淺析我國農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水量測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

王成福　羅浩　景少波（新疆水利科技推廣總站新疆烏魯木齊830000）

淺析我國農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水量測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

王成福羅浩景少波
（新疆水利科技推廣總站新疆烏魯木齊830000）

從我國灌區(qū)用水量測的內(nèi)涵出發(fā)，分析了農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水量測技術(shù)的現(xiàn)狀，針對灌區(qū)用水量測設(shè)施不配套、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范等四個方面存在的問題，提出了加強(qiáng)量測水技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、量測水新技術(shù)推廣應(yīng)用等相應(yīng)對策。為提高灌溉管理水平，實現(xiàn)新疆農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水總量控制和水資源高效可持續(xù)利用提供參考。

農(nóng)業(yè)灌區(qū)；用水量測技術(shù)；問題與對策

《國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)農(nóng)業(yè)水價綜合改革的意見》（國發(fā)辦［2016］2）指出農(nóng)業(yè)是用水大戶，也是節(jié)水潛力所在。長期以來，我國農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，運行維護(hù)經(jīng)費不足，農(nóng)業(yè)用水管理不到位，不能有效反映水資源稀缺程度和生態(tài)環(huán)境成本，不僅造成農(nóng)業(yè)用水方式粗放，而且難以保障農(nóng)田水利工程良性運行。農(nóng)業(yè)用水總量控制一方面在于實施有效的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)，另一方面離不開灌區(qū)量測水技術(shù)的實施。面對我國農(nóng)業(yè)灌溉水資源短缺日益嚴(yán)峻的現(xiàn)實，灌區(qū)用水總量控制及相關(guān)監(jiān)控手段的實施所面臨的問題將顯得更為突出。

1　農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水量量測的內(nèi)涵

《國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)農(nóng)業(yè)水價綜合改革的意見》（國發(fā)辦［2016］2號）提出要完善供水計量設(shè)施，加快供水計量體系建設(shè)。農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水量測技術(shù)是推進(jìn)節(jié)水農(nóng)業(yè)的重要手段，高效節(jié)水農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢；灌區(qū)用水量測技術(shù)和設(shè)施是合理配置水資源的基礎(chǔ)，在有限水資源條件下實施科學(xué)水量調(diào)配和精準(zhǔn)灌溉；高效節(jié)水可以避免大水漫灌，有效減少滲漏，合理控制地下水，減輕土壤次生鹽堿化，減輕農(nóng)業(yè)面源污染和環(huán)境負(fù)荷，灌區(qū)用水量測技術(shù)的實施為改善水環(huán)境提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；灌區(qū)用水量測技術(shù)是計收水費的依據(jù)，按照“市場在資源配置中起決定性作用”的指導(dǎo)思想，通過經(jīng)濟(jì)手段和市場機(jī)制促進(jìn)節(jié)約用水，實行定額供水、超量加價等制度管理，充分發(fā)揮水資源的有償使用政策，真正實現(xiàn)水資源的節(jié)約保護(hù)和優(yōu)化配置。

2　農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水量測技術(shù)現(xiàn)狀

我國自20世紀(jì)50年代開始了灌區(qū)用水量測技術(shù)的研究與應(yīng)用，隨著人們知識水平的提高、計算機(jī)與信息技術(shù)的快速發(fā)展，灌區(qū)用水量測技術(shù)的工作日益得到重視，通過不斷引進(jìn)、研發(fā)和借鑒，涌現(xiàn)出了一大批灌區(qū)量測水新技術(shù)與設(shè)備，經(jīng)過60多年的發(fā)展，目前我國灌區(qū)用水量測技術(shù)在形式、適用性、精度等方面有了顯著提高，用水量測設(shè)備達(dá)數(shù)幾十種，常見的典型農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水量測設(shè)施和設(shè)備主要有以下幾種。

2.1水工建筑物量水

水工建筑物量水基本原理是利用水工泄水建筑物，通過水力因素，經(jīng)率定分析或利用經(jīng)驗公式確定流量系數(shù)或效率系數(shù)［1］，通過設(shè)立水尺根據(jù)上下游水位差計算出流量。主要通過測量啟閉式水閘、跌水口、拱涵、渡槽等過水建筑物閘前閘后水位實現(xiàn)量水和配水。

2.2特設(shè)量水設(shè)備量水

常用的特設(shè)量水儀器設(shè)備有矩形量水堰、三角形量水堰、梯形堰、巴歇爾量水槽、無喉道量水槽、各種量水檻等［2］。特設(shè)量水設(shè)備具有單一水頭流量關(guān)系的量水的特設(shè)建筑物和設(shè)備，其水流條件主要受到建筑物尺寸和上下游水流特性的影響。

2.3流速儀測流法量水

通過量測標(biāo)準(zhǔn)渠道斷面的水位計斷面特征點的流速，推求過水?dāng)嗝婷娣e及過水平均速度，再以此計算渠道過水流量及累計水量。該方法需經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)才可以掌握，一般用于河道過水量測量。

