灌区灌溉水有效利用系数的“首尾测算法”.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除灌区灌溉水有效利用系数测算分析技术“首尾测算法”1.灌区灌溉水有效利用系数测算方法概述1.1灌区灌溉水有效利用系数的内涵（1）灌区灌溉水有效利用系数灌溉水是指采用必要的工程技术措施，对天然状态下的水进行有目的的干预、控制和改造，为农田灌溉提供的水量。灌溉水可以是从水库、河流引来或用水泵提取的地表水，也可以用水泵从井提取的地下水。灌区在灌水时，灌溉水除一部分为被灌溉的农作物耗用外，还有一部分水量是在输水、配水和灌水过程中损失掉，没有被农作物利用，这部分水量也称为非生产性水量损失。这些损失主要有：渗漏损失，包括各级输水渠道渗漏和田间深层渗漏；蒸发损失，渠道中的水面蒸发，一般仅占渗漏损失的1/201/50；田面流失，由于灌水流量过大，与灌水沟、畦规格不相适应，水稻田的田埂不坚固，或采用不合理的灌水方法，流失到灌溉地以外的水量；泄水损失，由于配水与田间灌水不协调，或控制建筑物不完整以及不良的灌水习惯，流失到排水沟或灌区以外的水量；跑水损失，因工程质量不好，引起渠堤决口跑水造成水量损失。灌区灌溉水有效利用系数就是：渠首的总引进水量扣除了损失水量外，能够被农作物利用的净水量与渠首的引进灌溉水量的比值。可用下式表示： （1-1）式中：g灌区灌溉水有效利用系数； wj 灌溉时能够被农作物利用的净水量； wm渠首引入的总水量。（2）测定灌区灌溉水有效利用系数的意义灌溉水有效利用系数是反映灌区从水源引进的灌溉水能被作物吸收利用程度的重要指标，也是反映灌区输水、配水和田间灌水所采用的工程、技术和管理水平高低的指标。在我国国家标准节水灌溉工程技术规范中规定：灌区的灌溉水有效利用系数，大型灌区不应低于0.50；中型灌区不应低于0.60；小型灌区不应低于0.70；井灌区不应低于0.80；喷灌区、微喷灌区不应低于0.85；滴灌区不应低于0.90。而据2011年测算分析，我国目前灌区平均灌溉水有效利用系数仅为0.51 ，节约用水的潜力很大。因此，进一步加大灌区续建配套节水改造，发展高效节水灌溉，提高灌溉水有效利用系数是我国灌区建设中一项重要的战略任务，任重而道远。灌溉水有效利用系数是衡量从水源引水到田间作物利用过程中灌溉用水效率状况的一个关键性指标，能够比较客观真实地反映灌溉工程设施状况、灌溉技术水平、用水管理水平等多种因素对灌溉用水效率的综合影响，因而也成为政府科学规划和宏观决策的重要依据。为适应今后我国节水灌溉发展的形势和资源节约型社会建设的要求，跟踪测算分析各省及全国灌溉用水效率的变化情况，为正确评价全国节水灌溉发展成效、科学制定节水灌溉发展目标和分析节水潜力提供基础依据和支撑，开展灌溉水有效利用系数的测算工作具有十分重要的意义。1.2确定灌区灌溉水有效利用系数的传统方法灌溉水从水源引入贮存到作物根层供作物吸收利用，是通过灌区各级渠道输水至田间，均匀地分配到指定的灌溉面积上，贮存在作物根层土壤中转化为土壤水来实现的。因此，灌溉水在这个过程中的水量损失，可分解成渠系输水损失和田间灌水损失两部分。渠系水利用系数是衡量渠系输水利用程度的指标；田间水利用系数是衡量田间灌溉水利用程度的指标。（一）渠系水有效利用系数的确定渠系水利用系数用扣除各级渠道输水损失后，进入田间的净水量与渠首引水量的比值来表示。因此，要确定渠系水利用系数应首先确定各级渠道的渠道水利用系数。1、渠道水有效利用系数：是同时期放入下一级渠道的流量（或水量）之和与该级渠道首端进入的流量（或水量）的比值。（1）计算方法：可用下式计算： （1-2）式中： q渠道水利用系数； Qs、Ws同时期放入下一级渠道的流量（或水量）； Qm、Wm渠道首端引入的流量（或水量）。（2）测定方法：1）动水测定法：根据渠道沿线的水文地质条件，选择有代表性的渠段，其长度应符合：流量小于1m3/s时，渠道长度L1km；流量为110m3/s时，L3km；流量为1030m3/s时，L5km；流量大于30 m3/s时，L10km。中间无支流，观测上、下游两个断面同时段的流量，其差值即为损失水量。2）静水测定方法：选择1 段具有代表性的渠段，长度50100m，两端堵死，渠道中间设置水位标志，然后向渠中充水，观测该渠段内水位下降过程，根据水位变化即可计算出损失水量。用上述两种测定方法测定渠段的水量损失后，换算成单位长度水量损失率，即可用下式计算出渠道水利用系数： （1-3）式中：渠道单位长度水量损失率（%/km）； L渠道长度（km）。