农田水力学

绪 论 复习思考题 1． 名词解释：

①农田水利学 ②农田水分状况 ③地区水情 2． 农田水利学的研究对象及其调节措施 第一章 农田水分状况和土壤水分运动 复习思考题： １．名词解释：

①田间持水率 ②凋萎系数 ③土壤水 ④最大分子持水率 ⑤ 吸湿系数 ２．农田水分存在的形式 ３．土壤水的分类 ４．土壤水的有效性 ５．旱作物的适宜含水率 ６．计算土壤含水率

７.了解土壤水运动的基本方程 ８． 求解入渗速度和入渗总量 ９．了解SPAC系统 １０．计算土壤含水量 计算题

【习题1-1】农田土壤有效含水量的计算 基本资料

某冲积平原上的农田，1m深以内土壤质地为壤土，其空隙率为47％，悬着毛管水的最大含水率为30％，凋萎系数为9.5％，（以上各值皆按整个土壤体积的百分数计），土壤容重为1.40t/m3，地下水面在地面以下7m处，土壤计划湿润层厚度定为0.8 m。 要求

计算土壤计划湿润层中有效含水量的上、下限，具体要求有：

（1）分别用m3/亩，m3/ha和mm水深三种单位表示有效含水量的计算结果；

（2）根据所给资料，将含水率转换为以干容重的百分比及用空隙率体积的百分比表示（只用m3/亩表示计算结果）

【习题1-2】土壤入渗水量的计算 基本资料

某土壤经实验测定，第一分钟末的入渗速度i1=6mm/min，α=0.4。 要求

运用土壤入渗（渗吸）经验公式计算30min内的入渗水量及平均入渗速度，以及第30min末的瞬时入渗速度。

第二章 作物需水量和灌溉用水量 复习思考题：

１．农田水分消耗的途径主要是哪些，各自特点 ２．直接主算需水量的方法 ３．惯用法的计算

４．了解修正的彭曼公式

５．作物灌溉制度的内容及确定方法 ６．水稻的水量平衡方程 ７．水稻灌溉制度的拟定

８．旱作物的灌溉制度拟定 ９．旱作物的水量平衡方程 １０．W净，W毛的计算 １１．修正灌水率的意义？

１２． 名词解释：有效降雨量（降雨入渗量） 土壤计划湿润层 灌溉用水量 灌水率 计算题

【习题2-1】用“以水面蒸发为参数的需水系数法”求水稻耗水量 基本资料

（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2-1-1。

表2-1-1 某地蒸发量（E0）的观测资料

要求

根据上述资料，推求该地水稻各生育阶段及全生育期的耗水量。 【习题2-2】用“以产量为参数的需水系数法”求棉花需水量 基本资料

（1）棉花计划产量，籽棉300kg/亩。

（2）由相似地区试验资料得，以产量为籽棉300kg/亩时，棉花需水系数K=1.37m3/kg。 （3）棉花各生育阶段的需水模比系数，见表2-2-1。

要求

计算棉花各生育阶段需水量累计值。 解：

棉花全生育阶段需水量 =1.37×300=411 m3/亩 各生育阶段需水量

【题2—3】小麦播前灌水定额计算

播前灌水的目的是使土壤在播种时的含水率适于发芽需要，并供给苗期蒸发蒸腾的需水；同时使最大计划湿润层内储存足够的水分，以便在作物根系深扎后使用。 基本资料

（1）土壤最大计划湿润层H=0.8m。

（2）土壤平均孔隙率n=41.3％(占土体)。

（3）土壤田间持水率θmax=75.0％ (占孔隙体积的百分比)。 （4）播前土壤天然含水率，θ0=48.0％(占孔隙体积的百分比)． 要求：计算播前灌水定额。

【题2—4】水量平衡方程式估算冬小麦全生育期的灌溉定额 基本资料

某灌区冬小麦全生育期田间需水量E=380m3／亩，设计降雨量P=150mm，降雨有效利用系数σ=0.8，全生育期地下水补给量K=30m3／亩。生育初期土壤计划湿润层的深度取0.3m，生育后期取0.8m。土壤孔隙率n=48％(占土体)，田间持水率θ田=70％(占孔隙体积的百分数)。在冬小麦播前进行灌溉，灌后使土壤最大计划湿润层范围内的含水率皆达到田间持水率，收割时可使土壤含水率降至田间持水率的80％。