2.4水位～流量關(guān)系用水量測

對水位進(jìn)行監(jiān)測，通過水力學(xué)公式或水位～流量關(guān)系曲線計算流量［3］。選擇一段斷面比較穩(wěn)定均直、沒有回流影響的順直渠段，在渠段內(nèi)設(shè)立一水位尺，繪制水位～流量關(guān)系曲線，查得相應(yīng)的流量。該方法簡便易掌握，當(dāng)前大多數(shù)灌區(qū)均采用此方法。隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，涌現(xiàn)出了一大批水位電子監(jiān)測儀器，傳統(tǒng)的人工定時觀測也逐漸被電子實時監(jiān)測儀器取代。

2.4.1超聲波水位計

超聲波液位計的工作原理是由換能器發(fā)出高頻超聲波脈沖遇到被測介質(zhì)表面被反射回來，部分反射回波被同一換能器接收，轉(zhuǎn)換成電信號，超聲波脈沖以聲波速度傳播，從發(fā)射到接收到超聲波脈沖所需時間間隔與換能器到被測介質(zhì)表面的距離成正比，根據(jù)聲速與時間差即可推算出水位。

2.4.2電子水尺等感應(yīng)式流量計

近年隨灌區(qū)用水量測技術(shù)發(fā)展，研發(fā)出磁致液位傳感器，由磁致伸縮液位傳感器、顯示儀表等組成，利用磁致伸縮效應(yīng)來測量液位（位移）高度的變化，絕高可靠性及抗干擾性，無須定期維修或重新標(biāo)定，安裝簡單。諸如此類還有電阻式、雷達(dá)式等類型流量計。

3　農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水量測技術(shù)存在的問題

我國從“九五”開始相繼啟動了“節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究與示范”、“農(nóng)業(yè)高效用水科技產(chǎn)業(yè)示范工程”等重大科研項目，在節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)上取得了一定的成績，對發(fā)展中國節(jié)水農(nóng)業(yè)起到了重要的作用［4］，但在農(nóng)業(yè)灌溉用水水量量測方面研究較少，發(fā)展相對滯后，且區(qū)域差異很大，水資源緊缺地區(qū)量測水技術(shù)較水資源充沛地區(qū)更為先進(jìn)，表現(xiàn)在量測儀器設(shè)備、人員素質(zhì)、管理水平等方面，但與國內(nèi)先進(jìn)地區(qū)相比，差距很大，突出表現(xiàn)在以下幾方面。

3.1灌區(qū)用水量測設(shè)施建設(shè)不配套

灌區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施多在20世紀(jì)60年～70年代建成使用，因當(dāng)時技術(shù)條件、規(guī)劃設(shè)計等因素致渠系標(biāo)準(zhǔn)不高，相應(yīng)的量測設(shè)施不配套［2］，用水量測技術(shù)多通過經(jīng)驗公式來推算流量，量值傳遞相對困難；渠道規(guī)格不統(tǒng)一，量測數(shù)據(jù)誤差較大。

3.2灌區(qū)量測水技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范不統(tǒng)一

灌區(qū)建設(shè)初期，用水量測技術(shù)相應(yīng)配套的基礎(chǔ)設(shè)施種類繁多，缺乏對其技術(shù)條件、優(yōu)缺點和適用范圍等的歸納、總結(jié)和研究。目前國內(nèi)量測水機(jī)構(gòu)對標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范沒有統(tǒng)一的要求，缺乏對量測水設(shè)施計量的認(rèn)證，導(dǎo)致灌區(qū)用水量測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范不統(tǒng)一。

3.3灌區(qū)水資源管理落后

長期以來，灌區(qū)管理部門和用水戶主觀上對水資源的重要性認(rèn)識不夠，使得“總量控制、定額管理”等一系列灌區(qū)水資源管理措施未能有效落實，甚至部分地區(qū)未征收水資源費，體現(xiàn)不出水的商品價值，同時阻礙了水資源有償使用制度的建立。另一方面，農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水量測儀器設(shè)備及其相關(guān)設(shè)施存在防盜、防凍等自然以及人為破壞等因素，加之缺乏有效的管理手段和方式，不能得到及時維護(hù)，同時灌區(qū)信息化建設(shè)在硬件設(shè)備不完善，網(wǎng)絡(luò)存在專網(wǎng)與公網(wǎng)的問題，寬帶與成本的問題，功率與耗電的問題等。

3.4灌區(qū)管理人員專業(yè)素質(zhì)良莠不齊

我國灌區(qū)建設(shè)早期，管理人員專業(yè)素質(zhì)相對不高，隨灌區(qū)現(xiàn)代化管理方式的不斷發(fā)展，新設(shè)備、新技術(shù)的應(yīng)用，灌區(qū)專業(yè)技術(shù)人員和復(fù)合型人才短缺問題逐步凸顯，灌區(qū)管理部門需要對新設(shè)備、新技術(shù)的掌握需要專業(yè)技術(shù)人員，還必須較高的職業(yè)道德素質(zhì)和專業(yè)水平，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、可靠。

