灌溉水力學引論

內(nèi)容概要

灌溉水力學引論從灌溉水流運動過程入手，研究各種灌溉方式下的水流運動機理，使灌溉水流更有效地進入田間，更均勻地分布到土壤表面，進而入滲形成土壤水，被作物吸收利用。它與土壤物理學和植物水分生理學共同構(gòu)成了農(nóng)田灌溉的理論基礎(chǔ)，用以指導灌溉，提高灌溉質(zhì)量和成效。灌溉水力學引論共9章，第1章為緒論，從分析農(nóng)田灌溉過程入手，提出了灌溉水力學的概念，以及研究對象與主要研究內(nèi)容；第2～8章為全書的重點內(nèi)容，分別論述了灌溉渠道和管網(wǎng)的水力計算，地面灌溉、微壓多孔軟管灌溉、噴灌和滴灌等不同灌溉方式下的水流運動特征，第8章對灌水均勻度評價指標進行了總結(jié)；第9章對灌溉水力學亟待研究的問題進行了分析與思考。
灌溉水力學引論可作為農(nóng)業(yè)水土工程等專業(yè)研究生和高年級本科生的參考教材，也可供相關(guān)專業(yè)的科研、教學和工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

前言第1章 緒論1.1 農(nóng)田灌溉過程及階段劃分1.2 研究對象及主要研究方法1.2.1 研究對象1.2.2 灌溉水力學主要研究內(nèi)容1.2.3 主要研究方法1.3 對灌溉水力學的認識與思考參考文獻第2章 灌溉渠道水力計算及測流技術(shù)2.1 U形渠道水力最佳斷面及水力計算2.1.1 過水斷面水力要素公式2.1.2 水力最佳斷面2.1.3 分界流量2.1.4 正常水深的迭代公式2.1.5 臨界水深的迭代公式2.1.6 U形、梯形、矩形渠道水力最佳斷面的比較2.2 無壓流圓形斷面水力計算2.2.1 過水斷面水力要素公式2.2.2 正常水深與臨界水深的迭代公式2.2.3 正常水深與洞徑的關(guān)系2.2.4 應用舉例2.3 馬蹄形斷面水力計算2.3.1 過水斷面水力要素2.3.2 判別均勻流正常水深與臨界流水深范圍的分界流量2.3.3 正常水深的迭代計算2.3.4 臨界水深的計算2.4 機翼形量水槽測流理論2.4.1 量水槽的結(jié)構(gòu)2.4.2 量水槽流量公式的建立2.4.3 機翼形量水槽的標準化結(jié)構(gòu)體系及設計施工要求2.5 U形渠道斷面測流方法2.5.1 U形渠道斷面測流公式的推導2.5.2 U形渠道斷面測流幾點說明參考文獻第3章 灌溉管網(wǎng)水力計算3.1 多孔出流管水力計算3.1.1 多孔出流管沿程水頭損失3.1.2 多孔出流管局部水頭損失3.1.3 多孔管壓強水頭分布規(guī)律3.1.4 均勻坡上多孔管雙向布置時最佳進口位置的確定3.1.5 多孔變徑管水力計算方法3.2 未考慮壓力分區(qū)的田間管網(wǎng)水力計算3.2.1 田間管網(wǎng)的壓力參數(shù)和設計系數(shù)3.2.2 支管和毛管采用同徑管時的壓力參數(shù)和設計系數(shù)3.2.3 支管變徑和毛管同徑時的壓力參數(shù)和設計系數(shù)3.2.4 田間管網(wǎng)水力計算方法3.3 基于壓力分區(qū)的田間管網(wǎng)水力計算3.3.1 田間管網(wǎng)壓力偏差3.3.2 毛管水力設計3.3.3 支管水力設計3.3.4 支管進口水壓力3.4 輸水管網(wǎng)水力優(yōu)化3.4.1 輸水管網(wǎng)初步優(yōu)化設計3.4.2 輸水管網(wǎng)二次優(yōu)化設計參考文獻第4章 地面灌溉水流運動特征4.1 溝灌水流運動特征4.1.1 