要求：用水量平衡法，估算冬小麦全生育期的灌溉定额M2。 【题2—6】北干旱地区春小麦灌溉制度设计图解法

春小麦是一种小麦类型，春种夏收。我国春小麦主要在长城以北、六盘山以西地区种植，占全国麦田面积的1／5～1／6。 基本资料

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，土壤干容重为1.48t／m3，田见持水量为28％(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2-6-1所列。0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宰为75％(田间持水量百分数计)。 要求

用图解法制定春小麦灌溉制度。

第三章 灌水方法 复习思考题

１． 什么是灌水方法及其分类？ ２．什么是地面灌溉及其分类？

３.了解各种地面灌溉的技术要素及其关系？ ４． 什么是喷灌及其主要灌水质量指标？ ５．喷头的种类有哪些？ ６．喷灌m，T，N的求解？

７．什么是滴灌及其主要灌水质量指标？ ８．滴灌m，T，N的求解？ ９．滴头的作用及其分类？

１０．什么是微喷灌及主要灌水质量指标？ １１．什么是渗灌？ 计算题

【题3—1】灌灌水技术要素计算 基本资料

某灌区种植小麦，灌水定额m=50m3／亩，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(畦田坡方向)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)］。 【题3—2】沟灌灌水技术要素计算 基本资料

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=40 m3／亩。 要求

（1）确定灌水沟的间距、长度与流量； （2）计算灌水沟的灌水时间 【题3—3】喷灌强度计算 基本资料

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？

【题3—4】喷灌均匀系数计算 基本资料

某次喷灌试验，雨量筒36个（6×6），呈方格网形均匀布置。雨量筒承接口直径为20cm。试验持续1h，各雨量筒承接水量，见表表4-2-1。

（1）列表计算各点的点喷灌强度； （2）计算平均喷灌强度； （3）计算喷灌均匀系数。 【题3—5】喷灌灌溉制度计算 基本资料

已知某喷灌区种植大田作物，土质属中壤土，土壤适宜含水率的上、下限，分别为田间持水率与田间持水率的70％。田间持水率为30％(占土体积的百分数)，计划湿润层深度为0.6m。据试验，耗水高峰期日平均耗水强度为5mm／d，灌溉期间平均风速小于3.Om／s。 要求

计算大田作物喷灌的设计灌水定额与灌水周期。 【题3—6】固定式喷灌系统规划设计 基本资料

华北某实验果园，面积95亩，种植苹果树共2544株，果树株距4m，行距6m，正值盛果期。园内有十字交叉道路，路边与第一排树的距离南北向为2m，东西向为3m。果园由道路分割成为4小区。详见1：2000果园规划图(图4-5-1)。

该园地面平坦，土壤为砂壤土，果园南部有一眼机井，最大供水量60m3/h，动水位距地面20m。该地电力供应不足，每日开机时间不宜超过14h。为了节约用水，并保证适时适量向果树供水，拟采用固定式喷灌系统。

据测定，该地苹果树耗水高峰期平均日耗水强度为6mm／d，灌水周期可取5～7天。该地属半干旱气候区，灌溉季节多风，月平均风速为2．5m／s，且风向多变。该地冻土层深度0．6m。 要求

（1）选择喷头型号和确定喷头组合形式(包括验核组合平均喷灌强度（ ）是否小于土壤允

许喷灌强度（ ）；

（2）布置干、支管道系统(包括验核支管首、尾上的喷头工作压力差是否满足《喷灌技术规范》的要求，下称《规范》)；

（3）拟定喷灌灌溉制度，计算喷头工作时间及确定系统轮灌工作制度； （4）确定干、支管管道直径，计算系统设计流量和总扬程。

解：因为该试验果园土壤为砂壤土，查各类土壤允许喷灌强度值表的砂壤土的 【题3—7】滴灌设计 基本资料

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%（占土壤体积的%），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。 第四章 灌溉渠道系统 复习思考题：

