灌排原理试题最终版

《灌排原理与技术》课程试题一、简述节水灌溉内涵、节水途径及主要技术措施；答：节水灌溉的内涵：节水灌溉不是无水灌溉的旱地农业的问题，也不是仅能维持作物生命的临时性抗旱灌溉，它是以最少的灌溉水的消耗，获取尽可能多的农作物产量、最高经济效益和生态环境效益的一种灌溉体系。节水途径：从水源到形成作物产量要经过以下四个环节：①通过渠道或管道将水从水源输送至田间；②将引至田间的灌溉水，尽可能均匀地分配到所灌溉的作物根部转化为土壤水；③作物吸收和利用土壤水，以维持它的生理活动；④通过作物复杂的生理过程，形成经济产量。从水源引水到形成作物产量的各环节中都存在着节水潜力，从水源引水到田间灌水这两个环节的节水潜力较大，措施比较明确，是当前节水灌溉的主要方面。主要技术措施：①降低输水损失的措施：这一环节的节水措施主要包括渠系配套、渠道衬砌防渗及低压管道输水灌溉技术等；②节水型灌水方法：目前节水型灌水方法主要有：喷灌、微灌、地下渗灌和改进的地面灌；③提高节水灌溉管理技术。二、目前计算作物需水量有哪些方法，各自有何优缺点；（一）直接计算需水量的方法１、α值法（蒸发皿法）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的综合作用结果，表明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。因此可以用水面蒸发量作为参数来估计作物田间需水量。0EE式中：Ｅ--全生育期作物田间需水量（mm）；--需水系数；Ｅ0--与Ｅ同时段的水面蒸发量（mm）。优点：只要水面蒸发资料，易于取得比较稳定。缺点：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。E=KYn+C式中：n--经验指数；Ｃ--经验常数。优点：此法简单，只要确定计划产量后便可算出需水量；同时此法是需水量与产量之间的关系，便于进行灌溉经济的分析。缺点：此法适用于旱作。对于土壤水分充足的旱田以及水稻田，用此法误差较大。（二）通过计算参作物需水量来计算实际作物需水量的方法英国科学家彭曼于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。（1）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、牧草)在供水充足条件下的需水量。*1**00PPERPPEnp式中P0--标准大气压；P--计算地点平均大气压；--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--太阳净辐射。（2）计算实际作物的需水量E=Kc*EP式中Kc--作物系数。优点：此法理论上比较完善;缺点：此法计算复杂三、简述作物水分生产函数的动态模型和静态模型，并简述静态模型的分类及其优缺点和适用条件；答：动态模型是反映作物生长过程农田水分状况与物质累积量的关系，它适用于灌区水资源的管理中。静态模型是以作物耗水为变量，寻找不同生物阶段缺水与最终产量的关系，它适用于灌区的规划中。静态模型可分为按总量计算的作物水分生长函数和分阶段考虑的作物水分生长函数。前者计算简便，但是不能反映不同阶段多次缺水对作物产量的影响，适用于估计仅仅由于水分亏缺而造成的作物的减产，广泛应用于规划设计和宏观经济分析。分阶段考虑的作物生长函数又有加法模型、乘法模型和加乘综合模型，这几个模型都考虑了各阶段缺水对产量的影响。加法模型比较简单，但是没有反映出各个阶段缺水的交互影响，适用于较湿润地区和天然降水基本可以满足作物对水分的最低要求的半干旱地区；乘法模型考虑到了各阶段之间的相互关系；加乘模型是加法模型的新发展。