地表水流推進過程4.1.2 地表水流消退過程4.1.3 溝灌沿溝長方向的入滲時間分布特征4.1.4 灌水溝中水深變化特征4.1.5 溝灌土壤含水量分布4.2 畦灌水流運動特征4.2.1 畦灌水流運動及基本函數(shù)4.2.2 側(cè)向流及畦寬對水流運動過程的影響4.2.3 進水口間距對水流運動過程的影響4.2.4 設計情況下長畦分段灌溉與畦灌的比較4.3 地面灌溉田面水流運動模擬4.3.1 溝灌田面水流運動模擬——運動波模型4.3.2 畦灌田面水流運動模擬——零慣量模型參考文獻第5章 微壓多孔軟管灌溉水流特征5.1 概述5.2 自流微壓多孔軟管的輸水能力比較分析5.3 微壓多孔軟管總出流量和平均單孔出流量的計算公式5.4 多孔管的沿程水頭損失計算5.4.1 已有公式及存在問題5.4.2 基本公式及分析5.4.3 多孔管的沿程水頭損失5.4.4 分析與討論5.5 多孔管沿程壓力水頭變化分析5.5.1 多孔管沿程壓力水頭公式的建立5.5.2 多孔管末端壓力水頭變化的定性分析5.5.3 多孔管平均壓力水頭的確定5.5.4 多孔管最大和最小壓力水頭的確定5.5.5 壓力水頭線的類型分析參考文獻第6章 噴灌水流運動特征6.1 噴灌水力特征參數(shù)6.1.1 噴頭射程6.1.2 噴頭流量6.1.3 噴灌強度6.1.4 噴灌均勻度6.1.5 噴灌水滴粒徑6.2 噴頭射程方程6.2.1 圓形噴灑域噴頭射程方程6.2.2 非圓形噴灑域噴頭射程方程6.3 噴灌水滴運動方程6.3.1 噴灌水滴受力分析6.3.2 噴灑水滴運動方程6.3.3 噴灌水滴運動方程的求解6.4 噴灌水量分布特性6.4.1 圓形噴灑域噴頭無風噴灑6.4.2 圓形噴灑域噴頭有風噴灑6.4.3 非圓形噴灑域噴頭無風噴灑參考文獻第7章 滴頭流道水流運動特征7.1 微流道水力計算及PIV系統(tǒng)7.1.1 微流道單相流水力計算7.1.2 微流道兩相流水力計算7.1.3 微流道PIV原理及系統(tǒng)7.2 滴頭流道水流運動特性7.2.1 流道轉(zhuǎn)角的水力性能和抗堵性能7.2.2 流道偏差量的水力性能和抗堵性能7.2.3 梯形流道的水力性能和抗堵性能7.2.4 優(yōu)化流道結(jié)構(gòu)的水力性能和抗堵性能7.3 流道結(jié)構(gòu)參數(shù)對固體顆粒運動的影響7.3.1 流道轉(zhuǎn)交對固體顆粒運動的影響7.3.1 流道轉(zhuǎn)交對固體顆粒運動的影響7.3.3 齒高對固體顆粒運動的影響7.3.4 偏差量對固體顆粒運動的影響7.4 滴頭流道固液二相流運動特征7.4.1 平直流道顆粒運動7.4.1 平直流道顆粒運動7.4.3 迷宮流道固體顆粒運動參考文獻第8章 灌水均勻度評價指標8.1 灌溉均勻度評述8.1.1 灌溉均勻系數(shù)8.1.2 各種均勻系數(shù)之間的關(guān)系8.1.3 均勻系數(shù)影響因素分析8.2 基于水力偏差的均勻度計算8.3 水力、制造偏差耦合均勻度計算8.4 水力偏差、制造偏差和微地形高差的均勻度計算公式參考文獻第9章 灌溉水力學若干問題探討9.1 灌溉均勻度9.2 灌溉水流運動9.3 灌溉系統(tǒng)水力計算參考文獻

章節(jié)摘錄

