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      庫容法在灌區量水中的應用(下)

      來源:作者:發表時間:2019-02-16 16:32:27

      3結果與分析

      3.1庫容法與梯形薄壁堰法和電磁流量計法量水比較試驗期間小區共進行了15次提水灌溉,結束時將庫容法所測灌區取水流量與其他兩種方法的測算結果進行對比,如圖2。

      三種量測方法實測灌區渠首取水流量

      從圖2可知,U形防滲渠、矩形防滲渠、梯形防滲渠和梯形土渠在三種測算方法下所測得取水流量分別為0.146~0.164、0.105~0.121、0.124~0.142和0.083~0.101m3/s,且3種方法下的四類輸水渠道的渠首取水流量均一致表現為:U形防滲渠>梯形防滲渠>矩形防滲渠>梯形土渠,分析原因是由于灌區取水流量主要是由各自配套泵站的取水能力所決定。

      將圖2中庫容法、梯形薄壁堰法、電磁流量計法三種量測技術下對應的四類渠道渠首取水流量進行整理,采用SPSS22.0進行Duncan測驗,結果見表2。

      試驗區渠首取水流量的 Duncan 檢測

      從表2可知,試驗區渠首取水流量的量測結果與渠道類型間均存在5%的顯著差異和1%的極顯著差異,而與三種流量量測方法間無5%的顯著性差異和1%的極顯著差異。由此可知,采用庫容法量測的灌區渠首取水流量,其結果與梯形薄壁堰法和電磁流量計法的測算結果間表現出良好的一致性,可以作為灌區取水流量的一種量測方法加以應用。

      為進一步分析渠道類型對庫容法量測灌區取水流量測算精度產生的影響,試驗結束分別將歷次灌溉時庫容法與其他兩種測算方法間的相對偏差進行整理,如圖3所示。圖3(a)中梯形土渠相對偏差-7.25%~-3.70%,矩形防滲渠的相對偏差為-1.68%~2.04%,而U形防滲渠和梯形防滲渠的相對偏差分別為-4.86%~-1.26%、-5.97%~-2.18%;圖3(b)中梯形土渠相對偏差-8.79%~-2.84%,矩形防滲渠的相對偏差為-3.36%~2.27%,而U形防滲渠和梯形防滲渠的相對偏差分別為-4.58%~-0.79%、-4.62%~-0.35%。由此可知,庫容法測得的四類輸水渠道流量與梯形薄壁堰法和電磁流量計法相比,其相對偏差一致表現為:梯形土渠偏差**為顯著,矩形防滲渠的偏差**小,而U形防滲渠與梯形防滲渠的相對偏差處于兩者之間,即采用庫容法測算的四類輸水渠道渠首取水流量,梯形土渠的測算結果差異**大,矩形防滲防滲渠的測算結果**為準確,U形防滲渠和梯形防滲渠的結果介于兩者之間。

      庫容法量測灌區取水與其他兩種方法間相對誤差

      3.2渠道類型對庫容法量測灌區取水量結果影響

      試驗結束按輸水渠道類型差異,將三種量測方法下灌區歷次取水量及相對偏差分別進行統計,如圖4所示。從圖4可知,水稻生育期內,同一灌區中除個別灌溉次數(第9次灌溉,拔節孕穗期)外,其余單次灌溉水量都相對一致。這是由于第9次灌溉處于水稻的拔節-孕穗期,是水稻生育期內的需水高峰,為保證水稻正常生長,單次灌溉的水量較往常明顯偏多;而其余次數灌溉水量相對一致,是因為本次試驗水稻采用的淺濕灌溉技術以提高農業用水的有效利用率,灌溉時采用“少量多次”的原則,設計的單次灌溉水層在相對一致的情況下,同一灌區單次灌區取水量也相對穩定。

      從圖4還可知,采用庫容法量測的灌區取水量與梯形薄壁堰法和電磁流量計法間的相對偏差,梯形土渠[圖4(d)]差異**大,處于-7.25%~-2.84%之間;矩形防滲渠(圖4b)差異**小,處于-3.36%~2.27%;U形防滲渠[圖4(a)]和梯形防滲渠[圖4(b)]介于兩者之間。四種渠道中,采用庫容法量測的灌

      不同類型渠道灌區取水量實測值及偏差系數不同類型渠道灌區取水量實測值及偏差系數

      區取水量與梯形薄壁堰法比較,平均相對偏差RKTi依次為-2.78%、0.49%、-3.99%和-5.38%,與電磁流量計法量測的結果相比,其RKDi依次為-2.75%、-0.73%、-2.41%和-6.28%,相對偏差RKTi、RKDi間相差-0.90%~1.58%,測算效果整體表現為:矩形防滲渠>U形防滲渠>梯形防滲渠>梯形土渠。

