谷成麟

(遼寧合悅土木工程有限公司，遼寧 沈陽 110167)

灌區(qū)田間用水計量體系包括田間灌溉計量工程配套和計量管理。對于大中型灌區(qū)而言，尋找一個性價比較高的計量設(shè)備對于灌區(qū)科學用水、灌溉用水效率提升意義重大[1]。通過對灌區(qū)灌溉供水方案進行分析其田間用水計量設(shè)施布局的合理性和科學性，從而提高大中型灌區(qū)標準化體系的建設(shè)，是灌區(qū)農(nóng)業(yè)水價綜合改革研究面臨的實際問題[2]。遼寧省灌區(qū)多以地表水灌溉，在水價綜合改革中田間用水計量設(shè)施布置符合國家的相關(guān)規(guī)定，且根據(jù)灌區(qū)的實際情況及灌水計量要求，在干渠與支渠分界點設(shè)置量水設(shè)備，末級渠系量水精確到農(nóng)渠，斗渠直接進地情況量水精確到斗渠[3]。灌區(qū)用水計量設(shè)施建設(shè)管理的目標對對灌區(qū)灌溉水量進行科學調(diào)配，提高其灌溉水量計量的精準性，提高其灌溉水量使用的科學性，通過嚴格控制灌區(qū)供用水量，采取有效的節(jié)水措施，降低灌溉定額標準，實行供水到戶制度，杜絕水資源浪費現(xiàn)象，提高灌溉用水的效率，實現(xiàn)節(jié)水灌溉的目的，具有十分重要的意義[4]。當前，對于灌區(qū)自動量水設(shè)備取得一定的研究成果[5-15]，但不同地區(qū)對于灌區(qū)量水設(shè)備的要求有所差異，需要結(jié)合地區(qū)灌區(qū)實際情況，對其自動量取設(shè)備計量的精準性進行分析。為提高遼寧地區(qū)灌區(qū)量水設(shè)備的精準性，選取10個典型大中型灌區(qū)，結(jié)合人工同步觀測方式開展灌區(qū)自動量水設(shè)備計量精度的分析。研究成果對于灌區(qū)智慧化建設(shè)具有參考價值。

1 典型灌區(qū)選取

選擇5個大型灌區(qū)(燈塔、東港、凌海、渾蒲、營口)、5個中型灌區(qū)(凡河、大清溝、遼陽、通江子、渾北)作為典型灌區(qū)，各典型灌區(qū)信息見表1，在典型灌區(qū)中選擇合適區(qū)域建立試驗區(qū)，具體原則如下。

表1 典型灌區(qū)基本信息

(1)選取一條斗渠(或農(nóng)渠)控制的封閉地塊，整個斗渠(農(nóng)渠)控制的地塊邊界清晰，無串灌串排現(xiàn)象。

(2)選取的斗口(或農(nóng)口)可以實現(xiàn)自動計量(自帶量水設(shè)備，或可配備常規(guī)自動量水設(shè)備)，田間進水口也盡量保證有計量設(shè)施。

(3)選取的斗渠(或農(nóng)渠)及田間盡量已襯砌，工程條件較好，且能落實觀測人員，交通較為便利。

2 灌溉計量總體方案

通過典型灌區(qū)現(xiàn)場調(diào)研及灌溉計量現(xiàn)狀分析，每個灌區(qū)均需配套自動化量水監(jiān)測設(shè)備、觀測水尺及降雨量觀測設(shè)備。自動化量水監(jiān)測站布設(shè)于灌區(qū)進水口處，用于觀測灌區(qū)毛灌溉用水量，主要觀測設(shè)備包括多普勒明渠流量計、多層時差法流量計。觀測水尺布設(shè)在試驗區(qū)進水口及灌區(qū)典型田塊觀測點，包括進水口噴漆水尺及田間觀測點木樁水尺。灌區(qū)進水口噴漆水尺用于觀測試驗區(qū)毛灌溉用水量，可與自動化量水設(shè)備觀測數(shù)據(jù)相互校正；灌區(qū)典型田塊觀測水尺數(shù)據(jù)用于觀測灌區(qū)凈灌溉用水量。灌區(qū)降雨量數(shù)據(jù)可通過配套自動翻斗式雨量計進行觀測。

2.1 自動量測設(shè)備選型

根據(jù)各典型灌區(qū)區(qū)農(nóng)渠渠道斷面情況，主要為灌溉渠道，有時會出現(xiàn)低流速(流速小于0.4m/s)，受到刮風影響后水面會隨風漂移，此時非接觸的雷達流量計的測量誤差會很大，所以不適合選用非接觸測流設(shè)備，多普勒明渠流量計更適合于0.4m的渠道；對于寬度在80cm以下的小渠道，當正常放水水位比較穩(wěn)定在某一值附近時，流速傳感器安裝于正常水位位置附近，當正常放水水位變化幅度較大時，可以將流速傳感器安裝在最低水處，綜合比較最終選用雙聲道時差法超聲波明渠流量計。各典型灌區(qū)自動化量水設(shè)備選型見表2。