第1章 緒論 水力學屬于應用力學范疇，是一門技術(shù)科學，它是人們在不斷的科學研究及總結(jié)生產(chǎn)實踐的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，并廣泛應用于多種行業(yè)（如水利工程建設、城市建設和交通運輸?shù)龋?。隨著水力學在相關(guān)行業(yè)與領(lǐng)域的廣泛應用，逐步發(fā)展并產(chǎn)生了行業(yè)特色相對鮮明的專門水力學（如河道水力學、管道水力學等）。水力學在農(nóng)田灌溉領(lǐng)域也得到了廣泛應用（如地面灌溉的水流運動、灌區(qū)規(guī)劃與灌溉工程設計等），伴隨著水資源的日益緊缺，新的灌溉技術(shù)不斷涌現(xiàn)，且在生產(chǎn)中大面積推廣應用（如噴灌技術(shù)、微灌技術(shù)等）。同時，生產(chǎn)中對灌溉新技術(shù)的需求也在不斷增加，開發(fā)灌溉新技術(shù)與新產(chǎn)品就成為現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展中的一個重要研究課題（李佩成，2004；石玉林等，2001；吳普特等，2003，2005，2006；高占義等，2008）。 在多年開發(fā)灌溉新技術(shù)與新產(chǎn)品的過程中，我們深感傳統(tǒng)的水力學理論已經(jīng)難以滿足需求，不同灌溉技術(shù)所涉及的特殊水流的運動，傳統(tǒng)水力學理論并未涉及或涉及較少，這就給灌溉新技術(shù)與新產(chǎn)品的研究帶來了一定的困難，如滴灌技術(shù)中微流道水流運動、多孔軟管出流、噴灌射流運動、特殊斷面的水流運動、地形因素對灌溉均勻度的影響及山地微灌等水力學問題（Wuetal．，1973，1975；張國祥，1990，2006；Barraganetal．，2005；Wuetal．，2010a，2010b；Zhuetal．，2010；張國祥等，2005；朱德蘭等，2005a，2005b，2006；朱德蘭等，2005c）。 基于上述考慮，我們認為很有必要對灌溉水流運動進行專門研究，為灌溉新技術(shù)與新產(chǎn)品的研發(fā)提供理論依據(jù)，從而推動現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展，因此，初步提出發(fā)展灌溉水力學的基本設想，并將灌溉水力學定義如下：灌溉水力學是專門研究灌溉水流運動基本規(guī)律的科學，其目的為經(jīng)濟、高效、均勻地將灌溉水流輸送到田間。 發(fā)展灌溉水力學的目的在于解決灌溉工程設計與應用中的水力學問題，同時，也為灌溉新技術(shù)與新產(chǎn)品的開發(fā)提供理論依據(jù)，從而不斷完善和發(fā)展農(nóng)田灌溉工程技術(shù)，支撐農(nóng)業(yè)水土工程學科建設，推動節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展。本書是我們近幾年相關(guān)研究工作的總結(jié)，僅僅是灌溉水力學所涉及內(nèi)容的很小一部分，總結(jié)此項工作并將其撰寫成書，主要在于讓更多的同行注意并重視此項工作，也讓更多的同行對此項研究提出批評與建議，共同參與研究，不斷完善灌溉水力學這門新興學科，為我國現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供理論與技術(shù)支撐。 1.1 農(nóng)田灌溉過程及階段劃分 灌溉是指通過人工手段，將灌溉水流輸送到農(nóng)田，補充土壤水分以改善作物生長條件的技術(shù)措施。其目的就是將灌溉水流均勻地分布到田間，以滿足作物生長對土壤水分的需求。從能量的角度來講，灌溉可以分為兩大類：無壓灌溉和有壓灌溉。根據(jù)灌溉水向田間輸送與濕潤土壤的方式不同，灌溉又可以分為四大類：地面灌、微灌、噴灌和滲灌。 