遼陽地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉取水監(jiān)測流量轉(zhuǎn)化參數(shù)探究

易嘉成

（遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000）

0 引言

為提高水資源監(jiān)控能力，水利部在全國范圍內(nèi)相繼開展了兩期國家水資源監(jiān)控能力項目（一期2012年～2014年及二期2016年～2018年）。其中二期項目是為了進一步提高全國水資源監(jiān)控能力，提高三大監(jiān)控體系中農(nóng)業(yè)用水的監(jiān)控比例，著重開展重點中型以上灌區(qū)渠首取水在線監(jiān)測工作［1]，本文以此項目為契機，根據(jù)遼寧省水利廳遼水資（2015）201 號文件以及遼寧省水文局灌區(qū)取水監(jiān)測流量轉(zhuǎn)化參數(shù)工作安排，遼寧省遼陽水文局于2018年對遼陽地區(qū)所屬灌區(qū)取水監(jiān)測流量轉(zhuǎn)化參數(shù)進行研究。為準(zhǔn)確推算水量提供技術(shù)保證，算好水帳，掌握農(nóng)業(yè)用水效率，強化用水管理，實行水權(quán)集中，統(tǒng)一指揮，統(tǒng)一調(diào)配，分級管理有著較為重要意義。

1 流量轉(zhuǎn)化率測定

1.1 監(jiān)測站基本情況

為測定遼陽地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉流量轉(zhuǎn)化率需設(shè)立三處監(jiān)測站，分別位于燈塔灌區(qū)、燈塔灌區(qū)紅光管理所、遼陽灌區(qū)，引水水源為葠窩地表水水庫水源，引水方式均為從太子河干流通過灌渠引流，控制方式均為引水閘門控制。三處監(jiān)測站的監(jiān)測儀器和水量測驗方法見表1。

表1 監(jiān)測站監(jiān)測儀器和測驗方法

1.2 流量轉(zhuǎn)化率測定方法

首先通過多次實測流量確定流量轉(zhuǎn)化率，再用此參數(shù)推算流量過程，最終推算出實測逐日、逐月時段水量。通過實測逐日、逐月時段水量與根據(jù)灌溉定額推求的灌區(qū)水量和水文調(diào)查灌區(qū)灌溉用水量三者進行對比分析，驗證轉(zhuǎn)化率的合理性。針對不同監(jiān)測方式，在確定流量轉(zhuǎn)化率時具體方法有所不同。

1.2.1 水位流量關(guān)系法

在渠道引水期間，在不同水位級施測流量，與監(jiān)測站雷達自記水位計監(jiān)測的水位建立關(guān)系曲線，用于推算流量。根據(jù)建立的水位- 流量關(guān)系線，繪制流量過程線，推算時段水量［2]。

1.2.2 明渠流量計法

在不同水位級和不同閘門啟閉時進行流量測驗，與監(jiān)測站明渠流量儀監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行對比分析。在分析時，可以計算兩組流量數(shù)據(jù)的相對誤差，根據(jù)誤差情況，確定是否需要進行修正。修正方法可以用線性系數(shù)或相關(guān)系數(shù)。根據(jù)確定的系數(shù)修正流量值，繪制流量過程線，推算時段水量［3]。

2 流量轉(zhuǎn)化率參數(shù)確定及合理性分析

2.1 燈塔灌區(qū)

2.1.1 流量轉(zhuǎn)化參數(shù)確定過程

燈塔灌區(qū)引水渠道情況示意圖見圖1，儀器安裝及測流斷面見圖2～圖3。

圖1 燈塔灌區(qū)引水渠道情況示意圖

圖2 燈塔灌區(qū)水位計安裝位置

圖3 燈塔灌區(qū)測流斷面情況

測流斷面選取在河段順直，河床漿砌石組成，河道底部為河淤土，主流偏左。測試中，在各水位級均勻布置流量測次。為了減少誤差，在雷達水位計處安裝水尺，對水位進行對比觀測。期間共比測22 次流量，最大流量30.4 m3/s，最小流量1.38 m3/s。為了確定流量合理性，對流量不確定度的計算。流量測驗不確定度由流量測驗隨機不確定度和系統(tǒng)不確定度組成。