１．渠溉渠系的组成？

２．了解各种类型的渠系建筑物？ ３． 什么是田间工程？

４．灌排(斗渠与斗沟、农渠与农沟)布置形式？

５．渠道的设计流量，加大流量，最小流量的概念、作用与计算？ ６．了解输水损失水量的计算？

７．η渠道、η渠系、η水、η田的意义与计算？ ８．渠道的工作制度？

９．了解渠道水力计算（主要是梯形断面）？ １０．什么是v不冲，v淤？ １１．什么是冲淤平衡断面？ １２．提高水的利用系数的方法？ １３．渠道防渗的意义？ 计算题

【题4—1】灌区总体规划 基本资料

泥河灌区位于张庄水库以东、泥河以北的丘陵地区，见地形图6-1-1所示。灌区土壤以中壤为主，覆盖着整个浅丘陵。地下水埋深一般在5～7m之间，滨河平地地下水埋深较浅，约2～3m。夏季常降暴雨，造成局部地面淹没。作物以水稻、小麦、棉花、玉米为主。

灌溉水源取自张庄水库。水库水量充足，水质良好，无泥沙沉积渠道之患。水库最高灌溉水位26m，灌溉时保证水位不低于24m。 要求

进行灌区的总体规划，包括：

（1）取水枢纽的位置及型式选择，

（2）干渠及支渠线路的确定(要求干渠比降1：10000布置)， （3）自流灌区与扬水灌区范围的划分， （4）主要排水沟道定线。

【题4—2】渠道水利用系数与渠系水利用系数的计算 基本资料

某渠系仅由两级渠道组成。上级渠道长3.Okm。自渠尾分出两条下级渠道，皆长1.5km。下级渠道的净流量为Q下净=0.3m3／s。渠道沿线的土壤透水性较强(A=3.4，m=0.5)地下水埋深为5.5m。 要求

（1）计算下级渠道的毛流量及渠道水利用系数； （2）计算上级渠道的毛流量及渠系水利用系数。 【题4—3】灌溉渠道工作制度的拟定 基本资料

某斗渠控制4条农渠，各农渠控制的灌溉面积分别为ω农1=200亩，ω农2=250亩，ω农3=300亩，ω农4=150亩。该斗渠某次灌水的田间净流量为Q斗田净=0.06m3／s，灌水延续时间为9d。 要求

拟定该斗渠及所属各农渠可能采用的各种工作制度，算出每条农渠的田间净流量与灌水时间。

【题4—4】灌溉渠道系统的流量推算 基本资料

某灌区渠系组成如图6-6-1所示。灌区面积2.91万亩，自水库取水，水源充足。干渠全长10.4km。在桩号8十400，8十800及10十400处分别为第一，第二和第三支渠的分水口，第一支渠与第三支渠的渠系布置型式、渠道长度、控制面积大小完全相同。

第二支渠所属一至五斗斗渠渠系布置型式、渠道长度、控制面积大小完全相同，仅二支六斗的斗渠渠系与之不同。各条渠道的长度与控制面积如表6-6-1所示。 第二支渠全长3.0km，二支一斗及二支二斗在1.4km处分水，二支三斗及二支四斗在2．2km处分水，二支五斗及二支六斗在3．Okrm处分水。

灌区土壤透水性中等(A=1.9，m=0.4)，地下水埋深大于5m。

灌区的设计灌水率值为0.35m3／(s·万亩)，灌水延续时间为15d。田间水利用系数采用η田二0.95。 要求

制定各级渠道的工作制度；推求支渠以下各级渠道及干渠各段的设计流量；计算各支渠的灌溉水利用系数及全灌区的灌溉水利用系数。 【题4—5】土质渠床渠道断面的水力计算 基本资料

