貴州省農田灌溉水有效利用系數自動化監測初探

蔡長舉，孫成文，付 杰(.貴州省水利科學研究院，貴陽 55000；.貴州省貴陽市修文縣水務局，貴陽 55000)

農田灌溉水有效利用系數是國家最嚴格水資源管理[1]的重要指標之一，是反映灌區節水改造、管理水平及氣候土壤條件的一項重要指標，準確測定農田灌溉水有效利用系數不僅對灌區節水改造、灌區節水可持續發展具有重要意義，也是國家實行最嚴格水資源管理工作考核的重要工作。長期以來，由于貴州省灌區用水量測力量薄弱，大部分灌區無量測設施，農田灌溉水有效利用系數測算基礎資料一直靠人工觀測進行，人工觀測存在隨意性大、管理難、數據讀取不準確、測算投入高等缺點，針對當前貴州省農田灌溉水有效利用系數測算中的存在的諸多問題，貴州省水利科學研究院自主研發了貴州省農田灌溉水有效利用系數監測系統，成功解決了基礎資料收集難的問題，通過選取馬場、小箐、大壩3個灌區作為試點，成功采集到渠首取水量及田間用水量數據，為系數測算提供了較為可靠的基礎資料。通過計算，得出3灌區農田灌溉水有效利用系數分別為0.445、0.461、0.438。

1 系統簡介

(1)系統組成。貴州省農田灌溉水有效利用系數監測系統由渠首取水量監測模塊、田間用水量監測模塊組成及數據采集模塊組成，系統管理人員可以通過圖標頁面觀測各區域下的瞬時流量、累積流量及各田塊的水位變化，記錄并導出每輪的測試數據。系統維護人員配合試驗管理人員在使用前期進行系統的搭建與參數配置，在試驗過程中調整參數，如果試驗人員使用熟練也可以使用部分配置功能，例如各通道對應公式的調整。

(2)工作原理。通過對監測區域數據進行監測，將監測數據通過無線通訊技術遠程傳輸至終端服務器，監測區域為渠首流量監測及田間水位監測區域。其中，每個灌區設1個渠首取水量監測點和3個田間水位監測點，采用太陽能供電，采用超聲波[2]測流技術采集數據，數據接收平臺能將采集到的數據及時繪制成曲線，方便直觀。登錄界面如圖1所示。

圖1 農田灌溉水有效利用系數監測系統登錄界面

2 測算過程

2.1 灌區簡介

所選3個樣點灌區位于修文縣小箐鄉境內，小箐鄉距離修文縣城15 km，距離省城貴陽55 km，其中，馬場灌區位于小箐鄉馬場村，設計灌溉面積為0.017 hm2，小箐灌區位于小箐鄉小箐村，設計灌溉面積為0.012 hm2，大壩灌區位于小箐鄉大壩村，設計灌溉面積為0.019 hm2。灌區中心位置坐標見表1。

表1 樣點灌區位置信息

2.2 取水水源及取水總量

試驗場地位于修文縣小箐鄉允家寨、小箐和大壩3個村，所選灌區為巖鷹山水庫控制的3條支渠，分別為馬場支渠、小箐支渠、大壩支渠，取水水源均為巖鷹山水庫，根據流量監測結果，馬場支渠總取水量為15.069 5萬m3；小箐支渠總取水量為4.631 8萬m3；大壩支渠總取水量為15.412 6萬m3；渠首取水量監測設備如圖2所示。

圖2 渠首取水量監測設備

2.3 田間凈灌溉用水量觀測統計

樣點田塊布設按以點代面選取典型樣點田塊的原則，分別于每個灌區渠首、渠中、渠尾分別選取3個樣點田場安裝田間監測設備，監測設備見圖3，樣點田塊位置見表2，田間水位監測如表3所示。

圖3 田間用水量監測設備

表2 樣點田塊位置信息

采集到田間水位后，采用以下公式進行統計各次實際凈灌溉水量：

表3 田間水位監測表 cm

(1)

式中：Qi為第i次田間灌水量，m3;hi+1為第i+1次采集的田面水深，mm；hi為第i次采集的田面水深，mm。

統計出各次凈灌溉用水量后，將公頃平均田間灌溉用水總量扣除作物生育期內的有效降雨量[3]即為公頃平均凈灌溉用水量，采用下式計算全生育公頃平均凈灌溉用水量：

(2)

式中：Q凈為全生育期公頃平均凈灌溉用水量；n為第n個樣點田塊；Qi為第i次采集到的田面水深。α為降雨入滲系數[4]，其值與一次降雨量、降雨強度、降雨延續時間、土壤性質、地面覆蓋及地形等因素有關。-般認為一次降雨量小于5 mm時，α為0；當一次降雨量在5～50 mm時，約為1.0～0.8，本項目取0.8；當次降雨量大于50 mm時，α=0.70～0.80；P為生育期內降雨量，mm。

得出公頃平均凈灌溉用水總量后，其與實際灌溉面積的乘積，好為凈灌溉用水量。通過計算，得出馬場、小箐、大壩3灌區田間凈灌溉用水量分別為6.71、2.14、6.75萬m3。

3 測算結果

采集到各灌區渠首取水量及田間用水量，根據首尾測算法[5]原理計算各灌區農田灌溉水有效利用系數，公式如下：

η=Q凈/Q毛

(3)

式中：Q凈為凈灌溉用水總量，萬m3；Q毛為毛灌溉用水總量，萬m3。

通過計算，得出馬場、小箐、大壩3灌區2015年農田灌溉水有效利用系數分別為0.445、0.461、0.438。

4 結 語

農田灌溉水有效利用系數是灌區管理工作的重要組成部分，對灌區合理輸配水起到至關重要的指導作用，在原有靠人工觀測為主的傳統數據采集基礎上，開發自動化監測系統，并將其推廣運用，意義十分重大，此次采用自動化監測系統獲得了馬場、小箐、大壩3灌區農田灌溉水有效利用系數，可直觀看出，小箐灌區由于灌溉面積較小，渠道輸水距離短，農田灌溉水有效利用系數明顯高于其他兩個灌區，這也直觀解釋了貴州省這樣一個經濟欠發達省份農田灌溉水有效利用系數高于周邊省份的原因，主要就是該省灌區規模小、分散、單個灌區輸水損失小。因此，全省農田灌溉水有效利用系數偏高。

因試驗條件有限，選取樣點灌區少，結果暫時還不能完全反映該省農田灌溉現狀，系統有待改進的地方較多，該系統大面積推廣運用尚待時日。

[1] 陶 潔，左其亭， 薛會露，等. 最嚴格水資源管理制度“三條紅線”控制指標及確定方法[J]. 節水灌溉，2012,(4):64-67.

[2] 王賢妮，宋財華. 超聲波流量計的應用與前景[J]. 工業計量，2015,(6):34-37.

[3] A S Patwardhan，J L Nieber， E L Johns. 有效降雨量的估算方法[J]. 東北水利水電，1991,(5):39-45.

[4] 劉廷璽，朝倫巴根，馬 龍，等. 通遼地區次降雨入滲補給系數和地下水位埋深及次降雨量關系的分析與研究[J]. 內蒙古農業大學學報(自然科學版)，2002,23(2):40-43.

[5] 全國農田灌溉水有效利用系數測算分析專題組. 全國農田灌溉水有效利用系數測算分析技術指導細則[Z]. 2015-12.