板高程，以保证冲沙效果。
（三）扬水取水
1 适用条件：河道水量丰富，但灌区位置较高，并且修建其它取水工程困难或不经济时。
2 枢纽组成： 抽水设备（水泵、动力机、管道、闸阀等）
水工建筑物（引水渠、进水池、泵房、出水池等）
辅助设施（供电设施、泵房内供排水设施、安装检修设施）
（四）水库取水
1 适用条件：（1）年或多年总来水量较丰富，但有时水量水位都不能满足灌溉要求；（2）有适当的地形（山谷）。
2 组成：大坝（重力坝、拱坝、土石坝等）
溢洪道（正槽、侧槽；无闸控制、有闸控制等分类）
输水涵洞（涵管式、卧管式）
3 优缺点：
优点：（1）能调节径流，（2）进入灌区的泥沙很少；
缺点：枢纽复杂，投资大；（2）淹没损失大。
蓄引提结合灌溉系统：
常见的有引提结合（如沿运灌区）
蓄提结合（如仪征山丘区）
§3 引水灌溉工程水利计算
在山丘区，灌溉工程系统要比平原地区的灌溉工程系统复杂得多，图中有一骨干水库，及南干渠和北干渠两条干渠，这些都属骨干工程；除骨干工程外，还有两座小型水库、三个高塘、两个低塘、一个河坝，还有三处坡面截流工程。象这样的灌溉工程系统比单一的灌溉工程水利计算要复杂得多。下面我们介绍这种灌溉系统的水利计算方法。水利计算时首先要灌溉工程的可供水量。
一、小型水利工程供水量计算
（一）塘堰供水量估算
指塘堰全年能供作物灌溉的总水量。
1、复蓄次数法
年内堰塘能重复蓄满的次数（即年供水量/塘堰有效容积），用N表示。
一般 平水年（P=50%） N=2.0
中等干旱年（P=75%） N=1.5
大旱年（P=90%） N=1.0
塘堰供水量 W=NV （万m3）
式中 V——塘堰有效容积（万m3）。
2 抗旱天数法
塘堰实际能达到的抗旱天数也能反映塘堰的供水能力大小。因此
W=etA （万m3）
式中 e——作物耗水强度（m3/d/亩）；
t——抗旱天数；
A——灌溉面积（万亩）。
3、径流系数法
利用径流系数和降水资料估算塘堰供水量。
W=0.1αPFη
式中 α——年径流系数，可查水文手册，一般为0.2-0.6；
P——年降水量（mm）；
F——集水面积（km）；
η——塘堰蓄水系数，考虑蒸发、渗漏、弃水等，取值0.5~0.7。
（二）小型河坝供水量估算
山丘区小型河道上的有坝取水称为小型河坝。
利用径流系数和降水资料估算塘堰供水量。
W=0.1αPFη
式中 α——径流系数；
P——降水量（mm）；
F——集水面积（km）；
η——径流利用率。
（三）小型水库可供水量的估算
１、来水量估算
（1）有降水资料和径流系数地区
先选设计代表年，查取设计代表年各月降水量。
W=0.1αP月F
式中 α、Ｐ月、Ｆ含义同上。
径流系数的取值可参考下表：
南方地区月径流系数α表
月份 7~3月 4~6月
降雨量(mm) 30以下 30以上 50以下
50~100 100~200 200~500
山区 0.15 0.20~0.30 0.30 0.30~0.45 0.45~0.65
0.65~0.85
深丘 0.10 0.15~0.25 0.25 0.25~0.40 0.40~0.63
0.63~0.82
浅丘 0.05 0.10~0.20 0.20 0.20~0.35 0.35~0.60 0.60~0.78
（2）无资料地区
查水文手册或水文图集，得多年平均的径深。
例: 某小(一)型水库,集水面积F=2.93km2,查水文手册得该地区多年平均径流深为570mm, 年径流变差系数CV为0.4, 偏态系数CS=2CV,
求该水库在保证率为75%的年份的来水量.
