渾北灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水自動化監(jiān)控參數(shù)確定

宋夢林，閻詩佳，張 陽

(1.遼寧省沈陽水文局，沈陽 110001；2.遼寧省水利事務(wù)服務(wù)中心，沈陽 110001；3.遼寧省河庫管理服務(wù)中心(遼寧省水文局)，沈陽 110001)

為進(jìn)一步提高全國水資源監(jiān)控能力，在全國范圍內(nèi)開展國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目一期(2012-2014年)基礎(chǔ)上，2016年5月，水利部啟動國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目二期(2016-2018年)，提高三大監(jiān)控體系中農(nóng)業(yè)用水監(jiān)控比例，著重開展重點(diǎn)中型以上灌區(qū)渠首取水在線監(jiān)測工作。沈陽市選取了6個監(jiān)測點(diǎn)，2016-2018年連續(xù)3a在灌溉期開展農(nóng)業(yè)灌溉取水口流量率定工作，在獲取各個監(jiān)測點(diǎn)實(shí)測流量的基礎(chǔ)上，通過研究分析，確定各監(jiān)測點(diǎn)流量轉(zhuǎn)化參數(shù)，為準(zhǔn)確推算各取水口取水量提供技術(shù)支撐。

1 渾北灌區(qū)基本概況

渾北灌區(qū)始建于1911年，是沈陽市歷史上規(guī)模較大的農(nóng)田水利工程。灌區(qū)位于E123°11′-123°23＇、N41°47＇-41°59＇，地處沈陽市西北部，總體呈長方形，東西長48km，南北寬22km，土地總面積285.5萬km2。灌區(qū)范圍內(nèi)涉及8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的29個行政村，耕地面積2.2萬hm2，其中水稻種植面積1.67萬hm2。灌區(qū)水源主要靠渾河上游大伙房水庫供給，由渾河區(qū)間徑流水和田間地下水補(bǔ)充。現(xiàn)有總干渠1條，自東陵渠首起至三面閘；干渠2條，分為南干渠和北干渠；分干渠2條。渾北灌區(qū)具體位置及渠道分布見圖1。

圖1 渾北灌區(qū)總體概況圖

2 農(nóng)業(yè)灌溉取水口流量率定方法及監(jiān)測位置布設(shè)

2.1 流量率定方法

根據(jù)各取水站點(diǎn)自身渠道情況，每個灌區(qū)布設(shè)1個測流斷面，依據(jù)各測流斷面寬度、水深情況等，采用流速儀法進(jìn)行流量施測，根據(jù)實(shí)測結(jié)果進(jìn)行流量率定，確定相關(guān)參數(shù)。常用流量率定方法主要有以下3種[1]。水位-流量關(guān)系法，該方法為最常用的率定方法，要求少，操作簡單，對于渠道襯砌程度高、渠道筆直的灌區(qū)可以采用，通過安裝雷達(dá)式水位計(jì)監(jiān)測水位，根據(jù)水位-流量關(guān)系線(人工進(jìn)行流量施測后率定得到的關(guān)系線)得到相應(yīng)流量數(shù)據(jù)。流量比擬法，該方法對監(jiān)測條件要求較為嚴(yán)格，主要針對人工渠道，要求斷面全部襯砌且形狀相似，水位與流量存在較為穩(wěn)定的關(guān)系，通過安裝明渠流量計(jì)監(jiān)測流量，人工施測流量得到修正系數(shù)進(jìn)行率定。機(jī)組測電法，該方法主要適用于天然渠道，淤積較多的監(jiān)測斷面，通過定量泵站機(jī)組的耗電量與水量的關(guān)系得到灌區(qū)的流量。

渾北灌區(qū)渠道筆直，襯砌情況良好，但是斷面在野外，看護(hù)較為不易，存在渠道淤積，在此安裝雷達(dá)式水位計(jì)，選擇水位-流量關(guān)系法，開展其農(nóng)業(yè)灌溉取水口的流量率定工作[2]。灌溉期內(nèi)，在渠首引水期間，于不用水位級進(jìn)行流量施測，以此建立水位-流量關(guān)系，率定得到水位-流量關(guān)系線，從水位-流量關(guān)系線得到水位流量對照表作為參數(shù)輸入到遼寧省水文水資源數(shù)據(jù)匯集與運(yùn)維管理平臺中去，根據(jù)實(shí)時監(jiān)控水位數(shù)據(jù)，推求灌區(qū)引水流量[3]。

