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        貴州省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)初探

        2016-03-22 04:25:18蔡長(zhǎng)舉孫成文貴州省水利科學(xué)研究院貴陽(yáng)55000貴州省貴陽(yáng)市修文縣水務(wù)局貴陽(yáng)55000
        節(jié)水灌溉 2016年11期
        關(guān)鍵詞:取水量馬場(chǎng)利用系數(shù)

        蔡長(zhǎng)舉,孫成文,付 杰(.貴州省水利科學(xué)研究院,貴陽(yáng) 55000;.貴州省貴陽(yáng)市修文縣水務(wù)局,貴陽(yáng) 55000)

        農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)是國(guó)家最嚴(yán)格水資源管理[1]的重要指標(biāo)之一,是反映灌區(qū)節(jié)水改造、管理水平及氣候土壤條件的一項(xiàng)重要指標(biāo),準(zhǔn)確測(cè)定農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)不僅對(duì)灌區(qū)節(jié)水改造、灌區(qū)節(jié)水可持續(xù)發(fā)展具有重要意義,也是國(guó)家實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理工作考核的重要工作。長(zhǎng)期以來(lái),由于貴州省灌區(qū)用水量測(cè)力量薄弱,大部分灌區(qū)無(wú)量測(cè)設(shè)施,農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算基礎(chǔ)資料一直靠人工觀測(cè)進(jìn)行,人工觀測(cè)存在隨意性大、管理難、數(shù)據(jù)讀取不準(zhǔn)確、測(cè)算投入高等缺點(diǎn),針對(duì)當(dāng)前貴州省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算中的存在的諸多問(wèn)題,貴州省水利科學(xué)研究院自主研發(fā)了貴州省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),成功解決了基礎(chǔ)資料收集難的問(wèn)題,通過(guò)選取馬場(chǎng)、小箐、大壩3個(gè)灌區(qū)作為試點(diǎn),成功采集到渠首取水量及田間用水量數(shù)據(jù),為系數(shù)測(cè)算提供了較為可靠的基礎(chǔ)資料。通過(guò)計(jì)算,得出3灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)分別為0.445、0.461、0.438。

        1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

        (1)系統(tǒng)組成。貴州省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由渠首取水量監(jiān)測(cè)模塊、田間用水量監(jiān)測(cè)模塊組成及數(shù)據(jù)采集模塊組成,系統(tǒng)管理人員可以通過(guò)圖標(biāo)頁(yè)面觀測(cè)各區(qū)域下的瞬時(shí)流量、累積流量及各田塊的水位變化,記錄并導(dǎo)出每輪的測(cè)試數(shù)據(jù)。系統(tǒng)維護(hù)人員配合試驗(yàn)管理人員在使用前期進(jìn)行系統(tǒng)的搭建與參數(shù)配置,在試驗(yàn)過(guò)程中調(diào)整參數(shù),如果試驗(yàn)人員使用熟練也可以使用部分配置功能,例如各通道對(duì)應(yīng)公式的調(diào)整。

        (2)工作原理。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè),將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通訊技術(shù)遠(yuǎn)程傳輸至終端服務(wù)器,監(jiān)測(cè)區(qū)域?yàn)榍琢髁勘O(jiān)測(cè)及田間水位監(jiān)測(cè)區(qū)域。其中,每個(gè)灌區(qū)設(shè)1個(gè)渠首取水量監(jiān)測(cè)點(diǎn)和3個(gè)田間水位監(jiān)測(cè)點(diǎn),采用太陽(yáng)能供電,采用超聲波[2]測(cè)流技術(shù)采集數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)接收平臺(tái)能將采集到的數(shù)據(jù)及時(shí)繪制成曲線,方便直觀。登錄界面如圖1所示。

        圖1 農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)登錄界面

        2 測(cè)算過(guò)程

        2.1 灌區(qū)簡(jiǎn)介

        所選3個(gè)樣點(diǎn)灌區(qū)位于修文縣小箐鄉(xiāng)境內(nèi),小箐鄉(xiāng)距離修文縣城15 km,距離省城貴陽(yáng)55 km,其中,馬場(chǎng)灌區(qū)位于小箐鄉(xiāng)馬場(chǎng)村,設(shè)計(jì)灌溉面積為0.017 hm2,小箐灌區(qū)位于小箐鄉(xiāng)小箐村,設(shè)計(jì)灌溉面積為0.012 hm2,大壩灌區(qū)位于小箐鄉(xiāng)大壩村,設(shè)計(jì)灌溉面積為0.019 hm2。灌區(qū)中心位置坐標(biāo)見(jiàn)表1。