目前最常用的地面灌溉屬于無壓灌溉，它是使灌溉水通過田間渠溝或管道輸入田間，水流呈連續(xù)薄水層或細小水流沿田面流動，主要借助重力作用和毛細管作用下滲濕潤土壤。地面灌既是世界上最古老的灌水方法，也是目前仍普遍采用的灌水方法。全世界現(xiàn)有灌溉面積中約有90%采用地面灌溉。在我國農(nóng)田灌溉發(fā)展中，地面灌水方法有著悠久的歷史，我國勞動人民數(shù)千年來已積累了極為豐富的地面灌水經(jīng)驗，對提高和發(fā)展農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)起了很大的作用。目前，我國地面灌溉面積仍占全國總灌溉面積的95%以上。依據(jù)灌溉水流向田間輸送的形式或濕潤土壤的方式不同，地面灌溉可分為畦灌、溝灌和淹灌三類。 有壓灌溉是通過在水源處施加壓力，使灌溉水流進入有壓管網(wǎng)，再通過灌水器流出以濕潤土壤的灌溉方式，微灌和噴灌均屬于有壓灌溉。微灌是根據(jù)作物對水分的需求，通過一套專門設備，將灌溉水流加壓或利用地形落差所產(chǎn)生的自壓，經(jīng)過過濾，通過管道系統(tǒng)輸送水流至末級管道上的特殊灌水器，并由灌水器將作物所需的水分和養(yǎng)分以較小的流量均勻、緩慢而又準確地直接輸送到作物根部附近的土壤中，使作物根系活動區(qū)的土壤經(jīng)常保持在最佳的水、肥、氣含量狀態(tài)的一種灌溉方式。因此，它具有節(jié)水增產(chǎn)、省工節(jié)肥及對地形適應能力較強等多種優(yōu)點。由于微灌主要借助于毛細管和重力作用來濕潤作物根系附近局部范圍內(nèi)的土體，所以又稱局部灌溉。根據(jù)細小水流由灌水器流出的方式不同，微灌可分為滴灌、微噴和涌泉灌等多種類型。 我國現(xiàn)代微灌技術(shù)的發(fā)展始于1974年，經(jīng)過微灌設備引進、消化吸收、設備研制和應用試驗與試點、設備改進和完善及擴大試點推廣等階段，微灌現(xiàn)已在全國各地得到較為迅速地推廣應用，并取得了良好的效果。實踐證明，微灌是目前各種灌水方法中用水量最省，水的利用率最高的一種灌水方法，主要用于灌溉果樹、蔬菜、花卉及設施園藝等經(jīng)濟價值較高的植物。微灌在我國干旱半干旱地區(qū)、地形復雜的山丘地區(qū)，戈壁沙漠等透水性較強的砂質(zhì)土壤及土壤鹽堿化地區(qū)均有廣闊的發(fā)展前景。 噴灌是利用水泵加壓或地形高差所產(chǎn)生的自壓，將灌溉水流通過管道系統(tǒng)輸送至田間，經(jīng)噴頭噴射到空中分散成細小的水滴，像天然降雨一樣降落到地面，隨 后主要借助毛細管和重力作用滲入土壤的灌溉方式。早在20世紀50年代，我國就建成一些噴灌試驗工程，但直到70年代才形成了一定的規(guī)模，進入80年代，由于農(nóng)村體制改革，噴灌的發(fā)展陷于徘徊，90年代后，噴灌技術(shù)在園林綠化工程中得到應用，噴灌技術(shù)在我國進入了一個新的發(fā)展時期，發(fā)展速度較快。該技術(shù)的一個突出特點是適用于各種作物、土壤，且受地形因素限制小，可用于地形起伏、坡度較大的耕地。 盡管地面灌溉技術(shù)、微灌技術(shù)和噴灌技術(shù)均有各自的優(yōu)缺點，且具有各自適應的自然條件和適用范圍，但仔細分析其灌溉水流的運動過程均有相同特點。其水流過程大致可以分為以下四個階段：一是灌溉水流從水源地輸送到田間地頭；二是將輸送到田間地頭的灌溉水流均勻地輸送到農(nóng)田；三是輸送到農(nóng)田的灌溉水流入滲到農(nóng)田土壤之中；四是入滲到農(nóng)田土壤中的灌溉水流再通過植物根系傳到植物體內(nèi)。