嘉南灌區土壤水分特性曲線及水旱田農業用水之研究

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1 嘉南灌區土壤水分特性曲線及水旱田農業用水之研究
專題討論報告 嘉南灌區土壤水分特性曲線及水旱田農業用水之研究 報告人：陳怡雯 立德管理學院資源與環境研究所 民國 九十三年五月十九日

2 報告內容簡介 一、緒論 二、文獻回顧 三、研究方法 四、嘉南灌區土壤水分特性曲線訂定 五、實驗討論與結果 六、成果

3 一、緒論 1.1研究動機 台灣加入WTO後農業面臨水旱田耕種面積、作物種類農業用水調整之迫切性問題，藉由 (1) 田間試驗之執行
(2) 水稻蒸發散量之估算 (3) 水田灌溉計畫調整有效運用有限之水資源 將有助於推估水旱田之農業用水，因應日漸匱乏之水資源及農業、工業及民生用水之需，同時顧及水田生態性功能。

4 一、緒論 1.2研究目的 *藉由二期作之栽種進行水稻株高、產量及稻米品質之調查，並推估嘉南灌區水田入滲及水旱田之農業用水量。 。
*本研究期能收集現地土壤水分變化資料，應用van Genuchten提出飽和度與壓力水頭之間關係訂定出嘉南灌區之土壤水分特性曲線之參數。 *藉由二期作之栽種進行水稻株高、產量及稻米品質之調查，並推估嘉南灌區水田入滲及水旱田之農業用水量。 。

5 一、緒論 1.3研究步驟 1.田間試驗基本資料之收集、分析 收集、分析嘉南水利會學甲試驗推廣中心歷年包括農業氣象、土壤特性等田間試驗資料。
此基本資料之彙整可應用於灌溉管理模式於分析嘉南灌區水旱田農業用水量。 2.田間試驗規劃與執行 學甲試驗推廣中心規劃、執行水旱田現地試驗。 進行水田不同灌溉水深之農業用水量調查，並於現地裝設監測田間土壤水分變化之設備，可隨時擷取土壤水分變化之即時觀測值。

6 一、緒論 3.土壤水分特性曲線推估相關模式之收集與分析 藉由過去專家學者建立之推估模式，加以收集與分析，並找出適合土壤水分曲線之推估模式。
4.模式參數之測估 依據田間試驗之實驗及觀測結果，結合RETC模式進行模擬，藉以推估適合嘉南灌區合理之土壤水分特性曲線及參數。 5.模式之驗與討論 將模式之模擬結果與田間實測資料相互驗證， 並分析彼此之差異，可作為日後進一步研究之探討依據與方向。

7 土壤水分特性曲線推估相關模式之收集與分析
研究步驟流程圖 模式參數之測估 田間試驗基本資料之收集、分析 田間試驗規劃與執行 土壤水分特性曲線推估相關模式之收集與分析 模式之驗證與討論

8 二、文獻回顧 劉建榮 (2002) 以砂箱滲流試驗量測得之土壤張力值， 對壓力鍋實驗迴歸所得之保水曲線進行修正，用來反映水流於變動飽和土壤中之流動特性。 郭勝豐(2000) 收集並分析學甲試驗站歷年來的灌溉管理資料,並利用灌溉管理模式來估算嘉南水利會佳里管理處耕作制度下之灌溉需水量。

9 文獻回顧 賀忠祥 (1989)曾在台北、中壢及學甲等三地區進行試驗，針對田間土壤水分各參數進行重複測定，並採集非擾動土柱進行土壤假比重、 飽和土壤水分含量、土壤孔隙率、土壤吸水率等參數的測定與推估。

10 三、研究方法 3.1現地狀況 學甲旱作灌溉試驗站，自民國50年8月成立以來，從事各種旱作灌溉的相關課題之試驗研究工作。
站內依中央氣象局之標準設置一氣象站，氣象觀測儀器包含有乾、濕球濕度計、溫度計、日照、日射量、A型蒸發皿、風速儀、地溫計及雨量計等。 試驗站附近鑿有三口地下水位觀測井，地下水位變動情形則是每週以人工定時觀測一次。

