农田水力学作业答案.docx
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农田水力学作业答案
农田水利学作业
1、用“水面蒸发为参数的需水系数法”求水稻的需水量
（1）根据某地气象站观测资料，设计年4月至8月80cm口径蒸发皿的蒸发量（E0）的观测资料见表1-1。
（2）水稻各生育阶段的需水系数α值及日渗漏量，见表1-2。
表1-1某地蒸发量（E0）的观测资料
月 份
4
5
6
7
8
蒸发量ET0（mm）
182.6
145.7
178.5
198.8
201.5
表1-2水稻各生育阶段的需水系数及日渗漏量
生育阶段
返青
分蘖
拔节育穗
抽穗开花
乳熟
黄熟
全生育期
起止日期
月
日
4至5
26 3
5至5
4 28
5至6
29 15
6至6
16 30
7至7
1 10
7至7
11 19
4至7
26 19
天 数
8
25
18
15
10
9
85
阶段α值
0.784
1.060
1.341
1.178
1.060
1.133
日渗漏量（mm/a）
1.5
1.2
1.0
1.0
0.8
0.8
解：
（1）各月日蒸发量
4月日蒸发量ET04=182.6/30=6.09mm/d
5月日蒸发量ET04=145.7/31=4.7mm/d
6月日蒸发量ET04=178.5/30=5.95mm/d
7月日蒸发量ET04=198.8/31=6.41mm/d
（2）由ET=αET0，计算各生育阶段的蒸发量如下表：
生育阶段
返青
分蘖
拔节育穗
抽穗开花
乳熟
黄熟
全生育期
天 数
8
25
18
15
10
9
85
4月5天
5月25天
5月3天
6月15天
7月10天
7月9天
5月3天
6月15天
ET0（mm）
44.55
117.5
103.35
89.25
64.1
57.69
476.44
阶段α值
0.784
1.06
1.341
1.178
1.06
1.133
ET（mm）
34.927
124.55
138.59
105.14
67.95
65.36
536.517
渗漏量（mm/a）
12
30
18
15
8
7.2
90.2
耗水量
46.927
154.55
156.59
120.14
75.95
72.56
626.717
2、设计春小麦灌溉制度
西北内陆某地，气候干旱，降雨量少，平均年降雨量117mm，其中3～7月降雨量65.2mm，每次降雨量多属微雨（5mm）或小雨（10mm）且历时短；灌区地下水埋藏深度大于3m，且矿化度大，麦田需水全靠灌溉。
土壤为轻、中壤土，土壤容重为1.48t/m3，田间持水量为28%（占干土重的百分数计）。
春小麦地在年前进行秋冬灌溉，开春解冻后进行抢墒播种。
春小麦各生育阶段的田间需水量、计划湿润层深度、计划湿润层增深土层平均含水率及允许最大、最小含水率（田间持水量百分数计），如表2-1所列。
据农民的生产经验，春小麦亩产达300～350kg时，生育期内需灌水5～6次，灌水定额为50～60m3/亩。
抢墒播种时的土壤含水率为75%（占田间持水量百分数计）。
表2-1春小麦灌溉制度设计资料表
生 育 阶 段
播种～分蘖
分蘖～拔节
拔节～抽穗
抽穗～成熟
日期（日/月）
21/3～30/4
1/5～20/5
21/5～8/6
9/6～14/7
天数（d）
41
20
19
36
需水量（m3/亩）
24
81
83
112
允许最大含水率（%）
100
100
100
90
允许最小含水率（%）
55
55
60
55
计划湿润层深度（m）
0.4
0.4～0.6
0.6
0.6
计划湿润层增深土层平均含水率（%）
65
解：
