CN109829134A - 长序列农田灌溉定额测算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种长序列农田灌溉定额测算方法，包括如下步骤：建立基本参数数据库，将农田基本参数录入数据库；编制测算程序；分别计算旱作物和水稻灌溉定额；在单作物灌溉定额测算的基础上，按照设计的复种指数，进一步计算长序列综合灌溉净定额；按照各地区灌溉水利用系数，计算各计算分区的长序列农田灌溉毛定额。本发明的长序列农田灌溉定额测算方法，能够很好的克服典型年灌溉定额、标准用水定额精度不足的问题，可大幅提高水资源规划、水资源开发利用工程规模论证、水资源论证报告编制等工作中关于农业需水量预测成果的准确性。

Description

长序列农田灌溉定额测算方法

技术领域

本发明涉及农业技术领域，尤其涉及一种长序列农田灌溉定额测算方法。

背景技术

在水资源专业领域，灌溉定额一般是开展水资源规划、水资源开发利用工程规模论证等工作的基础。灌溉定额一般分为典型年灌溉定额、地方行业(标准)用水定额(农业部分)(以下简称“标准用水定额”)及长序列灌溉定额。典型年灌溉定额及标准用水定额中的农田灌溉定额均为某一特定年份或具有年内过程的用水定额，关于年定额测算方法的研究较多，技术上也日趋完善。长序列农田灌溉定额与典型年灌溉用水定额及标准用水定额中的农田灌溉定额相比，其更具复杂性，获取的技术难度更大，同时其在应用方面也更加广泛。

长序列农田灌溉定额在水资源规划、水资源开发利用工程规模论证、水资源论证报告书编制、江河流域水量分配方案编制、区域水资源承载能力评价等水资源专业领域工作中有着广泛的应用。但是，长序列农田灌溉定额测算涉及的基础数据量较大，且基础数据的采集过程一般较为复杂，测算过程较为繁复，制约着长序列农田灌溉定额测算方法总结与形成。目前长序列农田灌溉定额测算方面的研究较少，关于其测算方法的系统论述鲜见。

发明内容

本发明的目的是提供一种长序列农田灌溉定额测算方法，基于水量平衡原理，在具体工作实践的基础上，结合水资源调查评价、水资源综合规划等有关成果，从基础数据及采集、数据分析、基本公式、测算程序编制、定额测算及注意事项等方面总结提出长序列(序列长度30年以上)农田灌溉定额的测算方法。

水量平衡原理是水文学基本原理之一，是物质不灭定律在水文学上的具体应用。根据物质不灭定律，在水循环过程中，对于任一地区(或任一水体)，在给定的时段内，输入的水量与输出的水量之差额必等于蓄水量的变化量，叫水量平衡。水量平衡是研究水文现象的基本方法。应用它可对水循环建立定量概念，从而了解各循环要素之间的定量关系。

水量平衡的基本方程为

I-O＝W₂-W₁＝△W

式中：I为给定时段内输入区域(或水体)的水量；O为给定时段内输出区域(或水体)的水量；W₁、W₂分别为给定时段始、末区域(或水体)的蓄水量；△W为时段内蓄水量的变化量，△W>0表示区域蓄水量增加，△W<0则蓄水量减少。

按照《中国资源科学百科全书》，农业灌溉用水定额，即农田灌溉定额指某一种作物在单位面积上各次灌水定额的总和，即在播种前以及全生育期内单位面积的总灌水量，通常以m³/hm²来表示。灌水时间和灌水次数根据作物需水要求和土壤水分状况来确定，以达到适时适量灌溉。农田灌溉定额是指导农田灌水工作的重要依据，也是制订灌区水利规划、设计灌溉工程、编制灌区用水计划的基础资料。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种长序列农田灌溉定额测算方法，包括如下步骤：

步骤一、建立基本参数数据库，将农田基本参数录入数据库；

步骤二、编制测算程序；

步骤三、分别计算旱作物和水稻灌溉定额：计算旱作物播前期需水量，逐日调算旱作物生育期需水量，按旬或月统计旱作物灌溉净定额；计算水稻泡田期需水量，逐日调算水稻正常生育期需水量，按旬或月统计水稻灌溉净定额；