11 氣象觀測儀器 乾、濕球濕度計

12 氣象觀測儀器 日照計 蒸發皿

13 氣象觀測儀器 風速儀

14 3.2現地試驗規劃 試驗田規劃係將試驗田分為水田及旱田兩部分，水田的部分又分為正常灌溉及超量灌溉兩組 。 水田是以栽種二期作之台農71號作為調查對象，並依照農田水利會水稻栽培的標準程序進行栽種工作。 旱田依旱作之灌溉方式操作，種植大豆以作為綠肥。

15 學甲灌溉試驗站水旱田土壤水分感應器及 資料處理器配置圖

16 本研究埋設之Watermark作為監測田間土壤水分變化之設備，藉以了解田間土壤水分之變化。
(7/13) 3.3現地試驗儀器架設 本研究埋設之Watermark作為監測田間土壤水分變化之設備，藉以了解田間土壤水分之變化。 主要設備包括watermark，資料處理器主機，AC/DC兩用電源模組及戶外型防潮箱所組成。 資料處理器(Datalogger)可提供各種不同的資料讀取模式，並可直接以筆記型電腦讀取資料，並可依研究的需求設定、修改及觀看即時值。

17 操作介面

18 水分感應器之埋設 水田的部分在正常灌溉及超量灌溉兩組水田，分別埋設一組水分感測器其埋設深度為地表下10公分、20公分、30公分、40公分、60公分、90公分、120公分等七個不同的深度。 旱田的埋設深度則分別為地表下5公分、10公分、20公分、30公分、40公分、60公分、90公分等七個不同的深度 。

19 土壤水分量測設備

20 3.4進行二期作水稻田間試驗 本試驗採人工插秧方式插植秧苗，因台農71號的秧苗較為嬌嫩，所以在育苗工作上頗為困難，須隨時觀察依其狀況調整控制點。 本研究之二期作水稻田間試驗於7/21插秧，10/21收穫，生長日期為93天，試驗品種來自於嘉義農業試驗所之台農71號，屬於「香米」之一種。

21 水稻田間試驗 在一般灌區及超量灌區中皆有水尺及水錶，可每日量測並記錄水稻之灌溉及生長情況。

22 二期作之栽培 田間灌溉方式為保持極小流量的水流，持續灌溉以供給足夠的水分，配合植物的生長情況調整每日的灌溉量及排水量。
二期作因氣候較為炎熱，害蟲容易孳生繁殖，因此必須加強病蟲害的防治工作。

23 四、嘉南灌區土壤水分特性曲線訂定 4.1土壤物理試驗
土壤物理試驗的目的在於將田間採土於實驗室進行重量法及壓力鍋試驗，與收集所得之現地土壤水分變化資料作一校正與驗證。 應用van Genuchten提出飽和度與壓力水頭之間關係訂定嘉南灌區之土壤水分特性曲線之參數。

24 4.2.1重量法實驗 為了校正及確認 watermark 土壤水分感應器，因此挖取試驗田不同深度及時間的土壤於實驗室量測土壤體積含水量。 土樣採取的深度則分別為5cm， 10cm， 20cm， 30cm， 40cm， 60cm， 90cm共七個不同的深度。 每批土樣皆作三重覆分析，以提高土壤水分含量測定之準確度。

25 重量法實驗 重量法實驗原理： 本方法以質量為原則，測定土壤樣品的水分含量，土壤樣品105±5℃下乾燥至恆重，計算乾燥前後土壤重量之差值，以乾基為基礎，計算水分含量(m/m，%)。

26 重量法實驗

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29 4.2.2壓力鍋實驗 實驗原理: 將飽和的定體積土壤，稱重後，放於壓力鍋內的素瓷板上，在密閉的壓力鍋內加恒壓，利用壓力與孔隙中水分的表面張力的大小關係，將水經由素瓷板的細孔排至壓力鍋外。 當壓力鍋內系統達平衡後，將土樣稱重。當增加壓力，而土樣重幾乎不再變化時，就可將土樣烘乾稱重，以飽和土樣重減乾土重，再除以定體積，就是飽和含水量。

