CN111062537A - 临河灌区节水量计算方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种临河灌区节水量计算方法与系统。具体步骤为：收集公布的年间、公报等农业用水数据资料和流域、灌区分布数据，建立流域用水数据与水文地质数据库；在对以上数据库进行分析的基础上选取典型灌区，对典型灌区地形进行耦合；以典型灌区为例开展黄河下游水文地质分析、地下水‑地表水耦合潜力评估；通过数据库获得黄河下游引黄灌区各种作物生育期多年平均净灌溉定额。本发明通过对临河灌区基本资料和用水状况的调查，研究临河灌区节水计算方法，并针对不同地区的客观实际情况及未来可能出现的状况，研究临河灌区节水量调查方法，为临河灌区水资源统一管理和调度提供科学依据。

Description

临河灌区节水量计算方法与系统

技术领域

本发明涉及灌区节水技术领域，尤其涉及一种临河灌区节水量计算方法与系统。

背景技术

节水潜力的计算与评价是对区域灌溉节水工作进行规划与优化的前提和基础，而节水工作的规划与优化在农业经济发展中都具有非常重要的现实意义。国内外对于节水潜力的研究都是基于较为单一的节水灌溉技术，从节水灌溉技术的节水效果出发来研究节水灌溉，并没有考虑在不完全数据情况下的节水计算方法，也没有考虑在悬河情况下，地下水侧渗补给情况。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种临河灌区节水量计算方法和系统。

为实现上述目的，本发明的提供的技术方案如下：

第一方面，本发明提供的一种临河灌区节水量计算方法，其特征在于：该计算方法根据加权后的中值数选取典型灌区；以典型灌区为例开展流域水文地质分析、地下水-地表水耦合潜力评估，计算丰水年、平水年、枯水年三种情况下的年总径流量，计算年内汛期、非汛期水量；结合数据库内容，计算标定区域内不同时间尺度降雨量，建立降雨量经验公式；通过数据库获得临河灌区各种作物生育期多年平均净灌溉定额，净灌溉需水量等于作物需水量减去有效降水量及作物直接耗用的地下水；包含如下步骤：

(1)数据库建立；

(2)典型灌区选取：

选取原则：典型灌区的选择应符合以下基本要求：选择的典型灌区应代表大型(30万亩以上)、中型(1－30万亩)、小型(1万亩以下)、纯井灌区四种不同灌溉规模的灌区，同时还应考虑灌区灌溉水源条件(提水、自流引水)、工程设施状况与管理水平等因素。不同灌溉规模典型灌区选择的类型与个数以能够代表本省不同规模灌区灌溉用水的平均状况为原则。有条件的省份可以将不同规模灌区按工程状况与管理水平“好、中、差”进行分类，按分类选取不同代表性典型灌区，适当增加典型数量，分类测算。工程状况和管理水平“好、中、差”分类标准由各省根据本省灌区实际情况确定。典型个数具体要求如下：大型灌区：典型灌区个数不应少于大型灌区总数的10％，同时满足提水、自流引水每个类型至少选取1个代表该类型工程设施与管理水平平均状况的典型，典型灌区有效灌溉面积应不少于本省大型灌区有效灌溉面积的20％。中型灌区：典型灌区个数不应少于中型灌区总数的4％，同时满足提水、自流引水每个类型至少选取1个代表该类型工程设施与管理水平平均状况的典型，典型灌区有效灌溉面积应不少于本省中型灌区有效灌溉面积的20％。小型灌区：典型灌区个数应选择小型灌区(小型水利工程控制的灌溉区域)。

选取权重设计：大型灌区灌溉水有效利用系数平均值η_w大型计算公式为：

式中：η_大i、W_大i分别为第i个大型灌区灌溉水有效利用系数平均值和年毛灌溉用水量；N为大型灌区个数。

中型灌区首先以典型灌区测算值为基础，按算术平均法，分别计算0.067～0.333、0.333～1、1～2万hm²各规模灌区的灌溉水有效利用系数平均值η_{0.067～0.333}、η_0.333～1、η_1～2；然后按统计的0.067～0.333、0.333～1、1～2万hm²灌区年毛灌溉用水量加权平均得到全省中型灌区的灌溉水有效利用系数平均值，计算公式为：