步骤四、在单作物灌溉定额测算的基础上，按照设计的复种指数，进一步计算长序列综合灌溉净定额；

步骤五、按照各地区灌溉水利用系数，计算各计算分区的长序列农田灌溉毛定额。

步骤一中，采用Access或SQL Server作为存储数据库。长序列农田灌溉定额测算所需数据量较大，特别是对于大尺度、多计算分区的区域，测算所需的基础数据更是庞大，因此需要建立相应的数据库用于存储所有基础参数，供定额测算时调用。基于需要存储的数据量，建议采用Access作为存储数据库，对于数据存储量更大的，建议采用SQL Server作为存储数据库。数据存储的基础数据应涵盖计算公式中所含的所有参数。

降水量、蒸发量是测算农田灌溉定额的最基本数据，其来源于各水文站的实测资料，一般应选用建站时间较长、实测资料较为完整的水文站；对于建站时间较晚、资料不完整的水文站，应据根周边水文站实测资料对已有数据进行插补延长。对于面积较小的区域，若有两个以上水文站，应采用泰森多边形法测算面均值；对于面积较大的区域，应选择足够多的水文站，确保每个基本计算分区内至少有一个代表水文站。

旱作物灌溉定额测算基本参数主要包括土壤计划湿润层深度Q_t，作物需水量ET，土壤适宜含水量上限H_m、下限H_n，不同生育阶段需水模系数A等。

水稻灌溉定额测算基本参数主要包括蒸发系数a，最小水深h_n，最大水深h_m，适宜水深h_s，日渗漏量s等。

这些数据一般通过长年的灌溉试验获取。

灌溉制度一般通过3种方式确定：总结群众丰产灌水经验；根据灌溉试验资料制定灌溉制度；按水量平衡原理分析制定作物灌溉制度。

在实际工作过程中，通过水行政主管部门获取了根据灌溉试验资料制定的灌溉制度，考虑到灌溉试验站设立的位置因素，又通过实地调研的方式，获取了大量群众在生产过程中总结的灌水经验，通过二者的结合，最终确定用于测算农田灌溉定额的灌溉制度。

步骤二中，建议采用Visual Basic计算机语言编程即可。

在实际工作过程中分别编制相应的子程序测算旱作物和水稻灌溉定额。旱作物定额测算涉及的子程序包括基础数据录入、旱作物降雨频率录入、播前期需水定额计算、旱作物需水量录入、旱作物日需水量计算、逐日灌溉、排水量计算、逐月和逐年灌溉水量累计计算等模块。水稻定额测算涉及的子程序包括基础数据录入、水稻晒田期适宜含水量下限折算、日需水量及泡田定额测算、逐日灌排水量计算、日定额计算、逐月和逐年灌溉水量累计计算等模块。

步骤三中，计算旱作物灌溉定额采用如下公式：

播前期：

W_t+1＝W_t+p-e_t

e_t＝e(W_t+p)/W_max

式中：W_t+1为t+1日土壤含水量；W_t为t日土壤含水量；p为日有效降雨量；e_t为播种前土壤日消耗水量；e为日蒸发量；W_max为土壤最大含水量，

正常生育期：

H＝H₁+p-e₀

e₀＝ET·A/D

式中：H为灌溉、排水判别值；H₁日初土壤含水量；e₀为作物日需水量；A为不同生育阶段需水模系数；D为作物生育阶段天数；

计算水稻灌溉定额采用如下公式：

泡田期：

H_p＝a₁+S₁+E₁-P₁

式中：H_p为泡田定额；a₁为插秧时田面所需的水层深度；S₁为泡田期间的总渗漏量，等于逐日渗漏量之和；E₁为泡田期间内的总蒸发量，可以用水面蒸发量代替；P₁为泡田期间内的总降水量，

正常生育期：

h＝h₁+p-E₀

E₀＝s+ae

式中：h为灌溉、排水判别值；E₀为日需水量，包括田间腾发量和渗漏水量；s为日渗漏量；a为某标准型号蒸发皿蒸发系数。

灌溉制度一般通过3种方式确定：总结群众丰产灌水经验；根据灌溉试验资料制定灌溉制度；按水量平衡原理分析制定作物灌溉制度。

在实际工作过程中，通过水行政主管部门获取了根据灌溉试验资料制定的灌溉制度，考虑到灌溉试验站设立的位置因素，又通过实地调研的方式，获取了大量群众在生产过程中总结的灌水经验，通过二者的结合，最终确定用于测算农田灌溉定额的灌溉制度。