4　農(nóng)業(yè)灌區(qū)用水量測技術(shù)問題對策與發(fā)展趨勢

4.1新型用水量測技術(shù)的應(yīng)用推廣

灌區(qū)用水量測設(shè)施作為專業(yè)計量工具與現(xiàn)代化計量要求不配套，急需改進(jìn)農(nóng)業(yè)用水量測設(shè)施，提高用水量測技術(shù)，對用水量測設(shè)備設(shè)施定期進(jìn)行維護(hù)，保證計量精度，延長使用壽命；同時應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件，結(jié)合作物生長規(guī)律，研發(fā)出新型簡易、便捷、準(zhǔn)確的用水量測技術(shù)和設(shè)施，如感應(yīng)式流量計、壓力式流量計，此類流量計要求體積小、重量輕、操作簡單、攜帶方便，可靠性及抗干擾性強(qiáng)，無須定期維修或重新標(biāo)定，經(jīng)試點應(yīng)用與檢測認(rèn)證后，科學(xué)有序推廣應(yīng)用，提高效率和減少管理成本。

4.2標(biāo)準(zhǔn)制定與設(shè)備認(rèn)證

針對灌區(qū)量測設(shè)備種類繁多且沒統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)盡快制定和完善適應(yīng)現(xiàn)階段應(yīng)用管理和技術(shù)發(fā)展水平的用水量測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和檢測規(guī)程，統(tǒng)一用水量測設(shè)施的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，開展用水量測設(shè)備的計量認(rèn)證工作。

4.3管理標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)

《中華人民共和國水法》規(guī)定取水應(yīng)當(dāng)安裝計量設(shè)施，灌區(qū)管理部門應(yīng)當(dāng)依法辦理取水許可手續(xù)，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)用水量測設(shè)施的建設(shè)、管理與維護(hù)；灌區(qū)管理部門應(yīng)重視專業(yè)技術(shù)人員的培養(yǎng)，建立灌區(qū)專業(yè)技術(shù)人才信息庫，加強(qiáng)技術(shù)人員的學(xué)習(xí)和交流培訓(xùn)，提高灌區(qū)用水量測技術(shù)人員的素質(zhì)，掌握新設(shè)備、新技術(shù)的應(yīng)用，熟悉信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和軟件，了解用水量測技術(shù)的發(fā)展方向，以保證高質(zhì)量完成量水設(shè)施的計量工作，確保收集的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、可靠。

4.4全渠道控制系統(tǒng)的應(yīng)用

全渠道控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)渠道自動化控制和全面信息化管理，做到農(nóng)業(yè)精確計量［5］。通過測控一體化槽閘、精確的流量測量、閘門控制、無線電通訊網(wǎng)絡(luò)、智能控制軟件系統(tǒng)，精確控制渠道內(nèi)每個出水口；通過軟件系統(tǒng)控制實現(xiàn)自動化，精確測量和控制水流量，通過持續(xù)調(diào)整實現(xiàn)系統(tǒng)最佳運作狀態(tài)，為提高灌區(qū)用水率、作物的質(zhì)量和產(chǎn)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力提高提供科學(xué)依據(jù)。全渠道控制系統(tǒng)為灌溉現(xiàn)代化信息化管理提供了一種先進(jìn)可行的解決方案。

4.5開展灌區(qū)量水信息化、自動化建設(shè)

隨著灌區(qū)體制改革的普遍推行和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平的提高，自動化量測和調(diào)控已成為用水量測發(fā)展的趨勢。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和“3S”技術(shù)的應(yīng)用，使數(shù)據(jù)傳輸更加便捷，可靠性提高，為灌區(qū)的信息化、自動化提供了條件［6］。利用超短波無線通信和計算機(jī)組成灌區(qū)量水設(shè)施自動化管理系統(tǒng)，對灌區(qū)水位、流量、水量進(jìn)行自動精確計量，對灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水進(jìn)行科學(xué)調(diào)度和優(yōu)化配水，從而提高灌區(qū)現(xiàn)代化管理水平。

5　結(jié)語

最嚴(yán)格水資源管理、灌區(qū)用水量測技術(shù)是實施高效節(jié)水的基礎(chǔ)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，更是落實“三條紅線”控制指標(biāo)的主要手段，實現(xiàn)水資源高效可持續(xù)利用，推動農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，保障國家水安全和糧食安全，使水資源真正發(fā)揮出命脈的作用、真正體現(xiàn)出命脈的價值。陜西水利

［1］楚恩國.水工建筑物測流原理及其應(yīng)用［J］.中國水運，2007，7（9）：117-118.

［2］俞雙恩，左曉霞，趙偉.我國灌區(qū)量水現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.節(jié)水灌溉，2004，（4）：35-37.

［3］王成福，景少波，吳旭.新疆灌區(qū)明渠量測水現(xiàn)狀與對策初探［J］.《水利水電技術(shù)》，2011，12：81-83.

［4］高雪梅.中國農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及存在問題［J］.《天津農(nóng)業(yè)科學(xué)》，2012，18 （I）：54-56.

（責(zé)任編輯：暢妮）

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