式中：W_{0.067～0.333}、W_0.333～1、W_1～2分别为0.067～0.333、0.333～1、1～2万hm²灌区的年毛灌溉用水量。

小型灌区灌溉水有效利用系数平均值η_w小型按照小型典型灌区算术平均值进行计算。

按不同规模与类型灌区毛灌溉用水量权重进行加权平均，推算全省农田灌溉水有效利用系数。计算公式为：

η_w＝λ_w大η_w大+λ_w中η_w中+λ_w小η_w小

λ_w大＝W_a大/W_省

λ_w中＝W_a中/W_省

λ_w小＝W_a小/W_省

W_省＝W_a大+W_a中+W_a小

式中：η_w为全省农田灌溉水有效利用系数；λ_w大、λ_w中、λ_w小分别为全省大、中、小型灌区的水量权重；W_省、W_a大、W_a中、W_a小分别为全省及全省大、中、小型灌区的年毛灌溉用水量。

地形匹配：是实际计算过程中，由于统计数据缺失问题，需要借助于行政区域用水资料，将省、市、县各行政边界与灌区边界相结合，利用GIS工具对其边界进行匹配，通过行政区域用水情况与农业用水情况匹配获得灌区用水数据。

(3)水文地质分析、地下水-地表水耦合潜力评估：

径流量与渗漏量的关系体现在以下3个方面：不同的水文年型渗漏量不同，在丰水年渗漏量大，反之则小；水位与径流量呈正相关关系，因此黄河水位越高，渗漏量越大；渗漏水量和断流天数、断流河段长度有密切的关系，断流天数增加，年渗漏量减少；断流天数减少，则年渗漏量増加。

根据达西定律，黄河下渗率可表示为：

其中：Q_R为黄河渗漏补给地下水的水量，m³；W为河段水面宽，m；L为河段长度，m；q_R为黄河河水下渗率，即单位面积单位时间黄河水补给地下水的水量，m/d；K_等效为垂直于河床沉积物与含水层层面的等效渗透系数，m/d；h_R为黄河水位，m；h_G为长观孔的地下水位，m；ΔL为黄河渗漏补给地下水的路径长度，取黄河至长观孔的距离，即M₁+M₂，m；s为渗透阻力系数，d/m²。

图1中，K₁、K₂分别为河床沉积物、潜水含水层的垂向、水平渗透系数，M₁为河床沉积物的平均厚度，M₂为透过河床沉积物的河水在潜水含水层中渗流至长观孔所经过的路径长度，取为河床沉积物底板至长观孔的距离。垂直于河床沉积物与含水层层面的等效渗透系数K_等效则可采用如下公式计算得到：

(4)节水潜力计算：

主要农作物需水量：农作物需水量是农业节水的核心问题，因为节水必须有个基本标准，这个标准的基本依据就是农作物需水量。农作物需水量决定了在一定的气候、水文、土壤等条件下农作物生长所需的水量，灌溉需水量以及区域的节水潜力。虽然对于农作物需水量，国内外还没有一个技术权威的定义，但对作物需水量的估计和测定，多数学者有着较为一致的方法，其一般的计算公式为：

ET_C＝K_C·ET₀

其中：ET_C为农作物需水量；K_C为作物系数；ET₀为参考作物腾发量。参考作物腾发量ET₀代表气象条件对作物需水量的影响。作物系数是计算作物需水量的重要参数，它反映了作物本身的生物学特征、产量水平、土壤耕作等条件对作物需水量的影响。

净灌溉定额：净灌溉定额简写为I_n是指需要用灌溉等方式来满足作物正常生长的那部分水量。再假定土壤水分不变的条件下，净灌溉需水量等于作物需水量减去有效降水量及作物直接耗用的地下水，即：

I_n＝ET_C-P_e-G

有效降水量简写为P_e，一般用同期降水量(P)乘以降雨入渗系数(α)求得，即：

P_e＝α·P

α为降雨入渗系数，一般与一次降水量、降雨强度、降雨延续时间、土壤性质等因素有关；一般认为一次降雨量小于5mm时，α为0；一次降雨量在5～50mm，α约为1.0～0.8；当次降雨量大于50mm时，α约为0.7～0.8。农作物直接耗用的地下水量G与地下水位、土壤地理特征等因素有关。

