淺析我國農業灌區用水量測技術的現狀與發展

王成福　羅浩　景少波（新疆水利科技推廣總站新疆烏魯木齊830000）

淺析我國農業灌區用水量測技術的現狀與發展

王成福羅浩景少波
（新疆水利科技推廣總站新疆烏魯木齊830000）

從我國灌區用水量測的內涵出發，分析了農業灌區用水量測技術的現狀，針對灌區用水量測設施不配套、技術標準不規范等四個方面存在的問題，提出了加強量測水技術標準化建設、量測水新技術推廣應用等相應對策。為提高灌溉管理水平，實現新疆農業灌區用水總量控制和水資源高效可持續利用提供參考。

農業灌區；用水量測技術；問題與對策

《國務院辦公廳關于推進農業水價綜合改革的意見》（國發辦［2016］2）指出農業是用水大戶，也是節水潛力所在。長期以來，我國農田水利基礎設施薄弱，運行維護經費不足，農業用水管理不到位，不能有效反映水資源稀缺程度和生態環境成本，不僅造成農業用水方式粗放，而且難以保障農田水利工程良性運行。農業用水總量控制一方面在于實施有效的農業節水技術，另一方面離不開灌區量測水技術的實施。面對我國農業灌溉水資源短缺日益嚴峻的現實，灌區用水總量控制及相關監控手段的實施所面臨的問題將顯得更為突出。

1　農業灌區用水量量測的內涵

《國務院辦公廳關于推進農業水價綜合改革的意見》（國發辦［2016］2號）提出要完善供水計量設施，加快供水計量體系建設。農業灌區用水量測技術是推進節水農業的重要手段，高效節水農業是現代化農業發展的必然趨勢；灌區用水量測技術和設施是合理配置水資源的基礎，在有限水資源條件下實施科學水量調配和精準灌溉；高效節水可以避免大水漫灌，有效減少滲漏，合理控制地下水，減輕土壤次生鹽堿化，減輕農業面源污染和環境負荷，灌區用水量測技術的實施為改善水環境提供基礎數據；灌區用水量測技術是計收水費的依據，按照“市場在資源配置中起決定性作用”的指導思想，通過經濟手段和市場機制促進節約用水，實行定額供水、超量加價等制度管理，充分發揮水資源的有償使用政策，真正實現水資源的節約保護和優化配置。

2　農業灌區用水量測技術現狀

我國自20世紀50年代開始了灌區用水量測技術的研究與應用，隨著人們知識水平的提高、計算機與信息技術的快速發展，灌區用水量測技術的工作日益得到重視，通過不斷引進、研發和借鑒，涌現出了一大批灌區量測水新技術與設備，經過60多年的發展，目前我國灌區用水量測技術在形式、適用性、精度等方面有了顯著提高，用水量測設備達數幾十種，常見的典型農業灌區用水量測設施和設備主要有以下幾種。

2.1水工建筑物量水

水工建筑物量水基本原理是利用水工泄水建筑物，通過水力因素，經率定分析或利用經驗公式確定流量系數或效率系數［1］，通過設立水尺根據上下游水位差計算出流量。主要通過測量啟閉式水閘、跌水口、拱涵、渡槽等過水建筑物閘前閘后水位實現量水和配水。

2.2特設量水設備量水

常用的特設量水儀器設備有矩形量水堰、三角形量水堰、梯形堰、巴歇爾量水槽、無喉道量水槽、各種量水檻等［2］。特設量水設備具有單一水頭流量關系的量水的特設建筑物和設備，其水流條件主要受到建筑物尺寸和上下游水流特性的影響。

2.3流速儀測流法量水

通過量測標準渠道斷面的水位計斷面特征點的流速，推求過水斷面面積及過水平均速度，再以此計算渠道過水流量及累計水量。該方法需經過專業培訓才可以掌握，一般用于河道過水量測量。

2.4水位～流量關系用水量測

對水位進行監測，通過水力學公式或水位～流量關系曲線計算流量［3］。選擇一段斷面比較穩定均直、沒有回流影響的順直渠段，在渠段內設立一水位尺，繪制水位～流量關系曲線，查得相應的流量。該方法簡便易掌握，當前大多數灌區均采用此方法。隨著電子信息技術的快速發展，涌現出了一大批水位電子監測儀器，傳統的人工定時觀測也逐漸被電子實時監測儀器取代。

2.4.1超聲波水位計

超聲波液位計的工作原理是由換能器發出高頻超聲波脈沖遇到被測介質表面被反射回來，部分反射回波被同一換能器接收，轉換成電信號，超聲波脈沖以聲波速度傳播，從發射到接收到超聲波脈沖所需時間間隔與換能器到被測介質表面的距離成正比，根據聲速與時間差即可推算出水位。

2.4.2電子水尺等感應式流量計

近年隨灌區用水量測技術發展，研發出磁致液位傳感器，由磁致伸縮液位傳感器、顯示儀表等組成，利用磁致伸縮效應來測量液位（位移）高度的變化，絕高可靠性及抗干擾性，無須定期維修或重新標定，安裝簡單。諸如此類還有電阻式、雷達式等類型流量計。

3　農業灌區用水量測技術存在的問題

我國從“九五”開始相繼啟動了“節水農業技術研究與示范”、“農業高效用水科技產業示范工程”等重大科研項目，在節水農業技術上取得了一定的成績，對發展中國節水農業起到了重要的作用［4］，但在農業灌溉用水水量量測方面研究較少，發展相對滯后，且區域差異很大，水資源緊缺地區量測水技術較水資源充沛地區更為先進，表現在量測儀器設備、人員素質、管理水平等方面，但與國內先進地區相比，差距很大，突出表現在以下幾方面。