表2 各典型自動化量水設(shè)備選型結(jié)果

2.2 量水設(shè)備安裝

由于各典型灌區(qū)農(nóng)渠渠道無襯砌，所以需要在渠道底部中間位置做一處基礎(chǔ)斷面(300×300)，作為固定探頭，一般在渠系的順直段安裝較為固定的斷面并在斷面上假設(shè)量水設(shè)備的固定探頭，越長的順直河段其量水設(shè)備的精度越高，以15～20倍渠道寬度作為順直河段的長度最為適宜，對于選取的大中型灌區(qū)而言，上游順直段長度一般為渠道寬度的10倍，下游渠系順直段一般為渠道寬度的5倍，且上下游順直段之間不能有水閘、堰等過流阻擋物，從而可有效保證量水設(shè)備探頭安裝的穩(wěn)定性?？拷椎姆椒杀M量安裝量水設(shè)備探頭，當有水草生長或滾動的卵石在渠底進行雜質(zhì)沉積后，可以將探頭安裝的位置進行抬高以免探頭被卵石沖撞或水草覆蓋。一般以50～150mm作為探頭距離渠底的高度，按照測流水位作為渠道最低值。

2.3 設(shè)備率定及方法

為確定灌區(qū)區(qū)進水口流量計測量精度情況，依據(jù)GB/T 21303—2017《灌溉渠道系統(tǒng)量水規(guī)范》、GB 50179—2015《河流流量測驗規(guī)范》及SL 195—2015《水文巡測規(guī)范》等規(guī)范，采用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子流速儀測流方法測流進行比測率定。通過率定，確定灌區(qū)進水口水位～流量關(guān)系曲線，便于同自動化流量計觀測數(shù)據(jù)進行相互校正。

3 灌溉計量數(shù)據(jù)與人工觀測比對

3.1 水位比對結(jié)果

對各典型灌區(qū)進行水位誤差比對，誤差比對結(jié)果見表3。

表3 各典型灌區(qū)水位比對誤差

按照GB 50179—2015規(guī)定，灌區(qū)渠首取水在線監(jiān)測Ⅰ類精度適用于灌溉面積大于2萬hm2大型灌區(qū)渠首測流，其誤差要求控制在±9%以內(nèi)，Ⅱ類精度適用于灌溉面積大于3333.33hm2大型灌區(qū)渠首測流，其誤差要求控制在±10%以內(nèi)，Ⅲ類精度適用于灌溉面積大于666.67hm2大型灌區(qū)渠首測，其誤差要求控制在±12%以內(nèi)，從各典型灌區(qū)水位自動量取值和人工觀測比對誤差可看出，其誤差均在9%以內(nèi)，達到Ⅰ類精度標準。

3.2 流速比對結(jié)果

在各典型灌區(qū)水位比對的基礎(chǔ)上，對各典型灌區(qū)流速自動觀測值和人工觀測流速進行比對，比對誤差見表4。

表4 各典型灌區(qū)流速誤差比對結(jié)果

從10個典型灌區(qū)流速誤差對比結(jié)果可看出，各灌區(qū)自動觀測流速和人工觀測流速之間的誤差均在±9%以內(nèi)以內(nèi)，達到I類精度要求，表明選取的各典型灌區(qū)自動計量設(shè)備滿足灌區(qū)自動量水設(shè)備精度要求，可基本實現(xiàn)灌溉用水自動計量和精準計量。

4 灌溉定額區(qū)間

在各典型灌區(qū)自動計量設(shè)備與人工觀測對比分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合人工觀測田間用水量，確定各典型灌區(qū)灌溉用水定額區(qū)間，見表5。

表5 各典型灌區(qū)灌溉定額區(qū)間

從各典型灌區(qū)灌溉定額區(qū)間可看出，在各灌區(qū)中渾北灌區(qū)每公頃平均凈定額區(qū)間最小，在2926.95～3177.3m3/hm2之間，而遼陽灌區(qū)由于灌溉面積最大且灌溉效率較高，其每公頃平均凈定額為7645.5～7853.4m3/hm2，其次為渾蒲灌區(qū)，通過各典型灌區(qū)用水定額區(qū)間，可進一步強化定額灌溉管理，提高灌溉用水效率。

5 結(jié)論

(1)一般在渠系的順直段安裝較為固定的斷面并在斷面上假設(shè)量水設(shè)備的固定探頭，越長的順直河段其量水設(shè)備的精度越高，以15～20倍渠道寬度作為順直河段的長度最為適宜，對于選取的大中型灌區(qū)而言，上游順直段長度一般為渠道寬度的10倍，下游渠系順直段一般為渠道寬度的5倍，且上下游順直段之間不能有水閘、堰等過流阻擋物，從而可有效保證量水設(shè)備探頭安裝的穩(wěn)定性。

(2)多普勒明渠流量計更適合于0.4m的渠道；對于寬度在80cm以下的小渠道，當正常放水水位比較穩(wěn)定在某一值附近時，流速傳感器安裝于正常水位位置附近。

(3)本文對灌區(qū)自動量取設(shè)備的影響因素還未進行深入探討，存在不足，在后續(xù)研究應(yīng)重點關(guān)注自動量取設(shè)備的影響因素，從而提高其計量的精準性。