        表1 樣點(diǎn)灌區(qū)位置信息

        2.2 取水水源及取水總量

        試驗(yàn)場(chǎng)地位于修文縣小箐鄉(xiāng)允家寨、小箐和大壩3個(gè)村,所選灌區(qū)為巖鷹山水庫(kù)控制的3條支渠,分別為馬場(chǎng)支渠、小箐支渠、大壩支渠,取水水源均為巖鷹山水庫(kù),根據(jù)流量監(jiān)測(cè)結(jié)果,馬場(chǎng)支渠總?cè)∷繛?5.069 5萬(wàn)m3;小箐支渠總?cè)∷繛?.631 8萬(wàn)m3;大壩支渠總?cè)∷繛?5.412 6萬(wàn)m3;渠首取水量監(jiān)測(cè)設(shè)備如圖2所示。

        圖2 渠首取水量監(jiān)測(cè)設(shè)備

        2.3 田間凈灌溉用水量觀測(cè)統(tǒng)計(jì)

        樣點(diǎn)田塊布設(shè)按以點(diǎn)代面選取典型樣點(diǎn)田塊的原則,分別于每個(gè)灌區(qū)渠首、渠中、渠尾分別選取3個(gè)樣點(diǎn)田場(chǎng)安裝田間監(jiān)測(cè)設(shè)備,監(jiān)測(cè)設(shè)備見(jiàn)圖3,樣點(diǎn)田塊位置見(jiàn)表2,田間水位監(jiān)測(cè)如表3所示。

        圖3 田間用水量監(jiān)測(cè)設(shè)備

        表2 樣點(diǎn)田塊位置信息

        采集到田間水位后,采用以下公式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)各次實(shí)際凈灌溉水量:

        表3 田間水位監(jiān)測(cè)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(tǒng)計(jì)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(nèi)的有效降雨量[3]即為公頃平均凈灌溉用水量,采用下式計(jì)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(gè)樣點(diǎn)田塊;Qi為第i次采集到的田面水深。α為降雨入滲系數(shù)[4],其值與一次降雨量、降雨強(qiáng)度、降雨延續(xù)時(shí)間、土壤性質(zhì)、地面覆蓋及地形等因素有關(guān)。-般認(rèn)為一次降雨量小于5 mm時(shí),α為0;當(dāng)一次降雨量在5~50 mm時(shí),約為1.0~0.8,本項(xiàng)目取0.8;當(dāng)次降雨量大于50 mm時(shí),α=0.70~0.80;P為生育期內(nèi)降雨量,mm。

        得出公頃平均凈灌溉用水總量后,其與實(shí)際灌溉面積的乘積,好為凈灌溉用水量。通過(guò)計(jì)算,得出馬場(chǎng)、小箐、大壩3灌區(qū)田間凈灌溉用水量分別為6.71、2.14、6.75萬(wàn)m3。

        3 測(cè)算結(jié)果

        采集到各灌區(qū)渠首取水量及田間用水量,根據(jù)首尾測(cè)算法[5]原理計(jì)算各灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù),公式如下:

        η=Q凈/Q毛

        (3)

        式中:Q凈為凈灌溉用水總量,萬(wàn)m3;Q毛為毛灌溉用水總量,萬(wàn)m3。

        通過(guò)計(jì)算,得出馬場(chǎng)、小箐、大壩3灌區(qū)2015年農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)分別為0.445、0.461、0.438。

        4 結(jié) 語(yǔ)

        農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)是灌區(qū)管理工作的重要組成部分,對(duì)灌區(qū)合理輸配水起到至關(guān)重要的指導(dǎo)作用,在原有靠人工觀測(cè)為主的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng),并將其推廣運(yùn)用,意義十分重大,此次采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得了馬場(chǎng)、小箐、大壩3灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù),可直觀看出,小箐灌區(qū)由于灌溉面積較小,渠道輸水距離短,農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)明顯高于其他兩個(gè)灌區(qū),這也直觀解釋了貴州省這樣一個(gè)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)省份農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)高于周邊省份的原因,主要就是該省灌區(qū)規(guī)模小、分散、單個(gè)灌區(qū)輸水損失小。因此,全省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)偏高。

        因試驗(yàn)條件有限,選取樣點(diǎn)灌區(qū)少,結(jié)果暫時(shí)還不能完全反映該省農(nóng)田灌溉現(xiàn)狀,系統(tǒng)有待改進(jìn)的地方較多,該系統(tǒng)大面積推廣運(yùn)用尚待時(shí)日。

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

        [2] 王賢妮,宋財(cái)華. 超聲波流量計(jì)的應(yīng)用與前景[J]. 工業(yè)計(jì)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(qū)次降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)和地下水位埋深及次降雨量關(guān)系的分析與研究[J]. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002,23(2):40-43.

        [5] 全國(guó)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析專題組. 全國(guó)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測(cè)算分析技術(shù)指導(dǎo)細(xì)則[Z]. 2015-12.

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