①隨機不確定度［4]

式中：XQ'為流量隨機不確定度，%；Xm'為斷面Ⅲ型隨機不確定度，%；Xe'為斷面Ⅰ型隨機不確定度，%；Xp'為斷面Ⅱ型隨機不確定度，%；Xc'為流速儀率定隨機不確定度，%；Xd' 為斷面測深隨機不確定度，%；Xb'為斷面測寬隨機不確定度，%。

②系統(tǒng)不確定度

式中：XQ" 為流量系統(tǒng)不確定度，%；Xb" 為測寬系統(tǒng)不確定度，%；Xd" 為測深系統(tǒng)不確定度，%；Xc" 為流速儀檢定系統(tǒng)不確定度，%。

③總不確定度

根據(jù)以上公式對燈塔灌區(qū)斷面的流量不確定度進行計算，見表2。

表2 燈塔灌區(qū)斷面的流量不確定度

根據(jù)表2 結(jié)果，斷面實測的流量不確定度滿足要求，流量資料可靠性較好。通過點繪實測水位流量，確定水位流量關(guān)系線，見圖4。對上述水位流量關(guān)系曲線進行符號檢驗、適線檢驗和偏離檢驗，均合理。

圖4 燈塔灌區(qū)水位流量關(guān)系曲線圖

2.1.2 合理性分析

通過水量分析，驗證轉(zhuǎn)化率系數(shù)的合理性。燈塔灌區(qū)2018年5月～9月用水位流量法推求水量為12310 萬m3。根據(jù)灌溉定額推求燈塔灌區(qū)水量為14000 萬m3；水文調(diào)查灌區(qū)灌溉用水量9967 萬m3。實測水量與灌溉定額計算水量誤差分別為-12.1%，二者水量相差不大。實測水量與灌區(qū)計量水量誤差為23.5%，誤差偏大；經(jīng)調(diào)查分析，是因為流量較小時灌區(qū)不計量，導(dǎo)致儀器測到的水量偏大［5]。

2.2 紅光灌區(qū)

2.2.1 流量轉(zhuǎn)化參數(shù)確定過程

測流斷面選取在河段順直，河床由河淤土組成。水位漲落緩慢。測試中，在各水位級均勻布置流量測次。為了減少誤差，在雷達水位計處安裝水尺，對水位進行對比觀測。期間共測流量23 次，最大流量4.64 m3/s，最小流量0.442 m3/s；水位進行對比觀測，水尺讀數(shù)與水位計讀數(shù)一致。紅光灌區(qū)引水渠道情況示意圖見圖5，儀器安裝見圖6。

圖5 紅光灌區(qū)引水渠道示意圖

圖6 紅光灌區(qū)儀器安裝位置圖

同上，為了確定流量合理性，對流量不確定度的計算。流量測驗不確定度由流量測驗隨機不確定度和系統(tǒng)不確定度組成。

根據(jù)公式對燈塔灌區(qū)斷面的流量不確定度進行計算，見表3。

表3 紅光灌區(qū)斷面的流量不確定度

根據(jù)表3 結(jié)果，斷面實測的流量不確定度滿足要求，流量資料可靠性較好。通過點繪實測水位流量，確定水位流量關(guān)系線，見圖7。對上述水位流量關(guān)系曲線進行符號檢驗、適線檢驗和偏離檢驗，均合理。

圖7 紅光灌區(qū)水位流量關(guān)系曲線圖

2.2.2 合理性分析

紅光灌區(qū)2018年5月～9月用水位流量法推求水量為2363 萬m3。根據(jù)灌溉定額推求紅光灌區(qū)水量為1600 萬m3；水文調(diào)查灌區(qū)灌溉用水量1578 萬m3。實測水量與灌溉定額計算水量誤差分別為47.7%，水量相差較大。實測水量與灌區(qū)計量水量誤差為49.7%，誤差偏大；經(jīng)調(diào)查分析，是因為水位較低時灌區(qū)不進行取水計量，導(dǎo)致儀器測的水量偏大。

2.3 遼陽灌區(qū)