解: 由 CV、CS和灌溉设计保证率查《皮Ⅲ型频率曲线KP值表》得KP为0.71。
设计径流深 R=0.71*570=404.7
设计来水量 W=0.1*404.7*2.93=118.6
如果已知各月来水分配比例,则可计算出各月来水量.
2、可供水量估算
来水损失: 弃水、蒸发、渗漏。
（1）弃水
A．对已建小型水库，如有实测资料，则对实测资料进行分析，可得各种年份的弃水量。
B. 在缺乏实测资料时，可将汛期来水量乘以某一百分数来估算弃水量（只有汛期存在弃水）。
（2）蒸发
根据水面蒸发资料进行估算。
（3）渗漏
可按各月蓄水量乘以某一损失系数来估算。
库盆地质条件良好：取0.1%~1.0%(或取渗漏深0.3~0.5m/年)
库盆地质条件中等：取1.0%~2.0%(或取渗漏深0.5~1.0m/年)
库盆地质条件较差：取2.0%~3.0%(或取渗漏深1.0~2.0m/年)
月可供水量=月来水量-月弃水-月蒸发-月渗漏
二、山丘区蓄水、引水灌溉工程水利计算
（一）分片包干系统
各小型灌溉工程单独分区进行供水，用水时，先用小型灌溉工程的供水量，不足部分由骨干工程供水。
（二）长藤结瓜系统长藤结瓜系统：用渠道把灌区内分散的塘堰、小水库等与骨干工程连接起来，形成渠道是“藤”，塘堰是“瓜”的灌溉系统。优点：可统一调度、联合运用、充分利用各种水源。长藤结瓜系统计算比较复杂，下面作一简单分析。
1．划分平衡区
一般可分： 塘堰区——只有塘堰； 低库区——除有塘堰，还有位置低于渠道的小水库； 高库区——除有塘堰，还有位置高于渠道的小水库。
2．水量调配计算
塘堰区调节计算
供水次序：①河坝、坡面径流，②低塘，③高塘，④骨干水库
河坝、坡面径流余水补充低塘。
低库区调节计算
供水次序：①河坝和坡面径流；②低塘、③高塘；④低库；⑤骨干水库补低库；⑦骨干水库直接补渠入田河坝、坡面径流有余水时补充低塘或低库。
高库区调节计算
供水次序：①河坝和坡面径流；②低塘；③高塘；④高库；⑤骨干水库补渠入田。河坝、坡面径流有余水补充塘堰或高库。
全灌区平衡计算
统计骨干水库用水量（各区要求骨干水库的供水量之和）；计算骨干水库的2来水量及可供水量；
水量平衡计算。
若骨干水库不能满足各区的补水要求，应对各区用水作必要调整（如适当调整灌水定额，灌水时间等。
思考：蓄、提灌溉工程的水利计算？
某蓄、提结合灌溉系统如下图所示，考虑如何进行水利计算。
第四章
§1 灌排渠系规划布置
灌溉系统是指从水源取水并输送分配到田间的灌溉工程。按输水方式的不同可分渠道灌溉系统和管道灌溉系统两大类。本章介绍渠道灌溉系统。管道灌溉系统将在第五章中介绍。
一、灌排渠系的组成及布置原则
（一）灌排渠系的组成
1、灌溉系统:
（1）渠首工程
（2）灌溉渠道：干、支、斗、农渠等固定渠道
（3）渠系建筑物
（4）田间渠系工程：毛渠(临时渠道)、灌水沟哇等
2、排水系统
（1）田间排水工程：毛沟、腰沟、墒沟等
（2）排水沟：干、支、斗、农沟
（3）排水建筑物：排水闸、涵、站等
（4）排水容泄区：大江、大湖、大海等
（二）灌排渠系的布置的原则
（1）满足作物灌排要求。１）渠道应布置有高处，排水沟应布置在低处。２）渠道和排水沟的长度和间距应当适宜，保证灌得上排得出。