2.2 監(jiān)測位置布設(shè)

根據(jù)渾北灌區(qū)具體情況，布設(shè)流量監(jiān)測斷面和水位監(jiān)控點(diǎn)。水位監(jiān)控點(diǎn)布設(shè)在渠首以下約140m處的主干渠上；流量監(jiān)測斷面布設(shè)在水位上斷面，水位監(jiān)控點(diǎn)與閘門之間，通過橋測法進(jìn)行測流。位置見圖2。

圖2 渾北灌區(qū)農(nóng)業(yè)額用水自動化監(jiān)控位置示意圖

3 流量監(jiān)測及水位-流量關(guān)系率定

測量內(nèi)容包括渾北灌區(qū)站水準(zhǔn)點(diǎn)高程測量、大斷面測量、流量測驗(yàn)等內(nèi)容。此次水資源監(jiān)控能力建設(shè)的流量測驗(yàn)，根據(jù)不同水位級開展流量施測，滿足定線推流及轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算的最低要求，流量測驗(yàn)時間段，涵蓋整個灌溉取水期。2016-2018年，連續(xù)3a在灌溉期5-9月對渾北灌區(qū)進(jìn)行流量監(jiān)測。

選取5-9月灌溉期內(nèi)放水日期進(jìn)行測量，2016年實(shí)測流量12次、2017年實(shí)測流量14次、2018年實(shí)測流量21次。在確定水位流量關(guān)系曲線的過程中，對存在明顯系統(tǒng)偏離的點(diǎn)進(jìn)行舍棄。整體分析2016-2018年水位-流量關(guān)系，見圖3。2018年數(shù)據(jù)通過2017年與2016年的點(diǎn)群中心，2018年數(shù)據(jù)合理性較高。

圖3 渾北灌區(qū)2016-2018年實(shí)測水位流量對比圖

采用2018年數(shù)據(jù)進(jìn)行水位-流量關(guān)系分析，通過單一曲線法定線，得到渾北灌區(qū)水位-流量關(guān)系曲線，見圖4，滿足符號檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)、偏離數(shù)值檢驗(yàn)，結(jié)果可靠。由2018年渾北灌區(qū)水位-流量關(guān)系曲線，得到渾北灌區(qū)水位流量對照表，見表1。

圖4 2018年渾北灌區(qū)水位流量關(guān)系曲線圖

將渾北灌區(qū)水位流量對照表作為渾北灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水自動化監(jiān)控參數(shù)，植入遼寧省水文水資源數(shù)據(jù)匯集與運(yùn)維管理平臺，見圖5(a)。雷達(dá)式水位計(jì)自動監(jiān)測的水位數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)平臺后，根據(jù)參數(shù)推出相應(yīng)的流量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)得到灌區(qū)渠首引水量，包括水量日報(bào)、水量月報(bào)、水量年報(bào)，見圖5(b)，初步實(shí)現(xiàn)灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉取水的水量監(jiān)控。

表1 渾北灌區(qū)水位流量對照表

(a)

4 結(jié) 語

本研究通過在渾北灌區(qū)渠首設(shè)立雷達(dá)式水位計(jì)監(jiān)測水位，采用水位-流量關(guān)系法對渾北灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉取水口流量進(jìn)行率定，率定結(jié)果可靠，確定了渾北灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水自動化監(jiān)控參數(shù)；結(jié)合遼寧省水文水資源數(shù)據(jù)匯集與運(yùn)維管理平臺，首次實(shí)現(xiàn)渾北灌區(qū)用水量的自動化監(jiān)控。目前沈北灌區(qū)同時承擔(dān)農(nóng)業(yè)灌溉和生態(tài)環(huán)境用水兩個任務(wù)，如何將農(nóng)業(yè)用水量和生態(tài)環(huán)境用水量分開還需要進(jìn)一步研究。