我們分別將其稱為輸水過程、灌水過程、土壤入滲過程與植物吸水過程，如圖1-1所示，以下對其分別進行描述。 圖1-1 灌溉水流運動過程圖 1）第Ⅰ階段：輸水過程輸水過程是指通過輸水渠道或管道將灌溉水流從水源地輸送到田間地頭。灌 溉水源是指天然水資源中可用于灌溉的水體，主要有河川徑流、當?shù)氐孛鎻搅鳌⒌叵聫搅骷俺鞘形鬯?。河流水源是最常用的灌溉水源，由于天然河道的水位和流量等年際變化較大，一般要修建相應的渠首工程用以調(diào)節(jié)水源狀況，再通過加壓或自壓的方式將灌溉水流引入輸水渠道或管道。灌溉水流在輸水渠道中主要受重力作用向前推進，同時存在水面蒸發(fā)和渠道滲漏損失。水面蒸發(fā)與當?shù)貧夂驐l件有關(guān)，而渠道滲漏損失則與渠床土壤性質(zhì)、地下水埋藏深度和出流條件、渠道工作制度、輸水時間、渠道襯砌與淤積情況等因素有關(guān)。土渠滲漏量一般較大，通過對渠道進行混凝土、磚石襯砌等防滲處理后，可顯著降低渠道滲漏損失。 渠道滲流過程一般包括兩個階段：自由滲流和頂托滲流。在渠道輸水初期或者地下水位較深時，一般會發(fā)生渠道自由滲流，渠道的滲流不受地下水的頂托，滲流過程中渠道內(nèi)的水流與地下水不形成連續(xù)水流。在自由滲流初期，滲漏水流主要借助重力和毛細管作用濕潤自渠底至地下水面之間的土層，在此階段，渠道滲流呈不穩(wěn)定狀態(tài)，滲流量隨潤濕土層的深度與時間而變化。隨著滲漏的繼續(xù)，當渠道的滲流量大于地下水向兩側(cè)的出流量時，就形成地下水鋒，隨著地下水鋒不斷向上擴展，當?shù)叵滤h擴展至渠底，地下水與地面水連成一片時，則形成頂托滲流。 灌溉輸水管道與灌溉渠道輸水的本質(zhì)不同在于，灌溉管道中的水流一般為有壓狀態(tài)。采用管道輸水可完全避免水面蒸發(fā)損失和滲漏損失，從而節(jié)約灌溉用水，提高灌溉水利用率；由于大部分輸水管道埋在地下，與渠道輸水相比，管道輸水大約可少占10%的耕地，從而提高土地利用率，擴大有效灌溉面積。 2）第Ⅱ階段：灌水過程 灌水過程是指通過某種灌溉方式（地面灌、微灌和噴灌）將灌溉水流從田間地頭均勻地分布到田間地表。采用地面灌溉方式時，灌溉水流在地面運動的同時伴隨著向土壤入滲的運動過程。灌溉水流由田間渠溝或管道連續(xù)進入田塊后，迅速沿田面的縱向推進，并形成一個明顯的濕潤前鋒（即水流推進的前緣）。水流邊向前推進，邊向土壤中下滲，即灌溉水流在繼續(xù)向前推進的同時就伴隨有向土壤中的下滲。當濕潤前鋒到達田塊尾端，或到達田塊某一距離，并已達到所要求的灌水量時即關(guān)閉田塊首端進水口，停止向田塊供水。此時，田面水流將繼續(xù)向田塊尾端運動，田面水流深度不斷下降，向土壤下滲的水量逐漸增加，而且田塊首端水層首先下降至零，地表面形成一落干鋒面，并隨田面水流和土壤入滲向下游移動，直至田塊尾端，或在田塊某距離處與濕潤前鋒相遇。當田面已完全無明水層時，田間水流全部滲入土壤轉(zhuǎn)化為土壤水，灌水過程結(jié)束。 采用微灌和噴灌技術(shù)實施灌溉時，灌溉水流通過田間配水管網(wǎng)輸送至灌水器，再由灌水器流出。灌水器的作用是把末級管道中的壓力水流均勻而又穩(wěn)定地分配到田間，以滿足作物對水分的要求。灌水器質(zhì)量的好壞直接影響到灌水質(zhì)量和系統(tǒng)的工作可靠性，因此對灌水器的制造或選擇要求均相對較高。