贵州省农田灌溉水有效利用系数自动化监测初探

蔡长举，孙成文，付 杰(.贵州省水利科学研究院，贵阳 55000；.贵州省贵阳市修文县水务局，贵阳 55000)

农田灌溉水有效利用系数是国家最严格水资源管理[1]的重要指标之一，是反映灌区节水改造、管理水平及气候土壤条件的一项重要指标，准确测定农田灌溉水有效利用系数不仅对灌区节水改造、灌区节水可持续发展具有重要意义，也是国家实行最严格水资源管理工作考核的重要工作。长期以来，由于贵州省灌区用水量测力量薄弱，大部分灌区无量测设施，农田灌溉水有效利用系数测算基础资料一直靠人工观测进行，人工观测存在随意性大、管理难、数据读取不准确、测算投入高等缺点，针对当前贵州省农田灌溉水有效利用系数测算中的存在的诸多问题，贵州省水利科学研究院自主研发了贵州省农田灌溉水有效利用系数监测系统，成功解决了基础资料收集难的问题，通过选取马场、小箐、大坝3个灌区作为试点，成功采集到渠首取水量及田间用水量数据，为系数测算提供了较为可靠的基础资料。通过计算，得出3灌区农田灌溉水有效利用系数分别为0.445、0.461、0.438。

1 系统简介

(1)系统组成。贵州省农田灌溉水有效利用系数监测系统由渠首取水量监测模块、田间用水量监测模块组成及数据采集模块组成，系统管理人员可以通过图标页面观测各区域下的瞬时流量、累积流量及各田块的水位变化，记录并导出每轮的测试数据。系统维护人员配合试验管理人员在使用前期进行系统的搭建与参数配置，在试验过程中调整参数，如果试验人员使用熟练也可以使用部分配置功能，例如各通道对应公式的调整。

(2)工作原理。通过对监测区域数据进行监测，将监测数据通过无线通讯技术远程传输至终端服务器，监测区域为渠首流量监测及田间水位监测区域。其中，每个灌区设1个渠首取水量监测点和3个田间水位监测点，采用太阳能供电，采用超声波[2]测流技术采集数据，数据接收平台能将采集到的数据及时绘制成曲线，方便直观。登录界面如图1所示。

图1 农田灌溉水有效利用系数监测系统登录界面

2 测算过程

2.1 灌区简介

所选3个样点灌区位于修文县小箐乡境内，小箐乡距离修文县城15 km，距离省城贵阳55 km，其中，马场灌区位于小箐乡马场村，设计灌溉面积为0.017 hm2，小箐灌区位于小箐乡小箐村，设计灌溉面积为0.012 hm2，大坝灌区位于小箐乡大坝村，设计灌溉面积为0.019 hm2。灌区中心位置坐标见表1。

表1 样点灌区位置信息

2.2 取水水源及取水总量

试验场地位于修文县小箐乡允家寨、小箐和大坝3个村，所选灌区为岩鹰山水库控制的3条支渠，分别为马场支渠、小箐支渠、大坝支渠，取水水源均为岩鹰山水库，根据流量监测结果，马场支渠总取水量为15.069 5万m3；小箐支渠总取水量为4.631 8万m3；大坝支渠总取水量为15.412 6万m3；渠首取水量监测设备如图2所示。

图2 渠首取水量监测设备

2.3 田间净灌溉用水量观测统计

样点田块布设按以点代面选取典型样点田块的原则，分别于每个灌区渠首、渠中、渠尾分别选取3个样点田场安装田间监测设备，监测设备见图3，样点田块位置见表2，田间水位监测如表3所示。

图3 田间用水量监测设备

表2 样点田块位置信息

采集到田间水位后，采用以下公式进行统计各次实际净灌溉水量：

表3 田间水位监测表 cm

(1)

式中：Qi为第i次田间灌水量，m3;hi+1为第i+1次采集的田面水深，mm；hi为第i次采集的田面水深，mm。

统计出各次净灌溉用水量后，将公顷平均田间灌溉用水总量扣除作物生育期内的有效降雨量[3]即为公顷平均净灌溉用水量，采用下式计算全生育公顷平均净灌溉用水量：

(2)

式中：Q净为全生育期公顷平均净灌溉用水量；n为第n个样点田块；Qi为第i次采集到的田面水深。α为降雨入渗系数[4]，其值与一次降雨量、降雨强度、降雨延续时间、土壤性质、地面覆盖及地形等因素有关。-般认为一次降雨量小于5 mm时，α为0；当一次降雨量在5～50 mm时，约为1.0～0.8，本项目取0.8；当次降雨量大于50 mm时，α=0.70～0.80；P为生育期内降雨量，mm。

得出公顷平均净灌溉用水总量后，其与实际灌溉面积的乘积，好为净灌溉用水量。通过计算，得出马场、小箐、大坝3灌区田间净灌溉用水量分别为6.71、2.14、6.75万m3。

3 测算结果

采集到各灌区渠首取水量及田间用水量，根据首尾测算法[5]原理计算各灌区农田灌溉水有效利用系数，公式如下：

η=Q净/Q毛

(3)

式中：Q净为净灌溉用水总量，万m3；Q毛为毛灌溉用水总量，万m3。

通过计算，得出马场、小箐、大坝3灌区2015年农田灌溉水有效利用系数分别为0.445、0.461、0.438。

4 结 语

农田灌溉水有效利用系数是灌区管理工作的重要组成部分，对灌区合理输配水起到至关重要的指导作用，在原有靠人工观测为主的传统数据采集基础上，开发自动化监测系统，并将其推广运用，意义十分重大，此次采用自动化监测系统获得了马场、小箐、大坝3灌区农田灌溉水有效利用系数，可直观看出，小箐灌区由于灌溉面积较小，渠道输水距离短，农田灌溉水有效利用系数明显高于其他两个灌区，这也直观解释了贵州省这样一个经济欠发达省份农田灌溉水有效利用系数高于周边省份的原因，主要就是该省灌区规模小、分散、单个灌区输水损失小。因此，全省农田灌溉水有效利用系数偏高。

因试验条件有限，选取样点灌区少，结果暂时还不能完全反映该省农田灌溉现状，系统有待改进的地方较多，该系统大面积推广运用尚待时日。

[1] 陶 洁，左其亭， 薛会露，等. 最严格水资源管理制度“三条红线”控制指标及确定方法[J]. 节水灌溉，2012,(4):64-67.

[2] 王贤妮，宋财华. 超声波流量计的应用与前景[J]. 工业计量，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]. 东北水利水电，1991,(5):39-45.

[4] 刘廷玺，朝伦巴根，马 龙，等. 通辽地区次降雨入渗补给系数和地下水位埋深及次降雨量关系的分析与研究[J]. 内蒙古农业大学学报(自然科学版)，2002,23(2):40-43.

[5] 全国农田灌溉水有效利用系数测算分析专题组. 全国农田灌溉水有效利用系数测算分析技术指导细则[Z]. 2015-12.