某渠道设计流量Q=3.0m3/s。灌溉水源取自河流。该河在灌溉季节水流含沙量ρ=0.5kg/m3，泥沙为极细的砂质粘土。加权平均沉降速度为ω2mm/s。渠道沿线土壤为重粘壤土，地面坡度为1：2500左右，渠道按良好的质量施工及良好的养护状况设计。 要求

设计渠道的断面尺寸。 第五章 灌溉管道的系统 复习思考题：

１．管道灌溉系统的组成？

２．管道灌溉系统的优点（与渠道灌溉系统相比较） ３．管道系统的分类？

４．对管道的技术要求是什么？

５．管道附件有哪些？各自的作用？ ６．管道系统的工作制度及其适应情况？ ７．了解管道灌溉系统的水力计算？ ８．了解管道灌溉系统的结构设计？ 第六章 灌溉水源和取水方式 复习思考题

１．什么是灌溉水源？ ２．什么是灌源水质？ ３．扩大灌溉水源的措施？

４．灌溉取水方式有哪些？各自的特点？ ５．什么是灌溉设计标准？两种表示方式？ ６．什么是灌溉设计保证率及其确定和计算？ ７．什么是抗旱天数？ 计算题

【题6—1】灌溉取水枢纽型式与位置选择(解题示例) 基本资料

某灌溉区范围如图5-1-1所示。灌区北面靠山，南面临河，地形北高南低，靠近河流断面10处的A点为灌溉区地面最高点。根据灌溉水位控制计算，在A点处的干渠水位为海拔“144.0m即可自流控制全灌区。

灌区水位取自河流。图上所示河流各个断面间的距离皆为lkm。该河流在10号断面以上婉蜒于山区，河道水面比降为1：1000，两岸皆为高山，渠道只能沿河岸边布置，无其它线路可行。在10号断面以下，进入山麓平原，河道水面比降为1：2500。沿河地质条件无大差异，各处皆可选作坝址。

设计年10号断面处河流最小流量和灌区逐月用水量，见表5-1-1。

在10号断面处，当河流流量为12m3／s时，水位高程为海拔141.Om。

根据灌区土质及水源含沙情况，干渠比降选在1：2000至1：10000范围内渠床皆不发生冲刷和淤积现象。 要求

根据上述资料，在流量分析及水位分析的基础上，选择渠首位置及型式，计算A点以上干渠的长度。如选择有坝取水方式，要求确定拦河坝的壅水高度，如选择抽水取水方式，要求确定抽水扬程。干渠渠首进水闸的水头扭失可按0.2m计算，干渠沿线可按无交叉建筑物考虑，不计集中的水位落差。此题为粗略计算，不要求考虑其他细节。 【题6—2】灌溉取水枢纽位置的选择 基本资料

基本资料同[习题5-1]，与其不同的有以下几点：在10号断面以上，河流比降为1／500；在7号断面处有一险滩，水位集中降落1.5m，灌区最高点为A，在A处当干渠水位为海拔146.3m时，才能自流灌溉全灌区。 要求

取干渠比降为1／1000，渠首进水闸过闸水头损失为0.2m，采用无坝取水枢纽时，试分析渠首位置宜选在何处。 解：

1、流量分析

根据本题所给出的“设计年灌区逐月用水量及10号断面处河流最小流量”值，已知河流各月的最小流量皆大于灌区用水流量。因此，不需对河流流量进行调节即可满足灌溉用水要求，故排陈了选择有库取水枢纽的必要性。 2、水位分析

在灌溉季节河流最小流量为12m3／s时，10号断面处河流的水位高程为141.0m，在1至10号断面间河流比降为1／500，在7号断面处有一险滩，水位集中降落1.5m，据此可推算出各断面处的水位高程，见表5-2-2。

10号断面以下河流比降为1／2500，据此可推算出10至13号断面处的水位高程，见表5-2-3。

由表中看出在10号断面以下，不宜选作渠首位置。

灌区最高点为A，在A处干渠水位为海拔146.3m时才能自流灌溉全灌区。取引水干渠比降为1／1000。引水干渠终点为A，沿河道布置。 如果首选在10号断面上游，则可按干渠要求推算出1至10号断面处的水位高程，见表5-2-4。 表5-2-4 各断面处干渠要求的水位 单位（m）