2.3.1 流量轉(zhuǎn)化參數(shù)確定過程

測流斷面選取在河段順直，河床混凝土石板組成，主流偏左。遼陽灌區(qū)渠首示意圖見圖8，儀器安裝位置及測流斷面圖見圖9。

圖8 遼陽灌區(qū)渠首示意圖

圖9 遼陽灌區(qū)水位計安裝位置圖

比測中，流量測次在各流量級進行均勻布置。為了減少誤差，流量比測的同步性最為關(guān)鍵，明渠流量計和流速儀測流同時進行，以最大限度的保證流量測驗精度和代表性。期間共比測25 次流量，最大流量24.1 m3/s，最小流量7.22 m3/s。

為確定流量合理性，對流量不確定度的計算。流量測驗不確定度由流量測驗隨機不確定度和系統(tǒng)不確定度組成。根據(jù)公式對燈塔灌區(qū)斷面的流量不確定度進行計算，見表4。

表4 遼陽灌區(qū)斷面的流量不確定度

根據(jù)表4 結(jié)果，斷面實測的流量不確定度滿足要求，流量資料可靠性較好。

以同一時刻施測的流量，橫坐標(biāo)（X）為明渠流量計流量，縱坐標(biāo)為流速儀施測流量，點繪流速儀與明渠流量計實測流量對比關(guān)系見圖10。流速儀與明渠流量計施測流量對比分析表見表5。

圖10 流速儀與明渠流量計實測流量對比關(guān)系圖

表5 流速儀與明渠流量計施測流量對比分析表

通過表5 計算發(fā)現(xiàn)個別誤差較大，分析原因為明渠流量計被漂浮物遮擋，根據(jù)分析和調(diào)查將有漂浮物影響的測次剔除后，最終確定流速儀與明渠流量計實測流量對比關(guān)系見圖11。

圖11 最終確定實測流量對比關(guān)系圖

從圖11 可以看出，流速儀施測流量與明渠流量計流量呈單一線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為1.0418。

2.3.2 合理性分析

遼陽灌區(qū)2018年5月～9月按照相關(guān)系數(shù)推求水量為10105 萬m3。根據(jù)灌溉定額推求遼陽灌區(qū)水量為9600 萬m3；水文調(diào)查灌區(qū)灌溉用水量9017 萬m3。實測水量與灌溉定額計算水量誤差為5.3%，兩者水量相差不大。實測水量與灌區(qū)計量水量誤差為12.1%，誤差相差不大；經(jīng)調(diào)查分析，是因為流量較小時灌區(qū)不計量，導(dǎo)致儀器測的水量偏大。

3 結(jié)論及存在問題

3.1 結(jié)論

本文闡述了遼陽地區(qū)三個主要灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉取水監(jiān)測流量轉(zhuǎn)化參數(shù)確定及合理性分析的過程，運用多次現(xiàn)場實測流量測驗數(shù)據(jù)及定線成果確定流量轉(zhuǎn)化率參數(shù)，并通過水量確定其合理性?？梢钥闯觯ㄟ^對各監(jiān)測站點實測流量成果表、水位流量關(guān)系線檢驗、標(biāo)準(zhǔn)差計算及水位流量關(guān)系定線計算表進行分析統(tǒng)計，定線精度總體較好，流量轉(zhuǎn)化參數(shù)合理可靠［6]。同時，后期將繼續(xù)進行不同工情、水情下的率定測驗及時對流量轉(zhuǎn)化率參數(shù)進行校核，為實現(xiàn)最嚴(yán)格水資源管理提供技術(shù)支撐［7]。

3.2 存在問題

通過遼陽地區(qū)三個主要灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉取水監(jiān)測流量轉(zhuǎn)化參數(shù)確定及合理性分析的過程，發(fā)現(xiàn)出存在以下問題：①明渠流量計灌溉期水中夾雜大量的漂浮物很容易致使流量計被遮擋，導(dǎo)致流量數(shù)據(jù)飄忽不定，無法確定是否有漂浮物，對水量變化影響較大。②水位站水位站存在水位突然變化情況，對設(shè)備穩(wěn)定性要求高。③數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺瞬時數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)不一致，對數(shù)據(jù)處理有一定影響。