（2）灌溉渠道必须与排水沟统一规划布置 在规划布置渠道时，必须同时考虑到排水沟的位置，在平原地区、圩区，渠道一
般要服从排水沟布置（因为在平原地区，排水问题更为突出）。
（3）安全可靠 如渠道要避免深挖高填，山丘区渠系上方必须修撇洪沟（截洪沟）。
（4）经济合理 渠道要尽量短直，以减少土方量；要尽量减少压占耕地；排水沟要尽量利用天然河道。
（5）便于管理 便于用水管理和工程管理，布置时要考虑行政区划；也要考虑机耕方便；建筑物尽量联合修建，形成枢纽，以便于管理。
（6）综合利用 如渠道落差较大可布置水电站，较大的渠道或排水沟要考虑通航，水产养殖等。
二、丘陵山区灌排渠系的规划布置
山丘区的水利特点是：排水比较通畅，但干旱问题比较突出。在山丘区虽然可以修建水库塘坝蓄水灌溉，但是由于其蓄水能力有限，因此干旱问题是山丘区的主要水利问题。因此山丘区灌排渠系的布置，以灌渠道布置为重点。山丘灌溉渠道布置的关键是布置干渠。
（一）干渠的两种布置形式
（1）干渠沿等高线布置
（2）干渠垂直于等高线布置
（二）支、斗、农渠布置
支渠垂直于干渠，其间距由地形条件决定。
斗渠间距一般为：400~800m
农渠间距一般为：100~200m
两种布置形式：
（1）灌排相邻 适用于单一坡向地形
（2）灌排相间 适用于平坦，或有微起伏
2 渠道建筑物规划布置
渠系建筑物指与渠道或排水沟配套的水闸、涵洞、桥梁、渡槽、倒虹吸、跌水、陡坡等建筑物。
一、渠系建筑物选型与布置的原则
１.满足使用要求
如渠道切断了道路，那么该处需设涵洞或桥梁；渠道水位不够则需建节制闸抬高水位。
２.尽量采用联合枢纽布置的形式
目的是为节省投资和管理方便。如闸与桥常联合修建，分水闸与节制闸常联合修建。如总渠枢纽和江都水利枢纽。
３.尽量采用定型设计和装配式建筑物
由于渠系建筑物数量很多，同一类建筑物工作条件常相近。如斗农渠上的分水闸，因此采用定型设计和装配式结构，对简化设计，加速施工进度非常有利。
４.尽量考虑采用当地材修建
如在山丘区建渡槽、农桥可用砌石建筑（句容的北山水库石拱渡槽），在平原地区则宜用钢筋混凝土排架渡槽。
５.多作经济比较，选择最优方案
如渠道穿过河流时，有时可在技术上和满足使用要求上可采用渡槽，也可采用倒虹吸，这时就需要进行经济比较。选择较经济合理的方案。有时同一建筑物可采用不同的施工方案，这时也可通过经济比较来选择较合理的施工方案。
二、渠系建筑物的类型与布置
（一）控制建筑物
控制流量和水位。
１.进水闸：布置在干渠首端。
２.分水闸：布置在各支渠、斗渠和农渠渠首。
斗首、农首分水闸也叫斗门和农门。
３.节制闸：控制渠道水位或流量。
布置：
（１）在上级渠水位不能保证下级渠正常引水时，需在上级渠建节制闸抬高水位，保证下级渠引水。
（２）实行轮灌时，在轮灌组分界处需设节制闸。
（３）在重要建筑物或险工渠段前需联合修建节制闸和泄水闸，以防止漫溢，保证建筑物和渠道的安全。
（二）交叉建筑物
渠道与河流、道路交叉时应布置交叉建筑物。交叉建筑物主要的三种：渡槽、倒虹吸、涵洞。
选择方法：
（１）不影响交通和航运；
（２）技术上可行；
（３）进行经济比较，选择最优的型式。
（三）泄水建筑物
用于排除渠道中余水或入渠洪水。
（１）退水闸
布置在较大的干支渠末端，以排泄渠中余水（防止滋生杂草和蚊虫）。
（２）泄水闸
与节制闸联合修建，保护重要建筑物和险工渠段。