3、渠首位置与型式选择

（1）无坝取水枢纽：从河床地形来看，在干渠沿河而行的左岸，便于利用横向环流作用以取水防沙，可以造作无坝取水枢纽位置的凹岸，但只有3、4、6、8、10号断面可选用，其他皆不适宜。 从水位控制来看，只有在河流水位高于干渠要求水位之处才有可能选作渠首位置。现考虑渠首进水闸水头损失为0.2m，如干渠比降为l／1000，则渠首位置必须选在6号断面处。 表5-2-5 无坝取水枢纽方案比较表

【题6—3】无坝取水渠首工程的水力计算 基本资料

某灌区，采用无坝引水渠首工程自河流引水灌溉农田，设计引水流量Q引=32m3／s。渠首处渠道要求水位为53.82m，渠底高程为51.57m，河流临界期最低水位54.5m,相应流量130.0m3／s。

渠首处河底高程为51.0m，河流水位～流量关系曲线如图5-3-1所示。当河流流量为lOOm3／s左右时，河流流速为1.1m3／s。 要求

确定取水闸闸前水位及闸孔尺寸。 第七章 田间排水 复习思考题

１、田间排水的作用

２、农作物对农田排水的要求（防涝、防渍、防治盐碱、耕作） ３、排水系统的组成

４、什么是大田蓄水能力及计算 ５、排时历时的确定

６、排水沟对地下水的调控作用 ７、排水农沟的沟深计算 ８、了解沟长的理论公式 ９、暗沟排水系统的组成 １０、什么是鼠道排水及特点 计算题

【题７—1】大田蓄水能力计算 基本资料

某地区地形平坦，暴雨集中，易发生沥涝。某次暴雨量为P=280mm，降雨历时为24h。该次暴雨前地下水埋深为1.3m，雨后年许的地下水最小埋深为0.5m。

经勘察，该地区平均土壤空隙率为50％，平均最大持水率为65％(占空隙体积的百分比)，降雨前地下水位以上土层平均含水率为40％(占空隙体积的百分比)。

经测定，该地区土壤渗吸速度特征为：第一分钟末的渗吸速度=4.5mm/min,a=0.6。 根据该地区农业生产计划，要求田间淹水时间不得超过1.5d。 要求

计算该地区的大田蓄水能力，发生该次暴雨后，在允许的淹水时间内，能渗入土壤的水量为多少?这些水量是否能蓄得下?应从田间排走的水量为多少?如雨前土壤含水率为55％(占空隙体积的百分比)，则又如何?

【题７—2】干旱地区防盐地下水排水沟深度与间距的确定 基本资料

某灌区处于干旱地区，蒸发量很大，降雨极少，灌溉水的深层渗漏是地下水的主要补给来源，其补给强度为0.002m／d，土壤渗透系数为1.2m／d，不透水层埋深9.8m，地下水临界深度1.8m。 要求

设计田间排水沟的深度与间距，以控制地下水位，防止土壤次生盐碱化。 第八章 排水沟道系统 复习思考题：

１．排水系统的组成？

２．排水沟系的组成？

３．排水流量的作用、定义、计算？ ４．什么是排涝、排渍水位？

５．什么是除涝设计标准？如何确定？ ６．排水沟断面设计原则？ 计算题

【题８—１】用最大排模经验公式计算排水河道的设计流量 基本资料

某排水河道位于低洼易涝平原区，流域面积200km2，该地区5年一遇设计1日暴雨的点雨量为1O5mm。根据水文分析该地区设计最大排模经验公式为： m3（s·km2） 要求

计算5年一道的最大排水模数及排水河道的设计流量。 第九章 分区水利问题及其治理 复习思考题：

１．长藤结瓜式灌溉系统的定义，组成及其特点？ ２．引、蓄结合灌溉系统的水量调配方式及特点？ ３．什么是水土流失？水土保持措施有哪些？ 第十章 灌排管理与环境 复习思考题：

１．灌排管理的内容？ ２．配水水量计算的方法

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