      3.3庫容法在大田中的應用

      為檢驗小區試驗成果的合理性與可靠性,同年在江蘇省的東臺、大豐、鹽都、建湖和濱海五縣(市、區)共選擇35處典型灌區進行了大田驗證工作。其中:U形防滲渠灌區9處,矩形防滲渠灌區7處,梯形防滲渠灌區8處,梯形土渠灌區11處。試驗結束按渠道類型分類,將庫容法、梯形薄壁堰法和電磁流量計法三種量水技術所測灌區取水量及相對偏差進行整理,如圖5。

      從圖5可知,三種測算方法所得到的灌區取水量有著相同的高峰與低谷。圖5(a)中灌區取水量為5.24~23.94萬m3,相對偏差為-4.96%~-2.81%;圖5(b)中灌區取水量為7.26~13.25萬m3,相對偏差為-2.93%~2.07%;圖5(c)中灌區取水量為7.45~23.50萬m3,相對偏差為-5.93%~-2.76%;圖5(d)中灌區取水量為6.73~18.24萬m3,相對偏差為-8.82%~-3.94%。從相對偏差分析,圖5(a)~5(d)中,差異**顯著的為

      2017 年參與驗證試驗的 35 處樣點灌區取水量及相關性2017 年參與驗證試驗的 35 處樣點灌區取水量及相關性

      梯形土渠[圖5(d)],U形防滲渠[圖5(a)]和梯形防滲渠[圖5(c)]次之,矩形防滲渠[圖5(b)]的相對偏差**小,這與小區試驗測算的結果表現出同樣的趨勢。

      4討論

      小區試驗結果表明,庫容法量測效果整體表現為:矩形防滲渠>U形防滲渠>梯形防滲渠>梯形土渠。分析原因:梯形土渠渠道襯面未進行任何防滲技術處理,盡管在測算前預先蓄水至渠道濕周土壤飽和后再進行量測以減少偏差,但與其余三類采用混凝土防滲技術處理的渠道相比,庫容法實測時的蓄水過程中土壤下滲水量仍占渠首取水總量的比重較大,故梯形土渠的相對偏差**大;當渠道襯面均采用混凝土防滲技術處理即渠道襯底入滲系數一致時,影響測算精度的**主要因素為渠道過水斷面積與濕周的比值,即與水力半徑密切相關,水力半徑越大,則表示輸送相同過水斷面積水體時的渠道襯底渠道濕周越小,相對偏差與水力半徑的倒數呈顯著正相關。

      采用庫容法測算灌區渠首取水流量時,決定測算結果準確程度的**主要因素是對渠道內蓄水庫容量測算的準確與否。對比小區試驗和大田驗證成果發現,小區試驗時四類渠道相對偏差依次為-2.77%~-2.79%、0.49%~-0.72%、-3.90%~-2.46%和-5.42%~-6.31%,效果整體優于大田的-3.59%~-3.64%、-0.99%~-0.93%、-4.09%~-3.17%和-6.67%~-7.04%,兩種試驗規模間相差0.19%~1.48%。分析原因是因為小區試驗時,對試驗中關鍵參數的量測、渠道的封閉處理等技術措施,較大田驗證時的要求更為嚴格所致。為提高大田測算精度,減少相對偏差,應注重對大田實測數據精度和關鍵指標的把控尤其是對影響蓄水庫容ΔQ0關鍵參數的精確測量。

      5結論

      (1)采用庫容法量測的灌區渠首取水量,其結果與傳統的梯形薄壁堰法和電磁流量計法之間的測算結果間表現著良好的一致性,具有較好的量測精度,且測算效率較梯形薄壁堰法和電磁流量計法高。因此,庫容法可作為一種灌區量水技術加以推廣應用。

      (2)庫容法量測U形防滲渠、矩形防滲渠、梯形防滲渠以及梯形土渠的渠首取水流量,結果分別為0.146~0.164、0.105~0.121、0.124~0.142和0.083~0.101m3/s,其量測值與另外兩種量測方法所得結果,采用Duncan檢測無顯著差異。

      (3)庫容法與梯形薄壁堰法和電磁流量計法量的量測值相比,小區試驗中測得的灌區取水量在四類渠道的相對偏差依次為-2.77%~-2.79%、0.49%~-0.72%、-3.90%~-2.46%和-5.42%~-6.31%,測算效果整體優于大田的-3.59%~-3.64%、-0.99%~-0.93%、-4.09%~-3.17%和-6.67%~-7.04%,兩種試驗規模間相差0.19%~1.48%。為提高大田的測算精度,可在試驗中結合傳統的量測方法,對庫容法量測的大田取水量不定期地進行實測校驗。

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