2、渠系水有效利用系数：是在一轮灌水期间或一定时期间末级固定渠道供给田间的总水量与渠首从水源引入的总水量之比值。可用下式计算： （1-4）式中：c渠系水利用系数； Wt在一轮灌水期间末级固定渠道供给田间的总水量； Wm渠首从水源引入的总水量。渠系水利用系数也可以用各级渠道水利用系数连乘的方法求得，如下式所示（以4级固定渠道为例）： （1-5）式中：c渠系水利用系数； g干渠渠道水利用系数；y支渠的加权平均渠道水利用系数；d斗渠的加权平均渠道水利用系数；n农渠的加权平均渠道水利用系数。计算某级渠道的加权平均渠道水利用系数时，应用同级各条渠道实测的正常流量值与各条渠道的渠道水利用系数的乘积求取。如下式所示： （1-6）式中：o某级渠道的加权平均渠道水利用系数； Qn某级渠道的某条渠道正常流量；n某级渠道的某条渠道的渠道水利用系数。 （二）田间水有效利用系数的确定田间水利用系数用扣除灌溉水从末级固定渠道末端进入田间过程中的水量损失后，贮存到作物计划湿润层中的净水量与从末级固定渠道末端进入田间水量的比值来表示。（1）计算方法：可用下式计算： （1-7）式中： t田间水利用系数； wj 灌后贮存到作物计划湿润层中的净水量； wt从末级固定渠道末端进入田间的水量。AJ灌区净灌溉面积；Mj灌溉前后实测作物计划湿润层土壤水分得出的灌水定额。（2）测定方法：在灌区中选择有代表性的灌溉地块，通过实测灌水前后（13d内）土壤含水量的变化，计算净灌水定额，用下式算出田间水利用系数： （1-8）式中：1、2分别为灌水前后作物计划湿润层的土壤含水率（以干土重的百分数表示）； 土的干容重（t/m3）； H作物计划湿润层深度（m）； A灌溉面积（hm2）； 其余符号同前。 水稻如采用旱作栽培，则田间水利用系数的计算和测定方法同上述；如采用淹灌，则净灌水定额为灌后达到田面设计水层深度增加的水量与稳定渗漏量之和，测定和计算方法可参照有关规范。 （三）灌溉水有效利用系数的确定（1）对于渠灌区，可用下式计算： （1-9）式中各符号意义同前。（2）对于井渠结合灌区，可用下式计算： （1-10）式中： z井灌水利用系数；Wz灌溉时地下水用量；q渠灌水利用系数；Wq灌溉时渠首引进的水量；W井渠结合灌区总灌溉用水量，即Wz+ Wq。1.3 灌区灌溉水有效利用系数传统确定方法存在的问题和难点从以上对灌溉水有效利用系数的传统确定方法的叙述得知，用这些测定计算方法确定灌溉水有效利用系数很繁杂，综合起来有以下问题和难点：1、测定工作量很大一个灌区的固定渠道一般都有干、支、斗、农4级，大型灌区级数更多，而每一个级别的渠道又有多条，特别是斗、农渠数量更多，采用（1-6）式计算某级渠道的加权平均渠道水利用系数时，测定工作量很大。灌溉地块自然条件和田间工程情况也存在差异，要取得较准确的田间水利用系数，也需要选择众多的典型区进行测定。可见无论是渠系水利用系数，还是田间水利用系数测定工作量都很大，这亦是目前许多灌区没有系统测定过灌溉水有效利用系数的原因。2、测定所需的条件难以保证测定渠道水利用系数时，需要有稳定的流量，测渠段中间无支流，下一级渠首分水点的观测时间必须和水的流程时间相适应等必要条件难以做到。因为测定时，一般都结合灌溉进行，流量易发生变化；测渠段选择短则代表性差，选择长则中间没有支流的情况不多；要准确掌握上下测点水流程的时间也不容易。3、测定计算的系数准确性较差由前述可知，灌溉水有效利用系数测定时所需的条件不易保证，测定工作又很繁杂，组织测定一次都很不容易，因此测定计算的结果质量难以保证，准确性必然较差。目前为了减少工作量，一般采用选择典型渠道和典型地块测定的办法，但对于一个大、中型灌区，控制灌溉面积很大，典型难以代表一般，所确定的灌溉水有效利用系数准确性更差。4、不能反映当年灌溉水利用的情况由于灌区不同的水文年因来水和用水的情况不同，渠首引进的流量或水量亦不相同，灌区的实灌面积也不相同。灌溉水有效利用系数与引进灌区的流量（水量）和实灌面积有关，因此，每年的系数都不相同，严格来说每次灌水系数都不相同。目前的灌区只用某次测定计算得出的灌溉水有效利用系数来代替所有的情况是不合适的，不能反映灌区当年实际灌溉水利用的实际情况。5、难以与灌区节水改造工作相协调目前我国灌区正在实施以节水为目标的技术改造，渠道防渗、田间节水灌溉技术的应用日新月异，随着节水改造的进程，灌区的灌溉水有效利用系数也随之改变。如果随着采用节水工程技术的增加，需要掌握灌溉水利用的实际情况，就要随之一次次地测定灌溉水有效利用系数，由于传统方法繁杂，不可能做到。因此，难以与灌区节水改造工作相协调。