（四）衔接建筑物
渠道经过一陡坎或坡面，时需建跌水或陡坡。
１.跌水
水位落差小于３ｍ时，宜建跌水。
２.陡坡
水位落差大于３ｍ时，宜建陡坡。这时建跌水不安全。
（五）量水建筑物
１．利用闸、涵、渡槽等量水。在干支渠上量水一般利用这些渠系建筑物量水。如昭关灌区。
２．利用特设计量水备量水。如三角堰、梯形堰、巴歇尔量水槽、喷嘴等。一般斗、农渠上可采用特设量水设备。
§3 田间工程与地面灌溉方法
一、田间工程
田间工程：最末一级固定渠道(农渠)和固定沟道(农沟)之间的条田范围内的临时渠道、排水小沟、田间道路、稻田的格田和田埂、旱地的灌水畦和灌水沟、小型建筑物以及土地平整等农田基本建设工程。
（一）田间工程的规划要求
田间工程规划应满足以下基本要求：
（1）有完善的田间灌排系统，做到灌排配套，消灭串灌串排，并能控制地下水位。
（2）田面平整，灌水时土壤湿润均匀，排水时田面不留积水。
（3）田块的形状和大小能适机械化需要，有利开提高土地利用率。
（4）田间工程规划时必须因地制宜，讲求实效，实行山、水、田、林、路综合治理，创造良好的生态环境，促进农、林、牧、副、渔全面发展。
（二）条田规划
条田：末级固定灌溉渠道(农渠)和末级固定沟道(农沟)之间的田块。
综合考虑排涝、机械化耕作和田间用水管理方面要求，条田的一般规格为：宽度100~200m，长度400~800m。
（三）旱地田间渠布置
田间渠系：指条田内部的灌溉网，包括毛渠、输水垄沟和灌水沟、畦等。
有纵向布置与横向布置两种布置形式。
1、纵向布置
（1）水流流向
农渠→毛渠→输水垄沟→灌水沟、畦
（2）特点
毛渠∥灌水沟、畦（即毛渠方向与灌水沟方向一致）
（3）布置规格
1）纵向布置时，输水垄沟间距等于灌水沟、畦的长度，一般为30~50m。
2）输水垄沟的长主等于毛渠的间距，一般为50~70m。
3）毛渠的间渠等于输水垄沟的长度，若毛渠双向控制，则毛渠的间距是输水垄沟长度的两倍。
4）毛渠的长度与条田宽度相近。
2、横向布置
（1）水流
农渠→毛渠→灌水沟、畦
（2）特点
无输水垄沟；毛渠⊥灌水沟、畦面垂直
（3）布置规格
1）灌水沟、畦长度一般为30~50m。
2）单向控制时，毛渠间距等于灌水沟、畦的长度，双向控制时，毛渠的间距是灌水沟、畦长度的两倍。
3）毛渠长度与条田宽度相近。
3、纵向布置与横向布置选择方法
（1）灌水沟、畦尽量垂直于等于等高线（便于灌水）；作物行向一般为南北方向（通风光照条件好），由此确定灌水沟、畦的方向。
（2）若灌水沟、畦垂直于农渠，采用纵向布置；若灌水沟、畦平行于农渠，则采用横向布置。
（四）水田格田
水田灌溉不需毛渠，灌溉不直接从农渠灌入水稻格田。
格田规划要点：
（1）水稻格田长度与宽度的确定应考虑到有利灌溉，以及有利于提高机耕、机收的效率，一般长约100~150m，宽约15~20m；
（2）在山丘区坡地上布置格田，一般格田长边方向与等高线平行（有利于减少修筑梯田的工程量），此时农渠垂直于等高线、顺坡布置；
（3）在平原地区，格田方向以南北向为好，利于作物通风采光；
（4）消灭串灌串排；
（5）田面平整，便于采用浅水勤灌或其它节水灌溉方法；
（6）与早作田块相邻时，应开设隔水沟。
§4 渠道流量计算
一、渠道设计流量概论
１．定义：