（1）灌区地下水埋藏深度大于3m，因而可忽略地下水补给量K。
（2）根据各旬计划湿润层深度H和计划湿润层允许最大、最小含水率求出土层允许储水量上限Wmax和下限Wmin,并绘于灌溉制度设计图上（
）。
（3）由计划湿润层增加而增加的水量WT
=33.67（m3/亩）。
（4）作物田间需水量（ET）表2-1已给出，在灌溉制度设计图上绘出作物田间需水量（ET）累积曲线，并得出净耗水量（ET-K-WT）累积曲线。
（5）每次降雨量多属微雨（5mm）或小雨（10mm），
取1，降雨入渗量P0
，逐时绘于图上。
（6）自作物生长初期土壤计划湿润层储水量W0，逐旬减去（ET-K-WT）值，当遇有降雨时加上降雨入渗量P0，即得计划湿润土层实际储水量（W）曲线。
当W曲线接近于Wmin时，即进行灌水。
灌水定额大小要适当，不应使灌水后土壤储水量大于Wmax。
得出春小麦灌溉制度设计图及汇总表格如下：
春小麦生育期灌溉制度
灌水次数
1
2
3
4
5
合计
灌水日期（日/月）
4月23日
11月5日
5月24日
3月6日
6月22日
灌水定额（m3/亩）
50
50
50
60
60
270
春小麦生育期灌水定额为270m3/亩。
3、水库灌区灌溉用水量计算
某灌区需从水库引水，灌溉面积40万亩，种植小麦、棉花等作物，复种指数1.40，各种作物种植面积如下：
冬小麦18万亩，棉花8万亩，春玉米8万亩，夏玉米16万亩，其他杂粮6万亩。
中等干旱年各种作物净灌水定额，见表3-1。
全灌区灌溉水利用系数η水为0.6。
解：
中等干旱年的降雨量频率取为75%。
对于任何一种作物的某次灌水，需供水到田间的灌水量：
W净=mA（m3），利用该公式计算出各作物各次净灌溉用水量，见下表3-2。
全灌区任何一时段内的净灌溉用水量为该时段内各种作物净灌溉用水之和。
η水=W净/W毛，灌溉水利用系数估为0.6，即可求得总的毛灌溉用水量，见下表3-2。
得全灌区毛灌溉用水量为21967104m3。
3-2灌溉用水过程推算表
各种作物各次灌水定额（m3/亩）
各种作物各次净灌溉用水量（104m3）
全灌区净灌水用水量（104m3）
全灌区毛灌溉用水量（104m3）
作物（104亩）
时间
冬小麦
（A1=18）
棉花
（A2=8）
春玉米（A3=8）
夏玉米（A4=16）
其他杂粮（A5=6）
冬小麦（A1=18）
棉花（A2=8）
春玉米（A3=8）
夏玉米A4=16）
其他杂粮（A5=6）
3
上
50
900
900
1500
中
下
60
480
480
800
4
上
40
720
720
1200
中
50
300
300
500
下
45
40
810
320
1130
1883
5
上
40
240
240
400
中
45
40
810
320
1130
1883
下
40
320
320
533
6
上
40
40
320
240
560
933
中
50
800
800
1333
下
40
40
40
320
320
240
880
1467
7
上
40
640
640
1067
中
40
320
320
533
下
40
45
320
720
1040
1733
8
上
中
下
45
720
720
1200
9
上
中
下
60
1080
1080
1800
10
上
中
下
11
上
中
下
60
1080
1080
1800
12
上
60
60
480
360
840
1400
中
下
全年内
300
220
220
180
230
5400
1760
1760
2880
1380
13180
21967
表3-1中旱年各种作物净灌水定额统计表
作物名称
灌水
次数
灌水时间
净灌水定额（m3/亩）
作物
名称
灌水次数
灌水时间
