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库容法在灌区量水中的应用(下)

来源:作者:发表时间:2019-02-16 16:32:27

3结果与分析

3.1库容法与梯形薄壁堰法和电磁流量计法量水比较试验期间小区共进行了15次提水灌溉,结束时将库容法所测灌区取水流量与其他两种方法的测算结果进行对比,如图2。

三种量测方法实测灌区渠首取水流量

从图2可知,U形防渗渠、矩形防渗渠、梯形防渗渠和梯形土渠在三种测算方法下所测得取水流量分别为0.146~0.164、0.105~0.121、0.124~0.142和0.083~0.101m3/s,且3种方法下的四类输水渠道的渠首取水流量均一致表现为:U形防渗渠>梯形防渗渠>矩形防渗渠>梯形土渠,分析原因是由于灌区取水流量主要是由各自配套泵站的取水能力所决定。

将图2中库容法、梯形薄壁堰法、电磁流量计法三种量测技术下对应的四类渠道渠首取水流量进行整理,采用SPSS22.0进行Duncan测验,结果见表2。

试验区渠首取水流量的 Duncan 检测

从表2可知,试验区渠首取水流量的量测结果与渠道类型间均存在5%的显著差异和1%的极显著差异,而与三种流量量测方法间无5%的显著性差异和1%的极显著差异。由此可知,采用库容法量测的灌区渠首取水流量,其结果与梯形薄壁堰法和电磁流量计法的测算结果间表现出良好的一致性,可以作为灌区取水流量的一种量测方法加以应用。

为进一步分析渠道类型对库容法量测灌区取水流量测算精度产生的影响,试验结束分别将历次灌溉时库容法与其他两种测算方法间的相对偏差进行整理,如图3所示。图3(a)中梯形土渠相对偏差-7.25%~-3.70%,矩形防渗渠的相对偏差为-1.68%~2.04%,而U形防渗渠和梯形防渗渠的相对偏差分别为-4.86%~-1.26%、-5.97%~-2.18%;图3(b)中梯形土渠相对偏差-8.79%~-2.84%,矩形防渗渠的相对偏差为-3.36%~2.27%,而U形防渗渠和梯形防渗渠的相对偏差分别为-4.58%~-0.79%、-4.62%~-0.35%。由此可知,库容法测得的四类输水渠道流量与梯形薄壁堰法和电磁流量计法相比,其相对偏差一致表现为:梯形土渠偏差最为显著,矩形防渗渠的偏差最小,而U形防渗渠与梯形防渗渠的相对偏差处于两者之间,即采用库容法测算的四类输水渠道渠首取水流量,梯形土渠的测算结果差异最大,矩形防渗防渗渠的测算结果最为准确,U形防渗渠和梯形防渗渠的结果介于两者之间。

库容法量测灌区取水与其他两种方法间相对误差

3.2渠道类型对库容法量测灌区取水量结果影响

试验结束按输水渠道类型差异,将三种量测方法下灌区历次取水量及相对偏差分别进行统计,如图4所示。从图4可知,水稻生育期内,同一灌区中除个别灌溉次数(第9次灌溉,拔节孕穗期)外,其余单次灌溉水量都相对一致。这是由于第9次灌溉处于水稻的拔节-孕穗期,是水稻生育期内的需水高峰,为保证水稻正常生长,单次灌溉的水量较往常明显偏多;而其余次数灌溉水量相对一致,是因为本次试验水稻采用的浅湿灌溉技术以提高农业用水的有效利用率,灌溉时采用“少量多次”的原则,设计的单次灌溉水层在相对一致的情况下,同一灌区单次灌区取水量也相对稳定。

从图4还可知,采用库容法量测的灌区取水量与梯形薄壁堰法和电磁流量计法间的相对偏差,梯形土渠[图4(d)]差异最大,处于-7.25%~-2.84%之间;矩形防渗渠(图4b)差异最小,处于-3.36%~2.27%;U形防渗渠[图4(a)]和梯形防渗渠[图4(b)]介于两者之间。四种渠道中,采用库容法量测的灌

不同类型渠道灌区取水量实测值及偏差系数不同类型渠道灌区取水量实测值及偏差系数

区取水量与梯形薄壁堰法比较,平均相对偏差RKTi依次为-2.78%、0.49%、-3.99%和-5.38%,与电磁流量计法量测的结果相比,其RKDi依次为-2.75%、-0.73%、-2.41%和-6.28%,相对偏差RKTi、RKDi间相差-0.90%~1.58%,测算效果整体表现为:矩形防渗渠>U形防渗渠>梯形防渗渠>梯形土渠。