步骤四中，计算长序列综合灌溉净定额采用如下公式：

D_z＝(d₁β₁+d₂β₂+…+d_nβ_n)/γ

γ＝β₁+β₂+…+β_n

式中：d_n为某单项作物灌溉定额；β_n为某单项作物种植比例，以某单项作物计划种植面积占计算分区有效灌溉面积的比重计算；γ为计算分区复种指数，等于各单项作物种植比例之和。

复种指数是指一定时期内(一般为1a)，在同一地块耕地面积上种植农作物的平均次数，即年内耕地面积上农作物总播种面积与耕地面积之比。

复种指数主要用于测算农田综合灌溉定额，即在各单项作物灌溉定额测算的基础上，根据各单项作物的种植面积比计算区域综合灌溉定额。规划水平年复种指数一般在现状农作物种植情况调查的基础上，结合区域水资源条件、农业发展规划、水资源综合规划等综合分析确定。

本发明的有益效果是：本发明提出的长序列农田灌溉定额测算方法，能够很好的克服典型年灌溉定额、标准用水定额精度不足的问题，可大幅提高水资源规划、水资源开发利用工程规模论证、水资源论证报告编制等工作中关于农业需水量预测成果的准确性，特别是对于区域水资源承载状况评价，基于长序列农田灌溉定额进行的评价能够很好的解决其他评价方法的局限性；

长序列农田灌溉定额测算方法具有很好的推广应用前景，不仅可为从事水资源规划、水资源论证、水资源承载状况评价等工作的工程技术人员提供参考，也可为水行政主管部门进行取水许可审批提供借鉴。

附图说明

图1为本发明的长序列农田灌溉定额测算方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示，一种长序列农田灌溉定额测算方法，包括如下步骤：

步骤一、建立基本参数数据库，采用Access或SQL Server作为存储数据库，将蒸发量、降水量、土壤计划湿润层深度等基础参数录入数据库。

步骤二、编制测算程序，采用Visual Basic计算机语言编程。

步骤三、分别计算旱作物和水稻灌溉定额：计算旱作物播前期需水量，逐日调算旱作物生育期需水量，按旬或月统计旱作物灌溉净定额；计算水稻泡田期需水量，逐日调算水稻正常生育期需水量，按旬或月统计水稻灌溉净定额。

计算旱作物灌溉定额采用如下公式：

播前期：

W_t+1＝W_t+p-e_t

e_t＝e(W_t+p)/W_max

式中：W_t+1为t+1日土壤含水量；W_t为t日土壤含水量；p为日有效降雨量；e_t为播种前土壤日消耗水量；e为日蒸发量；W_max为土壤最大含水量，即土壤计划湿润层深度×田间持水率(体积比)。

正常生育期：

H＝H₁+p-e₀

e₀＝ET·A/D

式中：H为灌溉、排水判别值；H₁日初土壤含水量；e₀为作物日需水量；A为不同生育阶段需水模系数；D为作物生育阶段天数。

计算水稻灌溉定额采用如下公式：

泡田期：

H_p＝a₁+S₁+E₁-P₁

式中：H_p为泡田定额；a₁为插秧时田面所需的水层深度；S₁为泡田期间的总渗漏量，等于逐日渗漏量之和；E₁为泡田期间内的总蒸发量，可以用水面蒸发量代替；P₁为泡田期间内的总降水量，

正常生育期：

h＝h₁+p-E₀

E₀＝s+ae

式中：h为灌溉、排水判别值(当h>hm时，排水至hm，h2＝hm；当h<hn时，灌水至hs，h₂＝hs；当hn<h<hm时，不排不灌，h₂＝h；h₁、h₂分别为日初、末田间水层深度)；E₀为日需水量，包括田间腾发量和渗漏水量；s为日渗漏量；a为某标准型号蒸发皿蒸发系数。

步骤四、在单作物灌溉定额测算的基础上，按照设计的复种指数，进一步计算长序列综合灌溉净定额，采用如下公式：

D_z＝(d₁β₁+d₂β₂+…+d_nβ_n)/γ

γ＝β₁+β₂+…+β_n

式中：d_n为某单项作物灌溉定额；β_n为某单项作物种植比例，以某单项作物计划种植面积占计算分区有效灌溉面积的比重计算；γ为计算分区复种指数，等于各单项作物种植比例之和。