净灌水定额（m3/亩）
冬小麦
播前
1
2
3
4
5
9月下旬
11月下旬
3月上旬
4月上旬
4月下旬
5月中旬
60
60
50
40
45
45
夏玉米
1
2
3
4
6月中旬
7月上旬
7月下旬
8月下旬
50
40
45
45
棉花
播前
1
2
3
4
3月下旬
4月下旬
5月下旬
6月下旬
7月下旬
60
40
40
40
40
其他杂粮
冬灌
1
2
3
4
12月上旬
4月中旬
5月上旬
6月上旬
6月下旬
60
50
40
40
40
春玉米
冬灌
1
2
3
4
12月上旬
5月中旬
6月上旬
6月下旬
7月中旬
60
40
40
40
40
4、引水灌区灌水率图的制定
基本资料：
（1）某灌区灌溉面积为10万亩，主要种植小麦、棉花、玉米及谷子等旱作物。
各种作物的生育期、种植面积的百分比及设计的灌溉制度，见表4-1。
（2）灌区为有坝取水的自流灌区。
根据设计年河流来水分析，渠首能引取的流量，见表4-2。
灌溉水利用系数为0.7。
要求：
编制灌区灌水率图，按经济合理的要求并考虑来水流量是否够用进行修正。
应完成计算说明书一份，包括修正前、后的灌水率计算表及灌水率图。
解：
（1）由公式
及已知条件，可求得各作物灌水率计算表，见表4-1。
将所得的灌水率绘图，得修正前的灌水率图，见图4-1。
表4-1某灌区各种作物灌水率计算表
作物
生育期
种植面积百分比（%）
灌水次数
灌水定额（m3/亩）
灌水延续天数（d）
灌水率[m3/（s·万亩）]
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
冬小麦
23/9～16/5
50
1
50
12
0.24
2
50
12
0.24
3
45
10
0.26
4
45
10
0.26
5
45
10
0.26
玉米
6/6～4/9
50
1
45
10
0.26
2
40
10
0.23
3
35
10
0.20
棉花
21/4～10/11
25
1
40
8
0.14
2
35
8
0.13
3
35
10
0.10
谷子
25/4～14/8
25
1
45
10
0.13
2
40
10
0.12
图4-1修正前灌水率图
（2）由资料得渠首5月份能引取的流量为4.8m3/s，图4-1得5月份上、中旬需灌溉小麦、谷子及棉花三种作物，总面积为10万亩，已知灌溉水利用系数0.7，综上得渠首5月份能提供的最大灌水率为
0.336m3/（s·万亩），不能满足作物该时灌水率0.53m3/（s·万亩）。
从经济合理的角度分析，修正前的灌水率图大小相差悬殊，渠道输水断断续续，不利于管理，若以其中最大的灌水率设计渠道流量，定不经济，因此需将其进行修正，修正后的灌水率图见图4-2。
图4-2修正后灌水率图
5、畦灌设计
某灌区种植小麦，灌水定额m=50m3/亩，土壤透水性中等，由土壤渗吸试验资料得知：
第1小时内平均渗吸速度i0=150mm/h，α=0.5，地面坡度（畦田纵方向）为0.002。
要求：
（1）计算灌水时间（h）；
（2）选择畦田长度和宽度（m）；
（3）计算入畦单宽流量（L/s•m）。
解：
（1）灌水时间t内入渗水量Ht与计划的灌水定额m相等，即
由已知条件m=50m3/亩=75mm,i0=150mm/h得灌水时间：
（2）土壤透水性中等，坡度0.002在适宜范围，故选择畦田长度为70m，宽度3m。
（3）进入畦田的灌水总量与畦长L上达到灌水定额m所需的水量相等。
由m=50m3/亩=75mm，L=70m，t=0.25h得入畦单宽流量：
（L/s•m）
6、沟灌设计
某地种植玉米，用沟灌法灌溉，土壤透水性中等，顺沟灌方向的地面坡度J=0.003，采用灌水定额m=40m3/亩。