1.4 用“首尾测算法”确定灌区灌溉水有效利用系数的简易方法1、首尾测算法的总体思路从上述分析可知，传统的确定灌区灌溉水有效利用系数的方法，是先通过测定计算求出灌区渠系水利用系数和田间水利用系数，然后两者相乘得出灌区的灌溉水有效利用系数，其中测定难度最大的是渠系水利用系数。确定灌溉水有效利用系数的简易方法的思路是：灌溉水有效利用系数既然是反映灌区灌溉水有效利用程度的指标，则可以不必测定计算灌溉水输、配水和灌水过程中的损失，而直接用最终达到的结果来确定，即只测定灌区渠首引进的灌溉水量和最终灌到贮存到作物计划湿润层的水量，用（1-1）式求得灌溉水有效利用系数。这样，可绕开测定渠系水利用系数这个难点，减少了许多测定工作量。2、首尾测算法的测算程序（1）用首尾测算法确定灌区灌溉水有效利用系数时，计算分析时段以测算分析年的日历年为准（即每年1月1日12月31日），对于跨年度的作物则应按日历年分段计算，合理确定测算分析年该作物净灌溉用水量。（2）在年度内，测定灌区每次灌水时田间每种作物的净灌溉定额与该种作物的实灌面积，计算灌区每次灌水各种作物的净灌溉用水量，然后将各种作物的净灌溉用水量相加得到灌区该次的田间净灌溉用水量。与此同时测定每次从渠首引进的毛灌溉用水量。（3）将年度内灌区各次灌水的田间净灌溉用水量和毛灌溉用水量分别相加，得到灌区年度内的田间净灌溉用水总量和渠首引进的毛灌溉用水总量。（4）将田间净灌溉用水总量除以渠首引进的毛灌溉用水总量即得到灌区的灌溉水有效利用系数。3、灌区年度田间作物净灌溉用水量测定（1）作物净灌溉定额测定1）旱作物的净灌溉定额M包括两部分，如下式表示： M=M1+M2 （1-11）式中：M1作物生育期前（播种前）的灌溉定额 ，M2为生育期内的灌溉定额。具体计算方法可参照技术指南和灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99）。2）淹灌水稻田的净灌溉定额M可用下式表示： M=M1+M2+M3 （1-12）式中： M1育秧期的秧田定额； M2泡田期的泡田定额；M3生育期的灌溉定额。具体计算方法可参照技术指南和灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99）。 （2）测定作物的实灌面积 采用实地测量统计或遥感遥测的方法确定灌区年度各种作物的实灌面积。（3）某种作物的年度净灌溉用水量将某种作物的净灌溉定额乘以该种作物的实灌面积即得到该种作物的年度净灌溉用水量。用下式计算： （1-13）式中： 某种作物的年度净灌溉用水量； 某种作物的净灌溉定额； 某种作物的实灌面积。（4）灌区年度田间净灌溉总用水量用下式计算灌区年度田间净灌溉总用水量： （1-14）式中：灌区年度田间净灌溉总用水量； wi 第i种作物的年度净灌溉用水量； m 年度灌溉作物的种类，种；4、灌区年度渠首引进的毛灌溉用水量测定可在灌区渠首总干渠适合位置布设量水设备测量每次引进的毛灌溉用水量。当灌区渠道同时为其他用户输水时，灌区毛灌溉用水量应等于灌区从水源取用的总水量，减去除农田灌溉以外其他用途的取水量。其他用途的取水量包括工业用水、生活用水，渔业用水，畜牧用水，园林草地（土地属性为园地、林地或牧草）用水，以及因工程保护、防洪除险等需要从渠道（管路）放出的弃水量等。从灌区输水渠道（管路）上取水时，还需同时扣除这部分水量应分摊的从其各自取水口到灌区水源取水口之间的渠系（管路）损失水量。用下式计算灌区年度渠道引进的毛灌溉总用水量： （1-15）式中：W毛灌区年度渠首引进的毛灌溉总用水量； Wj 第j次灌水渠首引进的毛灌溉用水量；n 年度灌溉的次数，次。5、灌区年度灌溉水有效利用系数计算通过测定灌区渠首年度总引水量、各种作物的实灌面积，即可用下式计算灌区该年度的灌溉水有效利用系数： （1-16）式中：y灌区年度的灌溉水有效利用系数； W净灌区年度田间净灌溉总用水水量； W毛灌区年度渠首引进毛灌溉总用水量。2.灌区田间净灌溉用水量的实测方法2.1典型田块选择（1）典型观测田块应该在区域内具有代表性，即能代表一定区域内的一般情况。典型观测田块应面积适中、边界清楚、形状规则、种植同种作物，同时综合考虑田面平整度、土质类型、地下水埋深、灌溉习惯和灌溉方式等因素的代表性；有如果以上因素差别较大，则应分区按上述要求选择典型观测田块进行观测；典型田块应有固定的进水口，水稻田不能选串灌田块。（2）典型观测田块的作物选择，可按照该种作物的实灌面积在灌区内的比例确定。