3.3库容法在大田中的应用

为检验小区试验成果的合理性与可靠性,同年在江苏省的东台、大丰、盐都、建湖和滨海五县(市、区)共选择35处典型灌区进行了大田验证工作。其中:U形防渗渠灌区9处,矩形防渗渠灌区7处,梯形防渗渠灌区8处,梯形土渠灌区11处。试验结束按渠道类型分类,将库容法、梯形薄壁堰法和电磁流量计法三种量水技术所测灌区取水量及相对偏差进行整理,如图5。

从图5可知,三种测算方法所得到的灌区取水量有着相同的高峰与低谷。图5(a)中灌区取水量为5.24~23.94万m3,相对偏差为-4.96%~-2.81%;图5(b)中灌区取水量为7.26~13.25万m3,相对偏差为-2.93%~2.07%;图5(c)中灌区取水量为7.45~23.50万m3,相对偏差为-5.93%~-2.76%;图5(d)中灌区取水量为6.73~18.24万m3,相对偏差为-8.82%~-3.94%。从相对偏差分析,图5(a)~5(d)中,差异最显著的为

2017 年参与验证试验的 35 处样点灌区取水量及相关性2017 年参与验证试验的 35 处样点灌区取水量及相关性

梯形土渠[图5(d)],U形防渗渠[图5(a)]和梯形防渗渠[图5(c)]次之,矩形防渗渠[图5(b)]的相对偏差最小,这与小区试验测算的结果表现出同样的趋势。

4讨论

小区试验结果表明,库容法量测效果整体表现为:矩形防渗渠>U形防渗渠>梯形防渗渠>梯形土渠。分析原因:梯形土渠渠道衬面未进行任何防渗技术处理,尽管在测算前预先蓄水至渠道湿周土壤饱和后再进行量测以减少偏差,但与其余三类采用混凝土防渗技术处理的渠道相比,库容法实测时的蓄水过程中土壤下渗水量仍占渠首取水总量的比重较大,故梯形土渠的相对偏差最大;当渠道衬面均采用混凝土防渗技术处理即渠道衬底入渗系数一致时,影响测算精度的最主要因素为渠道过水断面积与湿周的比值,即与水力半径密切相关,水力半径越大,则表示输送相同过水断面积水体时的渠道衬底渠道湿周越小,相对偏差与水力半径的倒数呈显著正相关。

采用库容法测算灌区渠首取水流量时,决定测算结果准确程度的最主要因素是对渠道内蓄水库容量测算的准确与否。对比小区试验和大田验证成果发现,小区试验时四类渠道相对偏差依次为-2.77%~-2.79%、0.49%~-0.72%、-3.90%~-2.46%和-5.42%~-6.31%,效果整体优于大田的-3.59%~-3.64%、-0.99%~-0.93%、-4.09%~-3.17%和-6.67%~-7.04%,两种试验规模间相差0.19%~1.48%。分析原因是因为小区试验时,对试验中关键参数的量测、渠道的封闭处理等技术措施,较大田验证时的要求更为严格所致。为提高大田测算精度,减少相对偏差,应注重对大田实测数据精度和关键指标的把控尤其是对影响蓄水库容ΔQ0关键参数的精确测量。

5结论

(1)采用库容法量测的灌区渠首取水量,其结果与传统的梯形薄壁堰法和电磁流量计法之间的测算结果间表现着良好的一致性,具有较好的量测精度,且测算效率较梯形薄壁堰法和电磁流量计法高。因此,库容法可作为一种灌区量水技术加以推广应用。

(2)库容法量测U形防渗渠、矩形防渗渠、梯形防渗渠以及梯形土渠的渠首取水流量,结果分别为0.146~0.164、0.105~0.121、0.124~0.142和0.083~0.101m3/s,其量测值与另外两种量测方法所得结果,采用Duncan检测无显著差异。

(3)库容法与梯形薄壁堰法和电磁流量计法量的量测值相比,小区试验中测得的灌区取水量在四类渠道的相对偏差依次为-2.77%~-2.79%、0.49%~-0.72%、-3.90%~-2.46%和-5.42%~-6.31%,测算效果整体优于大田的-3.59%~-3.64%、-0.99%~-0.93%、-4.09%~-3.17%和-6.67%~-7.04%,两种试验规模间相差0.19%~1.48%。为提高大田的测算精度,可在试验中结合传统的量测方法,对库容法量测的大田取水量不定期地进行实测校验。

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