多尺度温瑞灌区毛灌溉用水量测算

(浙江水利水电学院，浙江 杭州 310018)

我国是拥有14亿人口的农业大国，农业关乎着社会的和谐与发展，也是发展农村经济的战略产业，而农田作物需要经常灌溉才能保证合理的生长状态。我国水资源占有量只有2100m3/人，是世界人均值的1/4，特别是西北地区干旱少雨，水资源严重缺乏。水资源短缺会影响经济社会持续发展，而每年农业灌溉用水量占总用水量的一半，因此合理测算农业灌溉用水量具有十分重要的意义。量水工作面广量大，应在灌区内合理布置量水计量点，降低量水成本,减少水头损失，研究出计算简单、实用性强的测算方法﹐用于指导灌区准确计量水非常必要。

温瑞灌区位于瓯江南岸的温瑞平原，北临瓯江、南至瑞安市飞云江，涉及温州市鹿城区、龙湾区、瓯海区以及瑞安市。温瑞灌区设计灌溉面积31.700万亩，有效灌溉面积为15.071万亩，农田实际灌溉面积为13.350万亩，属于大型灌区。灌区分布在温瑞平原，地势平坦，河网密布，灌区内建有多座小型提水泵站，每座小型泵站具有独立的灌溉系统，渠首控制面积相对整个大型灌区来说较小，属于一个小微型灌区[1]，因此温瑞灌区是由众多小微型灌区组成的大型灌区。灌区类型为提水灌溉，配备有多座提水泵站。

温瑞灌区骨干水源以河水为主，还存在很多零散水源，由于水源及取水口较多，灌区范围大，毛灌溉用水总量量测统计工作难度较大，不宜直接开展全灌区毛灌溉用水量的直接计量，而毛灌溉用水量是衡量农田灌溉用水效率的重要参数指标，因此，本文采用“以点带面”推算法[2]获取毛灌溉用水量，通过在灌区内选取几座小型泵站作为渠首计量点，实测该计量点的用水量获取该微型灌区的亩均毛灌溉用水量，然后用亩均毛灌溉用水量推算整个灌区的毛灌溉用水量。这种方法原理清晰易懂，可操作性较强，可用于测算多尺度灌区的毛灌溉用水量。

1 测算方法与过程

1.1 水源和渠首计量点的选择

当灌区水源众多且灌溉范围较大时，可将灌区按“水源类型”或者“区域”划分成若干小片，形成较小的分析单元。通过测算某一类水源的典型数据，由该水源推算获得其他同类水源的水量，或者测定一片区域的综合水量，然后以此区域推算其他区域的水量。在灌区主要灌溉水源的渠首位置安装量水设施，以获得该水源的毛灌溉用水量。所选的渠首计量点需体现该灌区主要水源类型、灌溉方式、有控制性的工程措施等[3]。

温瑞灌区水源较为复杂，灌区从飞云江等引水至灌区河道，灌区农田再从河道通过小型泵站提水灌溉，河道用水户包括工业、生活、环境、农业用水，成分复杂，很难在河道内通过计量确定灌区农业用水量。为推算出灌区渠首毛灌溉水量，采用在灌区内按照区域选择几处小型泵站安装计量设施，观测各区域毛灌溉水量，根据小型泵站控制的实灌面积计算亩均毛灌溉水量，进而推算得到全灌区的毛灌溉用水量。

根据以上原则，温瑞灌区因采用泵站提水灌溉，所以在灌区内主干渠上选择具有代表性的典型泵站作为渠首计量点量测毛灌溉用水量。本文结合温瑞灌区所涉及范围，选取4个渠首计量点，分别位于瑞安市塘下街道鲍四村渠首、瓯海区郭溪镇白埠塘渠首、龙湾区永兴街道第十七农场渠首和第九农场渠首，选取的原因是这4个渠首泵站设备齐全，方便观测，配有专门的观测人员，并且渠首均安装了超声波流量计来计量毛灌溉用水量。