原则上对于作物实灌面积超过灌区实灌面积10以上的作物，都应进行田间净灌溉用水量的观测；对于实灌面积比例小于10的作物，有条件的也应选择典型田块进行观测，如因条件限制，亦可采用其它方法进行田间净灌溉水量的估算，如按照相近作物的情况进行估算。（3）大型灌区应至少在上、中、下游有代表性的斗渠控制范围内分别选取典型田块，对每种需观测的作物种类至少选取3个典型田块。中型灌区，至少应在灌区的上、下游有代表性的农渠控制范围内分别选取典型田块，对每种需观测的作物种类至少选取3个典型田块。小型灌区应按作物种类、耕作和灌溉制度与方法，田面平整程度等因素选取典型田块，每种需观测的作物种类至少选取2个典型田块。纯井灌区应按照土质渠道地面灌、防渗渠道地面灌、管道输水地面灌、喷灌、微灌等5种类型进行选取，在同种灌溉类型下每种需观测的作物至少选择2个典型田块。典型田块范围与数量选取要求见表2-1。表2-1 典型田块范围与数量选择要求参考表灌区规模样点灌区分区灌区主要作物种类（m）典型田块选择数量（N）典型田块总数量大型灌区上游作物13式中： m：某片区作物种类数量，种；：取值1、2、3，分别指上游、中游、下游；Ni：第j个片区第i种作物典型田块数量，块。作物233中游作物13作物233下游作物13作物233中型灌区上游作物13式中： ：取值1、2，分别指上游、下游；其他符号意义同上。作物233下游作物13作物233小型灌区作物12式中：m：小型灌区样点灌区作物种类数量；Ni：小型灌区样点灌区第i种作物典型田块选择数量。作物222纯井灌区土渠作物12式中：m：纯井样点灌区不同灌溉类型下作物种类数量；：纯井样点灌区不同灌溉类型数量，取15，分别代表5种灌溉类型；Nik ：第k种灌溉类型第i种作物典型田块数量。2渠道防渗作物122低压管道作物122喷灌作物122微灌作物1222.2典型田块净灌溉用水量的量测方法（一）直接测量法1、旱作物典型田块净灌溉用水量的直接量测法（1）作物计划湿润层深度确定作物计划湿润层深度是指对作物进行灌溉时，计划调节控制土壤水分状况的土层深度。其深度随着作物根系集中层深度、作物需水状况、土壤特性、微生物活动等因素而变动。在作物生长初期，根系虽然很浅，但为了维持土壤微生物的生命活动（大多数微生物是生活在3040cm的表层土壤内），需要在一定的土层深度内有适当水量；随着作物的生长和根系的发育，所需水分的增多，计划湿润层也应逐渐增加；至生长末期，由于作物根系停止发育，需水量减少，计划湿润层深度不宜继续加大。因此，全生育期内各时期计划湿润层深度取用逐渐加大值或是一个最大值，须视各地区、各种作物的具体条件而定。一般在土壤透水性大、地下水埋藏较深的旱田，宜采用前者；而土壤透水性弱、毛细管作用强、地下水位较高的农田，宜采用后者。根据经验，计划湿润层深度蔬菜一般不超过0.4 m，大田作物不超过0.6 m，果树不超过1.0m。（2）计划湿润层内土壤含水率量测方法每次灌水前后在在典型田块内各个部位，随机选择若干个测点，在作物计划湿润层内取土，测算每次灌水前后的土壤含水率。测定时，在田间用土钻取有代表性的新鲜土样，刮去土钻中的上部浮土，将土钻中部所需深度处的土壤约20g，捏碎后迅速装入已知准确质量的大型铝盒内，盖紧，装入木箱或其他容器，带回室内，将铝盒外表擦拭干净，立即称重，尽早测定水分。将盛有新鲜土样的大型铝盒在分析天平上称重，准确至0.01g。揭开盒盖，放在盒底下，置于已预热至1052的烘烤箱中烘烤12h。取出，盖好，在干燥器中冷却至室温(约需30min)，立即称重。新鲜土样水分的测定每个测点应取23个样本平行测定，样本间距控制在10cm之内。土壤含水率占干土重百分数的计算公式如下：干%=(m1-m2)/(m2-m0)100 (2-1)式中：m0 烘干空铝盒质量，g； m1 烘干前铝盒及土样质量，g； m2 烘干后铝盒及土样质量，g。平行测定的结果用算术平均值表示，保留小数后一位。平行测定结果的相差，水分为525%的潮湿土样不得超过0.3%，水分大于15%的大粒(粒径约10mm)粘重潮湿土样不得超过0.7%(相当于相对相差不大于5%)。土壤含水率占干土重百分数和占土体积百分数的关系如下式表示： 体%=干%*干式中：干土壤干容重（g/m3）（3）典型田块某次灌水的亩均净灌溉用水量计算方法根据典型田块每次灌水前后计划湿润层土壤含水率的变化来确定某次亩均净灌溉用水量计算公式如下：W田净i=6.67(-) （2-2）式中 w田净i典型田块某次灌水的亩均净灌溉用水量，m3/亩；典型田块土壤计划湿润层内土壤的干容重，t/m3；灌水期内典型田块土壤计划湿润层的深度，m；某次灌水前典型田块土壤含水率，以占干土重的%计；某次灌水后典型田块土壤含水率，以占干土重的%计。