设计年份灌水期间渠道需要通过的最大流量。一般用Ｑ表示。单位为m3/s。
或正常条件下渠道需要通过的最大流量，因此设计流量也叫正常流量。
２．作用：
（１）是确定渠道设计断面主要依据。
（２）是确定建筑物规模尺寸的主要依据。
３．计算：
一般已知渠道的净流量，求设计流量（毛流量）。
净流量一般是已知的，因此计算设计流量的关键是计算Ｑ损。
二、渠道输水损失的估算
输水损失 水面蒸发 可以忽略不计
漏水损失 加强管理可避免
渗水损失 主要的不可避免的输水损失
因此下面所讨论的渠道输水损失均指渗水损失。
影响渠道输水损失的因素有：土壤性质、地下水位状况和渠道施工质量等。
在地下水位较高时，地下水会对渠道渗水产生顶托作用，从而影响渠道渗水，下面先分析在渠道渗水不受到地下水位的顶托时的渗水损失计算方法。
１．自由渗流情况下的渗水损失
不受地下水位顶托的渠道渗流（地下水位未达到渠底）。
发生条件：地下水埋深较深（渗水未到达地下水）
或地下水出流较好（渗水到达地下水，但地下水位没有上升到渠底）
估算方法：
按经验公式
式中：：每公里长渠道渗水损失占净流量的百分数。
Ａ、ｍ：土壤渗水系数和渗水指数。表４－１。
直接计算Ｑ损：
查表计算Q损:
令s为每公里渗水损失，则
２．顶托渗流情况下的渗水损失
地下水位到达渠底，影响渗流。
发生条件：地下水位较高；地下水出流条件较差。
顶托渗漏情况下的渗水损失小于自由渗流条件下的渗水损失。估算方法：
：校正系数（小于１）。查表４－２。
３．采取防渗措施后的渗水损失
例：某渠道长10ｋｍ，净流量为4.429m3/s, 沿渠土质为中粘壤土，试计算该渠道的设计流量。
三、水的利用系数
１．渠道水利用系数
反映某一渠道的水的利用率。
（由各级渠道组成的渠系可以用渠系水利用系数来描述其水的利用率。）
２．渠系水利用系数
渠系：由干、支、斗、农四级固定渠道组成。毛渠是临时渠道，属田间渠系，或田间工程。
渠系的净流量为：同时工作的农渠净流量之和。
渠系的毛流量为：干渠的毛流量。
反映渠系的水的利用效率。
３．田间水利用系数
田间：此处指田间渠系，由毛渠、灌水沟、畦等组成 。
４．灌溉水利用系数
最后我们看反映整个灌区的灌溉水利用系数。
四、渠道的工作制度
什么叫渠道的工作制度？前面已提到过的轮灌就是渠道的一种工作制度。除轮灌外，还有一种工作制度形式叫续灌。
轮灌：同级渠道分组依次轮流灌溉。
续灌：上级渠同时向其下级分水灌溉，称各下级渠续灌。
轮灌的优点：输水时间短，输水损失小
缺点：渠道断面大，工程量大
续灌的优点：工程量小
缺点：输水损失大
一般干、支渠续灌，斗、农渠轮灌。
五、推算各级渠道设计流量
以如下渠系为例说明。
１．确定渠道工作制度
干、支续灌，斗、农轮灌。
２．选择典型支渠
选三支为典型支渠。（为简化计算，便于推算其它各支流量）
农渠的计算长度是实际长度的一半。（因农渠的净流量不是从农渠末端流出的，而是整条农渠均匀流出。）
斗、支渠的计算长度：分水口至轮灌组中点的距离。（为什么？因为若斗、支实际长度为计算长度显然偏长，若以分水口到轮灌组开始位置，则显得偏短。）
举例：
h支水 = Q支田净Q支设。
３．计算其它各条支渠设计流量
（因为前面三支是典型支渠,所以可以认为其它各支与支3具有相同的水利用系数。这也是前面我们选典型支渠的原因。)