步骤五、按照各地区灌溉水利用系数，计算各计算分区的长序列农田灌溉毛定额。

总结实际工作经验，长序列农田灌溉定额测算工作中应注意以下事项：

1.尽可能多选水文站点，使面均降水量更具代表性；

2.对于需要插补延长的站点数据，应分析插补延长后数据的一致性与可靠性；

3.考虑到各地农田灌溉试验站的分布情况，对来源于灌溉试验站的基础数据，应注意结合现状调查，对基础数据进行必要的修订；

4.计算播前期需水量时，要注意土壤初始含水量的设定；

5.对于大尺度、多计算单元的区域，应逐个计算分区进行测算。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种长序列农田灌溉定额测算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、建立基本参数数据库，将农田基本参数录入数据库；

步骤二、编制测算程序；

步骤三、分别计算旱作物和水稻灌溉定额：计算旱作物播前期需水量，逐日调算旱作物生育期需水量，按旬或月统计旱作物灌溉净定额；计算水稻泡田期需水量，逐日调算水稻正常生育期需水量，按旬或月统计水稻灌溉净定额；

步骤四、在单作物灌溉定额测算的基础上，按照设计的复种指数，进一步计算长序列综合灌溉净定额；

步骤五、按照各地区灌溉水利用系数，计算各计算分区的长序列农田灌溉毛定额。

2.根据权利要求1所述的长序列农田灌溉定额测算方法，其特征在于：步骤一中，采用Access或SQL Server作为存储数据库。

3.根据权利要求1所述的长序列农田灌溉定额测算方法，其特征在于：步骤二中，采用Visual Basic计算机语言编程。

4.根据权利要求3所述的长序列农田灌溉定额测算方法，其特征在于：步骤二中，分别编制相应的子程序测算旱作物和水稻灌溉定额，旱作物定额测算涉及的子程序包括基础数据录入、旱作物降雨频率录入、播前期需水定额计算、旱作物需水量录入、旱作物日需水量计算、逐日灌溉、排水量计算、逐月和逐年灌溉水量累计计算模块，水稻定额测算涉及的子程序包括基础数据录入、水稻晒田期适宜含水量下限折算、日需水量及泡田定额测算、逐日灌排水量计算、日定额计算、逐月和逐年灌溉水量累计计算模块。

5.根据权利要求1所述的长序列农田灌溉定额测算方法，其特征在于：步骤三中，计算旱作物灌溉定额采用如下公式：

播前期：

W_t+1＝W_t+p-e_t

e_t＝e(W_t+p)/W_max

式中：W_t+1为t+1日土壤含水量；W_t为t日土壤含水量；p为日有效降雨量；e_t为播种前土壤日消耗水量；e为日蒸发量；W_max为土壤最大含水量，

正常生育期：

H＝H₁+p-e₀

e₀＝ET·A/D

式中：H为灌溉、排水判别值；H₁日初土壤含水量；e₀为作物日需水量；A为不同生育阶段需水模系数；D为作物生育阶段天数；

计算水稻灌溉定额采用如下公式：

泡田期：

H_p＝a₁+S₁+E₁-P₁

式中：H_p为泡田定额；a₁为插秧时田面所需的水层深度；S₁为泡田期间的总渗漏量，等于逐日渗漏量之和；E₁为泡田期间内的总蒸发量，可以用水面蒸发量代替；P₁为泡田期间内的总降水量，

正常生育期：

h＝h₁+p-E₀

E₀＝s+ae

式中：h为灌溉、排水判别值；E₀为日需水量，包括田间腾发量和渗漏水量；s为日渗漏量；a为某标准型号蒸发皿蒸发系数。

6.根据权利要求1所述的长序列农田灌溉定额测算方法，其特征在于：步骤四中，计算长序列综合灌溉净定额采用如下公式：

D_z＝(d₁β₁+d₂β₂+…+d_nβ_n)/γ

γ＝β₁+β₂+…+β_n

式中：d_n为某单项作物灌溉定额；β_n为某单项作物种植比例，以某单项作物计划种植面积占计算分区有效灌溉面积的比重计算；γ为计算分区复种指数，等于各单项作物种植比例之和。