具体实测方法参见灌溉试验规范SL 13-2004中相关内容。2、水稻典型田块净灌溉用水量的直接量测法 （1）水稻淹水灌溉根据典型田块灌溉前后田面水深的变化来确定某次灌水典型田块的亩均净灌溉用水量（包括泡田灌溉和生育期灌溉），计算公式如下： （2-3）式中 某次灌水典型田块的亩均净灌溉用水量；某次灌水前典型田块田面水深，mm；某次灌水后典型田块田面水深，mm。其他符号意义同前。（2）水稻湿润灌溉根据典型田块灌溉前后田间土壤计划湿润层土壤含水率的变化来确定某次亩均净灌溉用水量，计算公式同式（5-1）。在水稻育秧期，还应将育秧期某次灌水的亩均净灌溉用水量按秧田与本田的面积比例折算到本田，计入水稻年内生育期亩均净灌溉用水量中。（3）水稻淹水和湿润交替灌溉淹水和湿润交替灌溉的水稻则可分别采用淹水灌溉水稻和旱作物灌溉亩均净灌溉用水量的直接测量法分段测算每次的亩均净灌溉用水量。3、典型田块某作物年度净灌溉用水量计算在某典型田块某作物各次亩均净灌溉用水量的基础上，推算典型田块某作物年度净灌溉用水量，可用下式计算：A田i （2-4）式中 某典型田块某作物年度净灌溉用水量，m3/亩； n 典型田块年内灌水次数，次； A田i典型田块某作物某次的的灌溉面积，亩；其他符号意义同前。（二）观测分析方法1、典型田块年度亩均灌溉用水量的观测（1）渠道输水地面灌溉在典型田块进水口设置量水设施，观测某次灌水进入典型田块的水量。在有排水的典型田块，同时在田块排水口设置量水设施观测排水量，再根据典型田块灌溉面积，推算典型田块某作物种类年度亩均灌溉用水量，计算公式如下： （2-5）式中 典型田块年亩均灌溉用水量，m3/亩；年内某次灌水进入典型田块的水量，m3；年内某次灌水排出典型田块的水量（不包括因管理不当造成的退水量），m3； 年内灌水次数；典型田块的灌溉面积，亩。（2）管道输水地面灌在管道出水口处安装计量设备，计量每次进入典型田块的水量。在有排水的典型田块，同时在田块排水口设置量水设施量测排水量，再根据典型田块灌溉面积，推算典型田块某作物种类年度亩均灌溉用水量，计算公式同（4-5）。（3）喷灌在控制典型田块的喷灌系统管道上加装水量计量设备，计量喷头的出水量，然后推算典型田块某次灌水的灌溉用水量，然后将不同灌水次数的灌溉用水量w相加，除以典型田块的面积A田，从而得到该作物类型年度的亩均净灌溉用水量Wi。计算公式为： （2-6）式中 喷洒水利用系数，应考虑灌溉期间典型田块处的喷头类型、风力、温度等条件，并参考有关试验研究成果或资料确定，一般可取0.80；年内控制典型田块支管某次灌水的出水量，m3；其他符号意义同前。（4）微灌对于滴灌、小管出流等灌溉类型，可在控制典型田块的支管安装计量设备，计量典型田块某次灌溉用水量，然后将不同灌水次数的灌溉用水量相加，除以典型田块的面积，计算典型田块某作物种类年度亩均灌溉用水量，计算公式同（2-6），但滴灌水利用系数一般为0.90。微喷可参考喷灌进行计算,但微喷水利用系数一般为0.85。2、典型田块年度亩均净灌溉用水量的确定用观测分析法确定典型田块年亩均净灌溉用水量时，首先，应观测实际进入典型田块某种作物的年亩均灌溉用水量，再根据当年气象资料、作物种类等情况，依据水量平衡原理计算典型田块该种作物当年的净灌溉定额M具体计算方法可参照技术指南和灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99），然后对二者比较进行判断。当kM时，为充分灌溉，则w田净=M；当kM时，为非充分灌溉，则w田净=kw田。其式中，k为折减系数，对于旱作物，k可取0.90；对于水稻，k可取0.900.95。由此得出典型田块某作物的年亩均净灌溉用水量。3、典型田块的量水设备及量水方法（1）典型田块量测水的要求进入典型田块的灌溉用水量的观测位置应为田块进水口。如不具备上述条件，也可在末级固定渠道（农渠）供水口计量，但从计量口到田块入口输水过程中不能有分流，并且应扣除其间的渠道输水损失。（2）从典型田块进口量水的设备及量水方法进入典型田块的灌溉用水量计量可采用薄壁堰量水的方法。薄壁堰包括三角形薄壁堰、矩形薄壁堰和梯形薄壁堰等。1）薄壁量水堰的一般规定堰板厚度与堰上水头H之比/H0.67时，称为薄壁堰堰流。薄壁堰适用于量测输送清水、且具有一定水头的渠道流量。薄壁堰堰板应与侧墙和水流方向垂直。