一般要求灌水器 出水流量小、出水均勻穩(wěn)定、抗堵塞性能好、結(jié)構(gòu)簡單、制造精度高、堅固耐用且價格低廉。灌水器分為管間式滴頭、孔口式滴頭、微管滴頭、滴灌帶、折射式微噴頭（噴頭）及射流旋轉(zhuǎn)式微噴頭（噴頭）等幾種形式。 管間式滴頭，又稱長流道式滴頭，它串接在兩段毛管之間，成為毛管的一部分，灌溉水流經(jīng)迷宮式長流道消能后，在出水口以水滴狀流出?？卓谑降晤^屬短流道滴頭，當毛管中壓力水流經(jīng)過孔口和離開孔口并碰撞到頂部折射時，其能量被大量消耗而成為水滴狀或細流狀進入土壤。微管滴頭屬長流道滴頭，它是把直徑為1mm左右的微管插入毛管，利用灌溉水流在微管中的運動消能，使灌溉水流呈水滴狀或細流狀出流，微管可纏繞在毛管上，也可散放。 滴灌帶由內(nèi)、外兩腔組成，內(nèi)腔起輸水作用，外腔起配水作用。折射式微噴頭（噴頭）是通過折射錐使灌溉水流散射，形成扇形或圓形水膜噴灑出去。射流旋轉(zhuǎn)式微噴頭初期射出的水流集中，不需外力驅(qū)動，僅靠壓力水流自身的能量使噴頭在噴灑過程中做間歇或連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動。 3）第Ⅲ階段：土壤入滲過程 土壤入滲過程實際上就是將灌溉水入滲轉(zhuǎn)化為土壤水的過程。灌溉水流主要在重力勢和基質(zhì)勢作用下向土壤中運動。地面灌溉水流向土壤入滲的過程是伴隨著水流在田面推進而產(chǎn)生的，其入滲過程可以看作在垂直方向上的一維水分運動，在灌溉初期，土壤初始入滲速度較大，但地表薄層水流的靜水壓力并不是入滲的主要動力，入滲開始時土壤中的初始含水率較小，土壤水主要在基質(zhì)勢作用下向下運動，地表土壤層中含水率在較短時間內(nèi)就接近于土壤飽和含水率。隨著入滲時間的增加，入滲路徑加大，從地表到入滲鋒面的基質(zhì)勢梯度逐漸減小，入滲速度也不斷減小，最后主要在重力勢作用下趨于穩(wěn)定值，達到穩(wěn)定入滲強度，即穩(wěn)定入滲率（雷志棟，1988）。 噴灌技術(shù)是模擬天然降雨的一種灌溉方式，但與天然降雨不同，為了避免出現(xiàn)地表積水和產(chǎn)生徑流，噴灌強度一般要小于土壤入滲能力，當噴灌水流到達地表后，在重力勢和基質(zhì)勢的作用下發(fā)生一維垂直入滲，這與地面灌溉的土壤水分運動情況類似。 滴灌是一種局部灌溉方式，僅濕潤作物根系區(qū)土壤，滴灌條件下的土壤水分運動不同于地面灌和噴灌，其土壤水分入滲屬三維非飽和流水分運動。當土壤質(zhì)地均一、各向同性時，可以將三維土壤水分運動簡化為二維來對待。在入滲的初始時刻，滴頭附近土壤在較短時間內(nèi)達到飽和，但是遠離滴頭處的土壤含水率較低，這樣形成了較大的水勢梯度，由于土壤水分的水平運動及垂直運動均主要受基質(zhì)勢作用，濕潤鋒水平運移速度與垂直運移速度都較大，并且大致相等；隨著入滲時間的延長，濕潤體的體積及濕潤體內(nèi)的土壤含水率都在不斷地增大，從而導致基質(zhì)勢梯度逐漸減小，濕潤鋒水平運移速度及垂直運移速度同步減小，當基質(zhì)勢梯度減小 到相對于重力勢梯度而言，不再可以忽略時，基質(zhì)勢梯度主導土壤水分的水平運動，而土壤水分的垂直運動則主要受基質(zhì)勢梯度和重力勢梯度的共同作用，濕潤鋒的垂直運移速度略大于水平運移速度，在結(jié)束灌水時，濕潤鋒的垂直運移距離也略大于水平運移距離。對于地表滴灌，灌水結(jié)束時形成一個半橢球狀濕潤體；而對地下滴灌而言，則形成一個橢球狀濕潤體。當?shù)晤^間距較小時，在入滲過程中濕潤鋒會發(fā)生交匯現(xiàn)象，最終在地表形成一條濕潤帶。 