４．推算干渠设计流量
六、渠道的最小流量和加大流量
１．最小流量
（１）定义
设计年分灌水期间渠道通过的最小流量。
（２）如何确定
（３）有何用途
校核在上下级渠水位衔接，确定是否需节制闸。
２．加大流量
（１）定义
考虑到灌区可能扩大灌溉面积或改变种植计划，因而要求渠道能通过比设计流量更大的流量。
（２）如何确定
（３）有何用途
确定渠道堤顶高程。
由加大流量计算加大水深，渠底高程加加大水深，再加安全超高得堤顶高程。
布置作业：渠道流量推算
注意：正确确定支、斗、农渠的计算长度。
§5 渠道纵横断面设计
简要解释“渠道纵横断面设计”
横断面设计：确定渠道边坡、底宽、水深等。
纵断面设计：确定推算水位、确定渠底线、堤顶高程线等。
一、渠道横断面设计
（一）基本公式
明渠均匀流公式
对于梯形断面渠道:
（二）横断面计算方法
１．计算底宽ｂ和设计水深ｈ
优点：比试算法简便，比图解法精度更高。
２．计算加大水深和最小水深
一般需2~3次迭代即可得到满意的结果。
（三）设计参数的确定
１．渠底比降ｉ
指单位渠长的渠底降落值。
当Q一定时, i大, 则过水断面A小,工程量小, 但控制的灌溉面积小。 i小, 则A大, 工程量大, 但控制的灌溉面大。
取值方法：
（１）接近地面比降
（２）Ｑ大，则ｉ宜小（防冲剧）
（３）平原地区ｉ小，山丘区ｉ大
２．渠床糙率ｎ
反映渠床粗糙程度。糙率大，则阻水能力大。
取值：（１）渠床光滑顺直，ｎ小
（２）Ｑ大，则ｎ小
参考教材表４-8。
请同学思考：ｎ取值偏大会造成什么后果？
ｎ取值偏小会造成什么后果？
３．边坡系数ｍ
m大, 则工程占地多,输水损失大
m小, 边坡不稳定
取值：（１）土质好（粘重），ｍ小
（２）流量大，水深大，则ｍ大
参考表4-9，4-10。
４．宽深比b
渠底宽与设计水深之比
有三种宽深比
（１）水力最优断面宽深比
特点: 断面窄深, 适用于小型渠道。
（２）满足相对稳定的宽深比
相对平稳：不冲不淤或冲淤平稳
对于一般渠道：
多沙河流上引水的渠道:
（３）实用经济断面宽深比
水力最优断面，虽然过水断面小，但由于其断面比较窄深，对大型渠道并不适用（为什么？因为不易施工，易塌）。为克服最优水力断面的缺点（加大底宽，减小水深），同时又使过水断面面积接近于最优水力断面的断面面积，因而提出实用经济断面宽深比。
计算方法：
例 已知某渠道设计流量为20.3m3/s，渠底比降ｉ＝1/5000,沿线土质为粘壤土。分别计算最优水力断面、实用经济断面、相对稳定断面的设计水深和底宽。
解：（１）最优水力断面
最优水力断面水深计算公式为
b = 0.828*4.88 =4.04(m)
（２）实用经济断面
（３）相对稳定断面
最优水力断面水深最大，实用经济断面次之。相对稳定断面最小。
以上分别计算了三断面只是为了说明计算方法，其中，最优水力断面,过于窄深, 本题不适用。本题宜选用实用经济断面。
５．渠道不冲流速、不淤流速
为保证不冲不淤，流速不能过小，也不能过大。即
不淤流速＜渠道流速＜不冲流速
（１）不冲流速
（２）不淤流速
（四）横断面设计步骤
（１）拟定或估算各设计参数（ｉ、ｎ、ｍ、b等）。
（２）计算设计水深和底宽（ｈ、ｂ），校核不冲不淤。
思考：发生冲刷或淤积，怎么办？调整
浙公网安备 33021202002483