堰口应制成锐缘，锐缘水平厚度为0.0010.002m，当厚度大于0.0010.002m时，缺口下缘要加工成斜面，并使堰顶下游斜面和堰顶的夹角不宜小于45（见图8）。小型薄壁堰堰板可用钢板、木板堰口加铁皮制成，大型薄壁堰应在现场安装在钢筋混凝土基座上，并应保持垂直。图2-1薄壁堰堰口锐缘加工图水流通过薄壁堰板形成的水舌，应完全挑离堰顶射出。水舌上下表面应与大气接触、通气良好，下游最高水位应低于堰顶0.1m, 堰上水头应大于0.03m.水头测量断面应设置在距堰口上游36倍堰顶最大水头处。薄壁堰水尺零点高程与堰顶高程相同，水尺零点高程用水准仪确定。当堰顶宽（b）与行近渠宽（B）之比b/B0.5时，行近渠槽的长度至少应为槽宽的10倍；当b/B0.5时,可适当缩短。行近渠槽应断面整齐、顺直、坚固。水头可用水尺（刻度5mm）测量。2）三角形薄壁堰过水断面为三角形缺口，角顶向下。常用的薄壁三角堰堰顶夹角为45、90，适用于小流量（L/s）。堰口与两侧渠坡的距离T及角顶与渠底的高度P，不应小于最大堰上水头H，。结构尺寸见图2-2。图2-2 三角形薄壁堰示意图自由流流量计算公式 （2-7）式中 流量（m3/s）；H堰上水头（）；三角堰堰顶夹角()流量系数,一般约为0.6。当，即直角三角堰时： 或 （2-8）符号意义同前。淹没流流量计算公式：淹没流三角形堰限于田间量水。对于直角三角堰 （2-9） 其中 式中 淹没系数,；h下游水尺读数(m) ；H上游水尺读数(m)。2）矩形薄壁堰矩形薄壁堰分为无侧收缩和有侧收缩两类。当堰顶宽度(b)与行近渠槽(B)等宽时称为无侧收缩矩形薄壁堰，堰顶宽度小于行近渠槽宽度时为有侧收缩的矩形薄壁堰。堰口宽度b0.15m。见图2-3。图2-3 矩形薄壁堰示意图无侧收缩的流量公式 （2-10）流量系数m用雷卜克公式计算 （2-11）公式适用范围：0H/P6。式中 H堰上水头(m)；P堰高(m)有侧收缩的流量公式 （2-12）流量系数用巴赞公式计算： （2-13）公式适用范围：P0.5 H, b0.15m, P0.10m式中B渠宽(m)；b堰宽(m)。3）梯形薄壁堰梯形薄壁堰结构为上宽下窄的梯形缺口，堰口侧边比应为1:4（横:竖）。尺寸要求：B1.5m；b=B+h/2；h=B/3+0.05m；=B/3；B/3；D=P+h+0.05m；L=b+2T+0.16m。符号意义如图2-4。图2-4 梯形量水堰及其水流形态示意图自由流流量公式： （2-14）淹没流流量公式： （2-15） （2-16）式中 Q流量（m3/s）；H堰上水头（）；B堰口底宽（）；淹没系数；hn下游水面高出堰槛的水深()。（3）从末级渠道量水的设备及量水方法在末级渠道上量水，除了可采用上述薄壁堰量水外，也常用量水槽量水和转轮式量水计量水。1）量水槽量水的一般规定量水槽应设置于顺直渠段，上游行近渠段壅水高度不应影响进水口的正常引水，长度一般应大于渠宽的515倍；行近渠内水流佛汝德数Fr应小于或等于0.5。槽体应坚固，不滲漏，槽体表面平滑光洁。槽体轴线应与渠道轴线一致。量水槽上游不应淤积，下游不应冲刷。水尺零点应用水准仪确定。2）长喉道量水槽(量水槛)长喉道量水槽的收缩段应有足够长度，保证喉道内产生平行水流，并在量水槽内出现临界水流。喉道收缩断面与行近渠道断面应有一个适当比率，矩形长喉道量水槽不应大于0.7，梯形长喉道量水槽不应大于0.5。长喉道量水槽分为只有侧收缩(无底槛)、既有侧收缩又有底槛收缩和只有底槛收缩无侧收缩共三类。只有底槛收缩无侧收缩的长喉道量水槽，简称量水槛。适用范围：量水槛适用于稳定流或近似稳定流的渠道，用于自由流和淹没流(但淹没度应控制在0.9以下精度较高)状况下测流。它可应用于上下游水位差较小的渠道，建议使用自由流的量水槛。量水槛可用于不同形状渠道断面和不同水流状态下的水流测量,水头损失宜在0.1hmax0.13hmax，最大流量与最小流量比Qmax:Qmin=10:1。结构及尺寸量水槛由上游行近渠道和喉道组成。喉道断面与渠道断面相同。横断面有矩形、梯形、三角形或其他规则的曲线形状。量水槛长度是堰前最大水深的1.5倍.5倍，迎水面用1：3的斜坡与原渠底连接。堰后用较缓的斜面与渠底衔接，也可不设斜面，垂直与渠底衔接。底部应设排水管。结构示意图见图2-5。 a) 矩形量水槛断面示意图 b) 梯形量水槛断面示意图1渠顶；2水尺；3底槛参考位置；4底槛；5排水管。D渠道深度（m）； d超高（m）；H1上游渠道水深（m）；H2下游渠道水深（m）；hc临界水深（m）；h量水槛壅水高度（m）；p量水槛高度（m）； h2以底槛顶部为基准面的下游水头（m）；B量水槛顶宽度（m）；b渠底宽度（m）；L1量水槛顶长度（m）；L2渐变段长度（m）。