4）第Ⅳ階段：植物吸水過程 植物吸水過程是指土壤水被作物根系吸收，并經(jīng)過蒸發(fā)蒸騰進入大氣的過程。土壤水分經(jīng)過植物和土壤表面進入大氣是一個相互關(guān)聯(lián)、相互作用的連續(xù)過程。由此，產(chǎn)生了土壤-植物-大氣連續(xù)體（soil-plant-atmospherecontinuum，SPAC）理論，認為水分經(jīng)由土壤到達、進入植物根系，由導管經(jīng)植物莖到達葉片，再由葉片氣孔擴散到空氣層，最后參與大氣湍流交換，是一個統(tǒng)一、動態(tài)的互反饋連續(xù)系統(tǒng)，即土壤-植物-大氣連續(xù)體系統(tǒng)（Philip，1966）。SPAC系統(tǒng)中的水分運動動力是不同狀態(tài)下的水勢差異。SPAC連續(xù)體可劃分為三個層次：土壤層、植被層和位于一定參考高度的大氣層，這樣水分在SPAC連續(xù)體中的運動分為以下幾個過程：土壤中和土壤表面的水分運動；②植物體內(nèi)從根系到冠層的水分運動；③從植物冠層中到植物冠層的水分運動；④由冠層大氣向參考高度大氣層的水汽擴散。 宏觀上，熱（太陽輻射）是自然地理系統(tǒng)中水分運動和水文循環(huán)的主要動力。同時，農(nóng)田水分蒸發(fā)、蒸騰又可以分為土壤表面蒸發(fā)與植物蒸騰兩個過程。當太陽輻射到達地表后發(fā)生潛熱交換和水分蒸發(fā)，土壤表層含水量隨之降低，基質(zhì)勢下降，形成基質(zhì)勢梯度，在土壤水吸力的引導下深層土壤水和地下水沿毛細管上升到地表蒸發(fā)面，形成土壤-大氣水分連續(xù)系統(tǒng)。但隨著土壤含水量降低，毛細管水分的連續(xù)性變差，土壤導水率下降。當土壤含水量降到一定水平之下后，毛細管斷裂，深層土壤水和地下水難以補給地表，形成土壤干層，水分蒸發(fā)受到熱量傳導和水汽擴散阻力兩方面的制約，會降到較低的水平。 微觀上，植物蒸騰受外界條件和自身氣孔生物學特征的控制（Loomisetal．，1963）。在汽化能量和葉-大氣界面水勢差的共同作用下，植物水分不斷形成水蒸氣，通過氣孔進入外界大氣，同時改變了氣孔細胞水勢和溶質(zhì)濃度，隨著蒸騰的持續(xù)，植物葉片細胞水勢下降到一個穩(wěn)定的程度，水分從臨近細胞滲入進行補充，并依次延伸與導管相接，最后進入根部；由于植物根毛細胞水勢低于土壤，水分由土壤進入植物體內(nèi)；從而在蒸騰吸力的引導下形成了完整、連續(xù)的植物水分運動體系。 根系吸水是SPAC水分傳輸過程中連接土壤水、植物水和大氣水的紐帶。根系吸水速率受蒸騰、土壤含水量、土壤溶液濃度和根細胞溶液濃度等的影響。同時土壤含水量和根系生理活動也會對蒸騰產(chǎn)生影響，例如，根系受到干旱脅迫時，會產(chǎn)生脫落酸（ABA），起到減小氣孔開度，抑制蒸騰的作用。

編輯推薦

作者吳普特、朱德蘭、呂宏興、張林以灌溉水流運動規(guī)律、灌溉系統(tǒng)水力計算及灌溉均勻度評價為主線撰寫本書，形成了這部尚不太成熟的《灌溉水力學引論》。其目的在于讓更多的同行注意并重視此項研究，也讓更多的同行對此項研究提出批評與建議，共同參與研究，不斷完善灌溉水力學這門新興學科，為我國現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供理論與技術(shù)支撐。

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