河北灌溉中心试验站李会昌—课件—中国节水灌溉网.ppt

图6-5 2016藁城市地块1第10区冬小麦轻旱生育期内蒸发蒸腾量变化过程线 图6-6 2016藁城市地块1第10区冬小麦轻旱生育期内灌水量变化过程线 图6-7 2016藁城市地块1总产量与总蒸发蒸腾量表 图6-8 2016藁城市××乡××村8号井第10小区冬小麦轻旱灌溉预报简报 6.3.3 灌溉预报方法在张北县的扩展 2012年2月，我接受了一项光荣而艰巨的任务：探索研究适于张北县的灌溉预报方法。由于张北县没有试验资料支持上述“水量平衡法”，研究决定采用由荷兰Wageningen大学研制的SWAP（版本3.2.36）模型。 采用SWAP模型，并不是我们心血来潮、突然决定。事实上，在1980年代初期，我们就开始学习SWAP模型的前身——荷兰Wageningen大学研制的SWATR和CROPR模型，并利用灌溉试验资料进行了“田间水分运动的数值模拟”，对它已有相当的了解。下面将简要介绍“SWAP模型”的算法，并以张北县为例给出计算结果。 ①质能传输基本方程 a.水分传输的Richards方程 在种植一种作物且分布均匀的大田，土壤水分的运移可以近似看作一维垂直运动（取纵坐标向下为正），土壤水分运动的Richards方程简化为 (6-18) 式中θ为土壤含水率；h为水头压力；t为时间变量；z为空间变量；K(h)为土壤水力传导度；Sr为作物根系吸速率；Sd为排水沟道来自于饱和土层中的排水速率，Sm为土壤水流与大空隙中水流的交换速率。 SWAP模型采用“隐式向后有限差分法”对该方程求解。 b.盐分传导的对流弥散方程 根据溶质扩散的Fick定律和水流运动的Darcy定律，推导得出盐分运动的对流弥散方程如下 (6-19) 式中c为溶质浓度，ρb为土壤干容重，Q为土壤对溶质的吸附量，q为水流通量，Ddif为扩散系数，Ddis为弥散系数，μ为一级速率系数。其它符号意义同前。 SWAP模型采用“显式中心有限差分法”对该方程求解。 c.热能流动的温度传导方程 热能流动的温度传导方程如下 (6-20) 式中Cheat为土壤热容量，λheat为土壤热传导系数，T为土壤温度。其它符号意义同前。 SWAP模型采用“完全隐式有限差分法”对该方程求解。 ②Penman-Monteith方法与潜在蒸发蒸腾量 a.计算潜在腾发量的Penman-Monteith(PM)方法 通常情况下，潜在腾发量ETp=Kc×ET0。这里，可以直接采用PM方法计算 (6-21) 式中λw为汽化潜热，Rn为冠层顶部的净辐射通量，ρair为空气密度，Cair湿空气的热容量，rcrop为作物阻力，rair为空气动力学阻力。其余符号意义同前。 把降雨淋湿的冠层称为湿冠层，相应的ETp记为ETw0；把干冠层的ETp记为ETp0，相应的rcrop变化在大田作物的30s/m至森林树木的150s/m之间；对于湿的裸地土壤，SWAP假定rcrop=0、作物高度hcrop=0.1cm，并将其ETp记为Ep0。 特别地，当rcrop=70s/m、hcrop=12cm、反射率=0.23时，ETp= ET0；SWAP允许采用其他方法得到的ET0，如蒸发皿法、改进的Penman法(可区分晴、昙、阴、雨)，此时必须输入作物系数Kc。 b.潜在棵间蒸发量的确定 根据Beer定律，潜在的棵间蒸发量 (6-22) 式中 ，Pi为植物截流量；κgr为太阳辐射的消光系数。其它符号意义同前。 c.潜在作物蒸腾量的确定 潜在的作物蒸腾量 (6-23) ③根系吸水模型与实际蒸发蒸腾量 a.潜在根系吸水量 潜在根系吸水量 (6-24) 式中 　　　　为根长密度， 　　为根层厚度。 b.实际根系吸水量 实际根系吸水量 (6-25) 式中 　　　　　　　　　分别为土壤中水分过多、过少、冻结和盐分过多情况下的减少系数。 c.实际作物蒸腾量 实际的作物蒸腾量 (6-26) d.实际棵间蒸发量 土壤湿润时，棵间蒸发量为Ep；土壤变干时，土壤导水能力的下降使得棵间蒸发量小于Ep，其最大蒸发速率为 (6-27) 式中K?为地表至第一个节点的平均水力传导度，hatm为与空气湿度相平衡的土壤水势，h1为第一个节点的土壤水势， z1为第一个节点的土壤深度。 SWAP根据Ep和Emax 的较小者采用两种经验方法（二者选一）计算实际棵间蒸发量Ea。 ④动态产量模型 SWAP采用WOFOST