L0水尺至量水槛起点距离,一般采用1.0m。图2-5 量水槛纵横剖面示意图2）标准巴歇尔量水槽巴歇尔量水槽由进口收缩段、喉道、出口扩散段及上下游水尺组成（见图2-6）。出口扩散段的侧墙与轴线应成928的扩散角，喉道底板的坡降为3：8，出口扩散段底板的逆坡坡度为1:6。图2-6 标准巴歇尔量水槽结构示意图3）矩形无喉段量水槽矩形无喉段量水槽由进口收缩段、矩形喉口、出口扩散段及上下游水尺组成，上游进口段以1:3折角收缩，下游出口段以1:6折角扩散，进口和出口宽度相等。量水槽的上、下游水尺分别设置在距进口和出口1/9L处，水尺应垂直于槽底，零点与槽底齐平。小型量水槽（喉宽在0.8m以下），水尺可设在侧墙壁上；大型量水槽可在槽外设观测井观测水位。结构尺寸见图2-71护坦；2翼墙图2-7 矩形无喉段落量水槽结构示意图4）抛物线形喉口量水槽适用范围：a)适用于具有下列参数的U形渠道的测流:底弧直径D=0.32.0m；渠道深度H=0.41.5m；直线段外倾角015；渠底比降I=1/3001/1500。b) 抛物线形喉口量水槽应在自由流条件下使用，临界淹没度不宜大于0.88。c) 佛汝德数Fr0.5结构形式及尺寸抛物线形喉口量水槽由进口收缩渐变段、抛物线形喉口断面、出口扩散渐变段和水尺组成。喉口上游（45）H渠段内的渠底高程应与抛物线形喉口底部高程齐平，如图2-8。图2-8 抛物线形喉口量水槽示意图5)直壁式量水槽使用范围:a) 适用于具有下列参数的U形渠道的测流：底弧直径D=0.30.8m；衬砌深度H=0.40.8m；上游水尺读数h10.06m；直线段外倾角015。b) 直壁式量水槽应在自由流条件下使用，临界淹没度(正常水深h0与上游总水头比值)不宜大于0.83。c) 佛汝德数Fr0.5 。结构形式及尺寸直壁式量水槽属长喉道临界水深槽，进口与出口由椭圆形曲线与形渠道衔接，量水槽底部不改变原渠道底坡。其结构形式如图2-9所示。图2-9 直壁式量水槽结构图6）转轮式量水计转轮式量水计由转轮、计数器和水槽三部分组成（见图2-10）。转轮由圆筒、轴承外部的八个叶片以及内部的幅条组成。叶片为V字形，在每个叶片的底部V字形的尖角处设一出气孔，以便相邻的分割间在进入或离开凹槽时，使通过的水流很容易的充满或放空。叶片的外角削去一部分，以适应低板与侧墙接合处的凸起部分。当转轮式量水计上、下游形成一定的水位差时，转轮在水头的作用下旋转，计数器记录下某一时段的转数，再根据一定的工作范围内，转轮每转所通过的水量，即可确定某一时段通过的水量。转轮式量水计水头损失较小，一般在57cm范围内。在适当流量范围内其量测的精度误差小于5，通过水中悬浮物的条件较好，可作为田间渠系量水设备。在高淹没度的条件下，其量水精度将急剧下降。 图2-10 转轮式量水计示意图灌溉渠道系统量水具体方法参见灌溉渠道系统量水规范GB/T21303-2007。（4）管道量水设备及量水方法 测定管灌、喷灌和微灌时典型田块的灌溉水量可用管道量水设备。常用的有电磁流量计、超声波管道流量计、压差式流量计、水表、涡轮流量和传感器等。1）电磁流量计电磁流量计原理：电磁流量计主要由变送器和转换器及流量显示仪表三部分组成。输出电信号可以模拟电流或电压，以及频率信号或数字信号输给显示仪表、记录仪表进行流量显示、记录和积算。技术要求：宜选用满量程输出误差小于（1.5%2.5%）流量计。前直管段长度应大于5倍管径，后直管段长度应大于2倍管径，在此范围内不应安装闸阀。上限流速不应超过5m/s，下限流速不应小于0.5m/s。用于有电源的管道灌溉系统的量水。 2）超声波管道流量计超声波管道流量计的组成超声波流量计由超声波换能器、转换器及流量、水量显示三部分构成。超声波管道流量计工作原理超声波流量计是根据超声波在水中传播时，其传播速度C、相位和频率f与水流流动速度V有密切关系而研究制成的时差法、相差法和频移法超声波流量计。对流体品质要求较低,凡能传播超声波的流体都能用超声波管道流量计来测量。但由于超声波在水中传播的速度C受水温和含沙量等因素的印象，当水温和含沙量变化较大时，对大多数超声波管道流量计来说，都将引起不可忽视的误差。精度等级要求宜选用满量程输出误差小于1.5%2.5%的流量计。 3）压差式流量计差压式流量计的构造与种类差压式流量计由节流件、取压装置和节流件前后直管段等组成。根据节流件的不同,推荐用于灌溉系统的差压式流量计有：孔板式流量计、文丘利管流量计及圆缺孔板流量计。