3.1灌區用水量測設施建設不配套

灌區基礎設施多在20世紀60年～70年代建成使用，因當時技術條件、規劃設計等因素致渠系標準不高，相應的量測設施不配套［2］，用水量測技術多通過經驗公式來推算流量，量值傳遞相對困難；渠道規格不統一，量測數據誤差較大。

3.2灌區量測水技術標準或規范不統一

灌區建設初期，用水量測技術相應配套的基礎設施種類繁多，缺乏對其技術條件、優缺點和適用范圍等的歸納、總結和研究。目前國內量測水機構對標準、規范沒有統一的要求，缺乏對量測水設施計量的認證，導致灌區用水量測技術標準或規范不統一。

3.3灌區水資源管理落后

長期以來，灌區管理部門和用水戶主觀上對水資源的重要性認識不夠，使得“總量控制、定額管理”等一系列灌區水資源管理措施未能有效落實，甚至部分地區未征收水資源費，體現不出水的商品價值，同時阻礙了水資源有償使用制度的建立。另一方面，農業灌區用水量測儀器設備及其相關設施存在防盜、防凍等自然以及人為破壞等因素，加之缺乏有效的管理手段和方式，不能得到及時維護，同時灌區信息化建設在硬件設備不完善，網絡存在專網與公網的問題，寬帶與成本的問題，功率與耗電的問題等。

3.4灌區管理人員專業素質良莠不齊

我國灌區建設早期，管理人員專業素質相對不高，隨灌區現代化管理方式的不斷發展，新設備、新技術的應用，灌區專業技術人員和復合型人才短缺問題逐步凸顯，灌區管理部門需要對新設備、新技術的掌握需要專業技術人員，還必須較高的職業道德素質和專業水平，確保數據的準確、可靠。

4　農業灌區用水量測技術問題對策與發展趨勢

4.1新型用水量測技術的應用推廣

灌區用水量測設施作為專業計量工具與現代化計量要求不配套，急需改進農業用水量測設施，提高用水量測技術，對用水量測設備設施定期進行維護，保證計量精度，延長使用壽命；同時應根據當地實際的技術和經濟條件，結合作物生長規律，研發出新型簡易、便捷、準確的用水量測技術和設施，如感應式流量計、壓力式流量計，此類流量計要求體積小、重量輕、操作簡單、攜帶方便，可靠性及抗干擾性強，無須定期維修或重新標定，經試點應用與檢測認證后，科學有序推廣應用，提高效率和減少管理成本。

4.2標準制定與設備認證

針對灌區量測設備種類繁多且沒統一的規范標準，應盡快制定和完善適應現階段應用管理和技術發展水平的用水量測技術標準和檢測規程，統一用水量測設施的技術標準，開展用水量測設備的計量認證工作。

4.3管理標準化建設

《中華人民共和國水法》規定取水應當安裝計量設施，灌區管理部門應當依法辦理取水許可手續，加強農業用水量測設施的建設、管理與維護；灌區管理部門應重視專業技術人員的培養，建立灌區專業技術人才信息庫，加強技術人員的學習和交流培訓，提高灌區用水量測技術人員的素質，掌握新設備、新技術的應用，熟悉信息網絡技術和軟件，了解用水量測技術的發展方向，以保證高質量完成量水設施的計量工作，確保收集的數據的準確、可靠。

4.4全渠道控制系統的應用

全渠道控制系統可以實現渠道自動化控制和全面信息化管理，做到農業精確計量［5］。通過測控一體化槽閘、精確的流量測量、閘門控制、無線電通訊網絡、智能控制軟件系統，精確控制渠道內每個出水口；通過軟件系統控制實現自動化，精確測量和控制水流量，通過持續調整實現系統最佳運作狀態，為提高灌區用水率、作物的質量和產量，促進農業生產力提高提供科學依據。全渠道控制系統為灌溉現代化信息化管理提供了一種先進可行的解決方案。

4.5開展灌區量水信息化、自動化建設

隨著灌區體制改革的普遍推行和農業現代化水平的提高，自動化量測和調控已成為用水量測發展的趨勢。計算機網絡技術的發展和“3S”技術的應用，使數據傳輸更加便捷，可靠性提高，為灌區的信息化、自動化提供了條件［6］。利用超短波無線通信和計算機組成灌區量水設施自動化管理系統，對灌區水位、流量、水量進行自動精確計量，對灌區農業用水進行科學調度和優化配水，從而提高灌區現代化管理水平。

5　結語

最嚴格水資源管理、灌區用水量測技術是實施高效節水的基礎和關鍵環節，更是落實“三條紅線”控制指標的主要手段，實現水資源高效可持續利用，推動農業和農村經濟可持續發展，保障國家水安全和糧食安全，使水資源真正發揮出命脈的作用、真正體現出命脈的價值。陜西水利

［1］楚恩國.水工建筑物測流原理及其應用［J］.中國水運，2007，7（9）：117-118.

［2］俞雙恩，左曉霞，趙偉.我國灌區量水現狀及發展趨勢［J］.節水灌溉，2004，（4）：35-37.

［3］王成福，景少波，吳旭.新疆灌區明渠量測水現狀與對策初探［J］.《水利水電技術》，2011，12：81-83.

［4］高雪梅.中國農業節水灌溉現狀、發展趨勢及存在問題［J］.《天津農業科學》，2012，18 （I）：54-56.

（責任編輯：暢妮）

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