30 壓力鍋實驗 實驗目的: 在田間或實驗室中，只要測出樣品的張力值，便能由已知的保水曲線找到相對應的含水量值。反之，也可以從測得的含水量值，透過保水曲線，獲知樣品的張力值。 保水曲線是張力和含水量兩者關係的換算工具。 傳統上量測保水曲線，仍以壓力鍋為主。

31 壓力鍋量測土壤壓力為0. 2bar,0. 6bar,0. 8bar,1. 0bar,1,2bar,1. 6bar,2
壓力鍋量測土壤壓力為0.2bar,0.6bar,0.8bar,1.0bar,1,2bar,1.6bar,2.0 bar 每個土層的土樣皆採三重覆分析 土樣之製作 壓力鍋之設備

32 五、試驗結果與討論 5.1土壤水分感應器量測結果 嘉南水利會學甲試驗站水田正常灌溉區土壤吸力變化圖(2003/6/27至 2003/7/8)

33 三月份一般灌區土壤吸力變化圖

34 三月份旱田土壤吸力變化圖

35 5.2重量法實驗值推估土壤水分特定曲線參數之結果
van Genuchten(1980)提出飽和度與壓力水頭之間關係式 : RETC程式是使用van Genuchten 的參數模型,來描述土壤水分特性曲線

36 ThetaR ThetaS Alpha n m RSquate 5cm 0.067 0.6014 10cm 0.6600 20cm 0.7559 30cm 0.8171 40cm 0.6747 60cm 0.5304 90cm 0.6741

37 重量法實驗迴歸曲線 (5cm) RSquare=0.9225

38 重量法實驗迴歸曲線 (10cm) RSquare=0.8955

39 重量法實驗迴歸曲線 (20cm) RSquare=0.901

40 重量法實驗迴歸曲線 (30cm) RSquare=0.971

41 重量法實驗迴歸曲線 (40cm) RSquare=0.867

42 重量法實驗迴歸曲線 (60cm) RSquare=0.704

43 重量法實驗迴歸曲線 (90cm) RSquare=0.705

44 5.3壓力鍋實驗值推估土壤水分特定曲線參數之結果
ThetaR ThetaS Alpha n m RSquate 5cm 0.067 1.5015 10cm 1.5181 20cm 30cm 0.1092 40cm 0.0033 60cm 0.0878 90cm 0.0516 4.6848

45 壓力鍋試驗迴歸曲線 (5cm) RSquare=0.9116

46 壓力鍋試驗迴歸曲線 (10cm) RSquare=0.9384

47 壓力鍋試驗迴歸曲線 (20cm) RSquare=0.922

48 壓力鍋試驗迴歸曲線 (30cm) RSquare=0.9825

49 壓力鍋試驗迴歸曲線 (40cm) RSquare=0.9464

50 壓力鍋試驗迴歸曲線 (60cm) RSquare=0.9874

51 壓力鍋試驗迴歸曲線 (90cm) RSquare=0.9903

52 六、結果與討論 於現地進行重量法、砂箱實驗及壓力鍋實驗,進行watermark之校正，並應用van Genuchten(1980)提出飽和度與壓力水頭之間關係，訂定嘉南灌區之土壤水分特性曲線及參數。 本研究於學甲試驗站進行二期作水稻之栽種工作，除了進行稻米株高、產量及品質外，亦期望藉由田間水收支平衡法，灌溉管理模式及土壤水分特性曲線模擬及推估嘉南灌區水田入滲及水旱田之農業用水量。

53 3. 土壤水分測定與變化可瞭解田間土壤之乾濕程度，並提供田間實測資料，作為灌溉管理者重要資訊藉以針對作物需要進行適時適量之灌溉，可使農田水利管理達到自動化及科學化之目的。

54 報告結束 敬請指教