压差式流量计原理 在输送水流的流路上的某个部位设置一个节流件，在节流件的上、下游形成压力差，该压力差与流经管道的水流流速（亦即流量大小）有很好的比例关系，据此，研制出多种压差流量计。 4）水表使用条件：水表分固定式和移动式两种，水表的周围空气温度在040,工作水温应低于40。水表的前、后必须有足够的直管段（前为10D，后为5D）。水表种类及主要技术参数：用于灌溉的水表主要有旋翼式和螺翼式两类。水表的测量误差为2%5%。选用与安装要求:管道上安装固定水表，宜选用湿式水表,并应设表井等保护设施。螺翼式水表前应保证有810倍公称直径的直管段，旋翼式水表前后，应有不小于.3m的直管段。水表前应设过滤网,滤水网过水面积应大于水表公称直径对应的截面积。 5）涡轮流量传感器传感器主要有壳体、前导向架、叶轮、后导向架、紧圈、和带放大器的磁电感应转换器等组成。当被测介质流量流经传感器时，推动叶轮旋转，叶轮即周期性的改变磁电感应系统中的磁阻值，使通过线圈的磁通量发生变化而产生电流脉冲信号，经放大器放大后，传送至二次仪表，实现流量测量。（三）两种实测方法的比较和评述直接测量法和观测分析法这两种测定典型田块净灌溉用水量的方法都属于实测法，均可获得比较准确的数据，是在测算典型田块净灌溉用水量中应重点推荐的方法。但两者比较，直接测量法更具有优势。从上述这两种测算方法的操作过程可以看出，直接测量法比较简单直接，数据更真实可靠，可以直接得到典型田块某次灌水的净灌溉用水量，而观测分析法则要全年灌溉结束后，经过判断是否充分或非充分灌溉，经过换算后才能确定某次灌水的净灌溉用水量。另外，直接测量法所需的测量设备也比较简单，只需要取土钻、铝盒、烘箱，天平、水尺等简单和普通的设备，一个人用很短时间就可以在田间完成取样或测量工作。因此，各灌区在测算灌溉水有效利用系数时，没有理由不采用实测方法。 2.3灌区田间净灌溉用水量计算方法采用上述直接测量法或观测分析法确定某典型田块某种作物的年度亩均净灌溉用水量后，可用下列方法计算灌区田间净灌溉用水总量（1）计算某灌区同区域或同种灌溉类型第i种作物的年净灌溉用水量根据典型田块选择要求：大型灌区分上、中、下游3片，每片每种作物选 3个典型田块，中型灌区分上、下游2片，每片每种作物选 3个典型田块，小型灌区每种作物选2个典型田块，井灌区每种灌溉类型每种作物选2个典型田块。将各个典型田块测算确定的同片区或同灌溉类型的某作物年度亩均净灌溉用水量进行面积加权平均，得出灌区该种作物同片区或同灌溉类型的年度亩均净灌溉用水量。可用下式计算： （2-17）式中：灌区同片区或同灌溉类型第i种作物的年亩均净灌溉用水量，m3/亩；同片区或同灌溉类型第i种作物第l个典型田块年亩均净灌溉用水量，m3/亩；同片区或同灌溉类型第i种作物第l个典型田块灌溉面积，亩；同片区或同灌溉类型第i种作物典型田块数量，个。（2）计算灌区年净灌溉用水总量根据灌区内不同分区不同作物种类灌溉面积，结合不同作物在不同分区的年亩均净灌溉用水量，可计算得出灌区年度净灌溉用水总量，计算方法如下：1）大、中、小型灌区的年净灌溉用水总量计算公式如下： （2-18）式中 灌区年净灌溉用水总量，m3；灌区j个片区内第i种作物亩均净灌溉用水量，m3/亩；灌区j个片区内第i种作物灌溉面积，亩；m灌区j个片区内的作物种类，种；n灌区片区数量，个；大型灌区n=3，中型灌区n=2，小型灌区n=1。2）纯井灌区年净灌溉用水总量计算公式如下： （2-19）式中 灌区年净灌溉用水总量，m3；灌区第k种灌溉类型第i种作物亩均净灌溉用水量，m3/亩；灌区第k种灌溉类型第i种作物灌溉面积，亩；m灌区第k种灌溉类型作物种类数量，种；p灌区灌溉类型数量，p=15，种；包括土质渠道地面灌、防渗渠道地面灌、管道输水地面灌、喷灌、微灌。3.灌区首部毛灌溉用水量的实测方法 3.1灌区首部毛灌溉用水量从灌区首部引进的毛灌溉用水总量是指灌区全年从水源（一个或多个）取用的用于农田灌溉的总水量，该水量应通过实测确定。当灌区还向其他用户输水（包括工业、生活、生态、渔业、畜牧、园林草地用水，或因工程保护、防洪除险等需要的弃水量等）时，需从灌区全年取用总水量中，扣减上述非农田灌溉用水量（从分水点反推到渠首）。如灌区内如有蓄积降水径流的塘（堰）坝水量用于灌溉，应计入灌区毛灌溉用水总量。如降水径流纳蓄到渠道的灌区，应进行降水径流分析，将进入渠系并用于灌溉的水量计入到年毛灌溉用水总量中。3.2灌区首部毛灌溉用水量计算方法从灌区首部引进的年毛灌溉用水总量的计算公式如下： （3-1）式中 样点灌区年毛灌溉用水总量，m3；样点灌区第i