要求：
（1）确定灌水沟的间距，长度和流量；
（2）计算灌水沟的灌水时间。
解：
（1）土壤透水性中等，坡度0.003在适宜范围内，故选择灌水沟的间距为0.7m，长度为80m，流量为0.5L/s。
（2）灌水定额
灌水时间
7、喷灌设计——喷头布置
已知某喷头流量为4m3/h，射程为18m，喷灌水利用系数取0.8。
要求：
（1）求该喷头作全圆喷洒时的平均喷灌强度；
（2）求该喷头作240°扇形喷洒时的平均喷灌强度；
（3）若各喷头呈矩形布置，支管间距为18m，支管上喷头间距为15m，组合平均喷灌强度又是多少？
解：
（1）喷头作全园喷洒时
平均喷灌强度
（2）喷头作240°扇形喷洒时
平均喷灌强度
8、喷灌设计——管道布置
小麦拔节期需进行喷灌，已测得小麦地计划湿润层深度40cm土层内的平均田间持水率为24%（重量含水量），土壤容重为1.35g/cm3，灌前土壤含水率为17%，此时小麦每日耗水量为6mm/d。
现拟在200亩面积上安装固定式管道喷灌系统，选择喷头的流量为4.5m3/h，射程为20m，喷头组合形式为正三角形全圆喷洒，每天喷洒有效工作时间为10h。
要求：
（1）计算本次喷灌的灌水定额和设计灌水周期；
（2）确定喷头间距与支管间距；
（3）计算一次灌水所需的时间；
（4）确定同时工作的喷头数和支管数（设每支管上安装4~8个喷头）。
解：
（1）设计灌水定额：
设计灌水周期：
式中：
H——作物土壤计划湿润层深度
θmax——灌后土层允许达到的含水量的上限（以占土层体积的百分数表示）。
即相当于田间持水量。
（题中是重量含水量，要注意转化）。
θmin——灌前土层含水量下限（以占土层体积的百分数表示）。
e——作物每日耗水量，mm/d
代入数据得：
（2）由《农田水利学》课本，表3-7可知
喷头间距sl=1.73R=34.6m
支管间距Sm=1.5R=30m
（3）
式中：
m设——设计灌水定额，mm;
——喷灌系统的平均喷灌强度，mm/d;
η——喷洒水有效利用系数，此处取0.9；
q——一个喷头的流量，m3/h;
sm——支管间距，m;
sl——沿支管的喷头间距，m;
代入数据得：
（4）同时工作的喷头数：
式中：
A——喷灌系统的面积，m2;
C——一天喷洒有效工作时间，h;
其它符号同前。
同时工作的支管数：
式中：
n喷头——一根支管上的喷头数，
代入数据得：
9、滴灌设计
某蔬菜地拟建滴灌系统，已知滴头流量为4L/h，毛管间距为1m，毛管上滴头间距为0.7m，滴灌土壤湿润比为80%，土壤计划湿润层深度为0.3m，土壤有效持水率为15%（体积含水量），需水高峰期日平均耗水强度为6mm/d。
要求：
（1）计算滴灌设计灌水定额；
（2）计算设计灌水周期；
（3）计算滴头一次灌水的工作时间。
解：
（1）有公式计算一次灌水量I为:
式中：
m滴—一设计灌水定额，mm;
α——允许消耗的水量占土壤有效水量的比例，取20%；
H——计划湿润层深度，0.3m;
θ——土壤有效持水量；15%
P——土壤湿润比，80%；
代入以上数据得：
m滴=20*15*80*0.3/1000=7.2mm
（2）两次灌水之间的时间间隔又称为灌水周期。
灌水周期T的理论计算公式为：
式中：
e——需水高峰期日平均耗水强度
代入以上数据得：
T=7.2/6=1.2（天）
（3）一次灌水延续时间可由下式计算：
t——一次灌水延续时间，h
Se——灌水器间距,滴头间距为70cm即0.7m
Sl——毛管间距，1m
q——灌水器流量，4L/h
所以t=7.2⨯0.7⨯1/4=1.26h
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