1.2 量水设施的选择

灌区渠首量水方法有标准断面量水、量水堰槽、以电折水、仪表量水等。除了仪表量水不需要率定外，其余量水设施一般需要进行率定才能量水，因此选用仪表量水设施进行测量。仪表量水设施中比较常见的是超声波管道流量计，是用于测量管道中流体流量的量水设施[4]。超声波管道流量计用于对管道中的液体进行流速、流量等参数的实时监测及采集，自动计算、记录流量及累计水量，并通过远传设备，将观测数据自动上传至后台系统。

温瑞灌区有多座提水泵站用于取水灌溉，渠首适合采用超声波管道流量计。该流量计由超声波换能器、转换器及流量水量显示器组成[5]，读数方便，可以安装在管道外围，避免了液体接触，不用改动管道，不受被测液体的各种参数干扰，量水精确度高。采用超声波管道流量计量水不需要进行率定，不用单独编写量水设施率定报告，同渠道其他量水计量模式相比，节约人力物力[6]，因此在流量测量中得到广泛应用，特别适合于大、中管径管道的液体流量测量。

1.3 测算方法和公式

本文采用“以点带面”推算法对灌区进行毛灌溉用水量测算，具体是在灌区内选取n个泵站作为渠首计量点，通过设定量水设施对灌溉期的毛灌溉用水量进行“点测”，每个渠首计量点对应1个控制面积，计量点i的毛灌溉用水量实测值Wi除以渠首i的控制面积得到亩均用水量wi，再算出n个亩均用水量的算术平均值，得到整个灌区的亩均毛灌溉用水量w，乘以灌区的实际灌溉面积A进行“面推”，最终得到灌区的毛灌溉用水量W。具体计算公式为

(1)

式中：w为亩均毛灌溉用水量,m3/亩;wi为第i个渠首计量点的亩均用水量,m3/亩;Wi为渠首i的毛灌溉用水量实测值,m3;Ai为渠首i的控制面积,亩;n为渠首计量点个数。

W=wA

(2)

式中：W为样点灌区的毛灌溉用水量,万m3;w为亩均毛灌溉用水量,m3/亩;A为样点灌区的实际灌溉面积,万亩。

2 测算结果

根据式(1)计算亩均用水量，计算结果见表1。利用温瑞灌区的亩均灌溉用水量，分别采用面积加权法和亩均毛灌溉用水量加权法计算温瑞灌区亩均毛灌溉用水量，见表2。由表2可知，算术平均法与采用面积加权法以及亩均毛灌溉用水量加权法计算温瑞灌区亩均毛灌溉用水量结果相近。据此可知，以算术平均值测算的温瑞灌区亩均毛灌溉用水量具有一定的代表性和可信度。根据式(2)用亩均毛灌溉用水量乘以实际灌溉面积得到温瑞灌区的毛灌溉用水量为3357.6382万m3(见表3)。

对于多尺度的灌区，渠首计量点的选取最好涵盖灌区所涉及的县级行政区域75%及以上。温瑞灌区涉及县级行政区域有4个，本研究分别在瑞安市、瓯海区和龙湾区选取了渠首计量点，保证了量测结果的可靠性和一定的精度。如果只选取两个县级行政区域——瓯海区、龙湾区的3个渠首计量点，其亩均毛灌溉用水量的算术平均值为247.1865m3/亩，与4个渠首的亩均毛灌溉用水量251.5085m3/亩相比存在一定的误差，相差4.3220m3/亩。

表1 温瑞灌区4个渠首量水结果和亩均毛灌溉用水量计算结果

表2 温瑞灌区亩均毛灌溉用水量分别采用4个渠首的亩均毛水量加权和面积加权计算结果

表3 温瑞灌区毛灌溉用水量计结果

3 结 语

本文在温瑞灌区内按照区域适当位置选取渠首计量点并安装量水设施对灌溉期的毛灌溉用水量进行“点测”，运用毛灌溉用水量实测值除以渠首控制面积得到该区域亩均毛灌溉用水量，按照算术平均法计算得到整个灌区的亩均毛灌溉用水量，再乘以整个灌区的实际灌溉面积进行“面推”，得到整个灌区的毛灌溉用水量。这种“以点带面”推算法适合于测算多水源和涉及范围广的多尺度灌区毛灌溉用水量，基层技术管理人员易于接受和掌握，且具有一定的代表性和可信度，可为最严格水资源管理制度、水资源公报编制以及根据用水总量统计农田灌溉用水量提供技术支撑。