復雜條件下田間作物凈灌溉用水量量水設施系統研究

余學芳，韓超倫

（1.浙江水利水電學院,浙江 杭州 310018；2.溫州市水利運行管理中心,浙江 溫州 325000）

0 引言

農田灌溉水有效利用系數（簡稱“系數”）是《國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》和水資源管理“三條紅線”控制目標[1～3]的一項主要指標。其中量測田間作物在正常生長的凈灌溉用水量是“系數”測算的一個重要工作內容。為了準確量測灌溉水量，需要在現場設置量水設施。為了便于量水，“系數”測算分析現行培訓教材規定要求典型田塊位于末級渠道[4]，由于現場條件復雜，很難在末級渠道選出典型田塊。即使在末級渠道選出了典型田塊，但由于渠道是U型渠道，不便于設置簡易量水檻或其它量水設施。

基于此，這里提出了一種在典型田塊里設置簡易量水檻的明渠量水設施系統。該系統原理簡單、方便實用、精度較高、造價低廉，可滿足復雜條件下非末級渠道對應的田間作物的灌溉量水要求。本文重點介紹了該系統的組成、斷面尺寸和適用條件等，特別是結合量水設施系統平面圖和量水檻放大圖對田間渠道里設置簡易量水檻的檻頂高程、檻頂水平段和斜坡段的水平投影長度、位置、水流方向、進水控制、渠底寬度、渠頂高程和明渠長度等做詳細說明，避免現場施工時量水檻的設置方向與水流方向相反。

1 量水設施系統組成和尺寸

該系統由明渠上游段、簡易量水檻段和明渠下游段三大部分組成。該系統組成和各部分尺寸及高程見量水設施系統平面圖1 和量水檻放大圖2（高程單位：m；其它尺寸單位：cm）。通過圖示避免了現場施工時量水檻的設置方向與水流方向相反，避免了現場施工時量水檻的位置偏向上游或者偏向下游，保證了水流穩定，提高了量測精度。該量水設施系統是量測平原地帶復雜條件下和山區丘陵地區田間作物的凈灌溉用水量較為理想的量水設備。

1.1 明渠上游段

明渠是為了便于設立簡易量水檻。明渠一般沿著典型田塊的田埂設立，明渠需要順直。明渠進口設置閥門，閥門是用來控制典型田塊內的作物灌溉用水，也就是田間作物需要用水時將閥門打開，通過明渠上游段將水流平順引入渠道內，灌水結束后將閥門關閉。明渠總的水平投影長度為600 cm，其中上游段的水平長度為250 cm。明渠底寬為30 cm，渠道兩邊的寬度為10 cm，渠頂高程為0.3 m，渠底高程為0.0 m。施工時注意渠道兩邊和渠底表面平整度。

圖1 量水設施系統平面圖

圖2 量水檻放大

1.2 簡易量水檻段

簡易量水檻[5～6]屬于量水堰槽的一種，因為施工方便、造價低廉、經久耐用、量測精度高等優點，是灌區較為理想的量水建筑物。在簡易量水檻的起點設立水尺，水尺的零點與檻頂齊平，水尺與量水檻起點的水平距離為100 cm。檻頂高程為0.1 m、檻底高程為0.0 m、檻頂水平段長度為30 cm、斜坡段的水平投影長度為20 cm。順水流方向，量水檻斜坡段在上游。

施工時嚴格把控施工質量，提高量水精度。量水檻采用混凝土材料，過流面和邊墻表面應光滑平整，無變形和裂縫，在現場澆筑的量水檻，可用水泥砂漿抹光；量水檻頂面應保持水平，表面不能出現凹凸不平，檻頂平面應與水流方向正交；量水檻斜坡面與檻頂應緊密結合，以免引起頂端的水流分離現象。

1.3 明渠下游段

明渠下游段是為了保證過檻水流水位不高于渠頂，經過檻頂后屬于自由出流。下游段的水平長度為200 cm，保證水流平順地引入典型田塊。明渠底寬為30 cm，渠道兩邊的寬度為10 cm，渠頂高程為0.3 m，渠底高程為0.0 m，渠道斷面基本同上游段。施工時注意渠道兩邊和渠底表面平整度。

2 量水設施系統特點

2.1 觀測方法簡單，農戶易于掌握

各縣市區的“系數”測算往往是由灌區管理單位委托技術支撐單位進行，灌區渠道及典型田塊往往離技術支撐單位較遠，不可能每次在灌溉時到現場讀數，一般是由該典型田塊的農戶讀數，農戶讀取水尺讀數并記錄在量水記錄本上，技術支撐單位每月收集觀測數據，進行整理和分析。限于農戶專業技術水平，不宜采用較難的觀測方法。而該系統原理簡單，只需讀取水尺水位，農戶容易接受。

2.2 設施造價低廉，量測精度較高

該設施系統采用混凝土為材料，可以就地取材，一般由當地人員進行施工，造價低廉[7～8]，工程量小，施工方法簡單，易于操作，質量容易控制，不容易遭受人為或自然破壞。在典型田塊里設置該系統，有明渠上游段和下游段，自由出流，流態穩定，經過率定后達到精度要求。而自動觀測設備，儀器儀表等若遭遇雷擊破壞，或者太陽能板因為天氣原因不能時時供電，造成記錄數據缺失，影響量測精度，從而不能正確量測。再者，自動化設備容易丟失，需要專門設立保護裝置，造價較高。

2.3 設施技術成熟，易結合自動觀測技術

在經濟條件允許的灌區，田間灌溉水量觀測可采用自動觀測技術，即利用傳感器、太陽能電板和避雷針等配套設施，傳感器實時自動記錄水位，在這種情況下，量水檻是較理想的選擇[6]。因為簡易量水檻技術成熟，采用混凝土材料耐久性和抗滲性能好，經久耐用，可以很好地結合自動化觀測技術，獲得更可靠的觀測結果。

3 結語

本量測系統克服了復雜條件下在末級渠道難于選出典型田塊，即使在末級渠道選出了典型田塊，但由于渠道是U型渠道，不便于設置簡易量水檻或其它量水設施，不受末級渠道的限制，只需要在灌區渠道適當位置選取典型田塊后，在渠道上設置閥門，將水引入明渠灌溉系統，進行田間作物凈灌溉用水量的量測。該量水設施系統是量測平原地帶復雜條件下和山區丘陵地區田間作物的凈灌溉用水量較為理想的量水設備。