四、简述地面灌的块灌、水平畦灌、波涌灌、长畦分段灌和膜上灌的特点和技术要素确定方法；答：⑴块灌块灌是以薄层水流向田间土壤表面输送水分的灌水方法，并主要以重力作用湿润土壤，毛细管作用虽有，但不如重力作用大。块灌法入块田的水流推进不仅有纵向流动，而且横向扩散也非常明显。灌水技术要素的确定：灌水时间t内渗入水量ht应与计划的灌水定额m相等10111tktkhmtK1：第一单位时间末的土壤渗吸系数K0：第一单位时间内的土壤平均渗吸速度α：指数，其值根据土壤性质及最初土壤含水样而定ht：单位时间内渗入土壤的水深⑵水平畦灌特点：①地块非常平整②进入水平畦田的总量很大③进入水平畦田的薄层水流主要以重力作用，静态方式逐渐渗入到作物根系土壤内④由于水平畦田首末两端地面高差很小或为零，所以对水平畦田田平面的平整程度要求高⑶波涌灌特点：它是间歇性地按一定的周期向沟（畦）供水，使水流推进到沟（畦）末端的一种节水型地面灌溉新技术，通过几次放水和停水过程，水流在向下游推进的同时借重力、毛管力等作用渗入土壤。在一个灌水过程中包括几个供水和停水周期，这样田面土壤经过湿—干—湿的交替作用，一方面使湿润段土壤入渗能力降低，另一方面使田面水流运动边界条件发生变化，糙率越小，为后续周期的水流运动创造一个良好的边界条件。波涌灌具有灌水均匀、灌水质量高、田面水流推进速度快、省水、节能、保肥与实现自动化等优点。并可解决长沟（长畦）灌水难的问题。灌水技术要素的确定：技术要素主要包括5个：周期，周期时间（T）：包括放水时间和停水时间两部分，循环数，周期数，灌水流量（通常计单宽流量）。对冬小麦单宽流量取8～12L/(S.M)，玉米夏灌小麦其他各次灌水单宽流量取6～10L/(S.M)，短畦取较小流量，长畦取较大流量；灌水周期不宜太多，一般畦长在200米以上时以3～4个周期数为宜；循环率，对粘土壤灌区循环率取1/3为宜，对于透水性较强的土壤波涌灌循环率取1/2为宜。⑷长畦分段灌特点:长畦分段灌分为若干个没有横向畦硬的短畦，采用地面纵向输水沟或塑料薄壁软管，将灌溉水输送入畦田，然后自下而上，或自上而上依次逐段向短畦内灌水，它由于取消了水流在灌过的田面上的重复流动，因而提高了田间水的均匀流。缩短了灌水的时间提高了效率。灌水技术要素：畦宽可以宽至5～10米，畦长可达200米以上，一般在100～400米左右，单宽流量并不增大。这种灌水方法的主要技术要求是，确定适宜的入畦灌水流量，侧向分段开口的间距和分段改水时间或改水成数。5．覆膜灌特点：具有田面蒸发和深层渗漏减少，不冲刷畦、沟，田面不板结，地面糙率降低，保温保墒和提高田间灌水均匀度及田间灌水有效利用率等优点。灌水的技术要素：单宽流量。畦田不产生冲蚀，单宽流量限制为75.001059.00sq0s：田块地面坡降，开孔率不可能小于出苗孔的开孔率，其最大限制，目前还缺乏研究，开孔率越大，地膜的保温保墒效果越差五、简述由波涌灌各灌水周期的水流推进和消退资料评价波涌灌灌溉质量的方法步骤；（1）基本参数与资料①灌前土壤入渗参数，指Kostiakov入渗模型中的K、a值：Z=kta式中Z为土壤累计入渗量；t为入渗时间。②波涌灌溉各周期减渗系数R，即各周期入渗量Zs与同时段连续灌入渗量Zc的比值。R=Zs/ZcR表示波涌灌溉各周期田面入渗能力的减低程度。可利用专门设备测定，也可按水量平衡原理推求。③波涌灌溉各周期在灌水x方向上各点积水入渗时间ti：ti(x)=ax2+bx+c式中ti(x)为x方向上各计算点(i=0,1,2,…L)的积水入渗时间；a、b、c为拟合系数，由水流推进与消退过程实测资料求得。(2）计算步骤根据波涌灌溉各周期的地表水流推进和消退过程及土壤入渗参数，计算各周期沿沟(畦)长度上各点的入渗水量，然后将各周期的水量叠加，求得在灌水长度范围内各点的总入渗水量，即可。①计算第一周期最大灌水长度范围内(0～Lm1)各点的积水入渗水量Z1,i(图)，图波涌灌溉各周期的灌水长Z1,i(x1)=k[t1,i(x1)]αx1=0…Lm1,i=0～N（1）式中Z1,i为入渗水量;1为灌水周期序号;i为第一周期灌水长度内的计算点序列；t1,i为第一周期积水入渗时间的函数式；Lm1为第一周期灌水最大长度。②计算第二周期灌水长度范围内(0～Lm2)各点积水入渗量。此时土壤入渗界面存在两种情况：在0～Lm1范围内为间歇入渗的第二周期，入渗能力有所减小，减渗系数为R2；在Lm1+1～Lm2的范围内为间歇入渗的第一周期，因而各点入渗量需分段计算。x1=0～Lm1,Z2,i(x1)=R2{k[t1,i(x1)+t2,i(x1)]a-k[t1,i(x1)]a}x2=Lm1+1～Lm2,Z2,j(x2)=k[t2,j(x2)]a,j=N1+1～N2式中j为第二灌水段内的计算点序列。③同理，在计算第三周期的最大灌水长度范围内(0～Lm3)各点的积水入渗量时应分三段进行。x2=Lm1+1～Lm2,Z3,j(x2)=R2{k[t2,j(x2)+t3,j(x2)]a-k[t2,j(x2)]ax3=Lm2+1～Lm3,Z3,k(x3)=k[t3,k(x3)]a,\k=N2+1～N3式中k为第三灌水段内的计算点序列。如周期数继续增加，则各段的计算入渗水量可按以上规律递推。④在以上计算结果上，可分段整理出整个灌水长度上各点的积水入渗总水量。0～Lm1:Zi(x1)=Z1,i(x1)+Z2,i(x1)+Z3,i(x1)Lm1+1～Lm2:Zj(x2)=Z2,j(x2)+Z3,j(x2)Lm2+1～Lm3:Zk(x3)=Z3,k(x3)⑤将以上三式代入式(1)，即可得到波涌灌溉均匀度的关系式，即：ZNZxzZxzZxzEkkjjiid33211式中：3321)()()(NxZxZxZZkkjjiiLm2+1～Lm3:Zk(x3)=Z3,k(x3)采用该方法，由式(1)计算灌水长度内各点的积水入渗量Z，由于波涌灌溉的灌水质量评价指标与传统的地面灌溉相同，即灌水均匀度Ed、灌水效率Ea及储水效率En，计算波涌灌连续灌溉的灌水均匀度即可评价灌水质量。%100*10ZNzzENiid六、简述地面灌田面水流运动特性和分析模型；答：田面水流的运动是指水流的推进与消退过程。田面水流运动一般包括推进、蓄水、耗水和消退四个阶段。1.水流推进与消退过程。Walker和skogerbose认为田面水流推进过程可以拟合为幂函数形式ta(x)=Pxr式中，X为水流推进距离，ta(x)为水流推进距离为x时的时间，P、r为经验系数。对于田面水流的消退过程，王文焰利用田间试验资料证明采用二次抛物线拟合与采用指数形式拟合，前者的相互关系较大。2．糙率系数糙率系数是影响地面水流的重要参数，是田面水流运动模拟必不可少的基本参数之一。可是对于地面灌溉来说糙率随着灌水季节、耕作条件以及作物生长情况的不同变化很大。对于畦灌糙率系数变化范围一般为0.02~0.15。3．田面水流运动的模型地面灌水流是透水底板上的明渠非恒定流、非均匀流。整个灌水过程可分为：推进、蓄水、垂直消退和水面消退几个基本阶段，地面水流运动规律均满足圣维南方程组。ixvhxhvthhvssgxvvxhgtvif)(0式中：h为地面水深；V为断面平面流速；t为时间；L为围沿畦长方向的距离；i为入渗率；S0为田面纵坡；sf为阻力坡降；g为重力加速度。。①数值求解方法⑴完整水动力学模型由圣维南方程组与入渗型)(tfi联立组成的数学模型hvtfisfsgxvvxhgtvixvhxhvthi2)()(0⑵零惯性量模型将动量方程中的惯性项和加速度项忽略，则完整水动力学模型简化，得到零惯性量模型