毛灌溉定额：灌溉水从天然状态到被作物吸收最终形成产量可归结为两大环节：第一环节是通过灌溉输配水系统将水引至田间形成土壤水分，这一环节依靠一系列工程技术和管理措施来实现；第二个环节是作物将土壤水分形成干物质，这一环节由作物本身的生理来实现。这两个环节都存在水分的浪费现象，尤其是第一个环节浪费更为严重，因此在此主要是考虑第一环节的节水潜力。

由于在输水过程中存在着水的浪费现象，农业灌溉所需要的水量肯定要多于净灌溉需水量。在数量上，毛灌溉定额可以利用净灌溉定额和各个环节的水分利用率求得，即：

I_g＝I_n/η_水

其中：η_水的大小与各级渠道的长度、流量、沿渠土壤、水文地质条件、渠道工程状况和灌溉管理水平等有关。在目前管理条件下，许多已成灌渠区只能达到0.40～0.50。

农业灌溉需水量：灌区的灌溉需水量(W_i)等于各种作物毛灌溉定额与该种作物灌溉面积之和，即：

W_i＝∑K·I_gj·A_j(j＝1，2，…N)

其中：K为折算系数，因为理论灌溉定额在这是毫米深的概念，灌溉面积的单位通常是亩(万亩)等，而理论灌溉用水应该是万(或亿)立方米；I_gj为第j种作物的毛灌溉定额；A_j为第j种作物的灌溉面积；N为区域(灌区)的作物种类。

某一阶段的相对节水潜力：某一阶段的相对节水潜力的计算是基准年农业灌溉灌水量减去规划年农业灌溉需水量，其通用公式为：

W_P＝W_j-W_g

其中：W_P——某一阶段的相对节水潜力，亿m³；

W_j——基准年农业灌溉需水量，亿m³；

W_g——规划年农业灌溉需水量，亿m³。

第二方面，本发明还提供了一种应用上所述临河灌区节水量计算方法的系统，其特征在于：包括地形耦合系统和软件处理系统；

所述地形耦合系统是指利用如下工具：GIS或SWAT，将数据库水文地质数据与流域情况对比，框定典型灌区地理位置，校核数据库数据；

所述软件处理系统包括税局库，通过对数据输入进行定量化计算，得到临河灌区各作物多年平均净灌溉定额。

本发明的优点及有益效果如下：研究不完全信息下的临河灌区节水计算方法，并针对不同地区的客观实际情况及未来可能出现的状况，研究临河灌区节水量调查方法，为临河灌区水资源统一管理和调度提供科学依据。

附图说明

图1为本发明地下水循环示意图；

图2为本发明灌区侧渗示意图；

图3为本发明各年渗漏耗水量图。

图4为本发明月均渗漏耗水量图。

图5为本发明各区间年均渗漏耗水量图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例来对本发明作进一步地详细阐述。

【黄河下游灌区】节水潜力计算实施过程如下：

河南省的部分资料来自于中国统计出版社出版的《河南统计年鉴》，山东省的部分资料来自于《山东统计年鉴》。耕地相关资料来自于地质出版社出版的《中国国土资源统计年鉴》。该年鉴的统计范围是全国土地资源、矿产资源、海洋资源，国土资源调查、勘查，国家、省(自治区、直辖市)、市(地)、县四级国土资源行政主管部门对土地资源、矿产资源的行政管理和国家对海洋资源的行政管理，国土资源科学技术研究和国土测绘。本年鉴资料内容包括国土资源概况、国土资源调查、土地资源开发利用、国土资源行政管理、国土资源科学技术研究、测绘和其他资料共七部分。水资源相关资料来自于中国水利水电出版社出版的《中国水利统计年鉴》、中国统计出版社出版的《中国环境统计年鉴》以及河南省水利厅出版的《水资源公报》。作物种植情况相关资料来自于《中国粮食年鉴》、《河南统计年鉴》和《山东统计年鉴》。用水量情况相关资料来自于《河南统计年鉴》、《山东统计年鉴》和《中国水资源公报》。《水资源公报》综合介绍我国现状年的水情、水资源量，详细介绍全国各地的水资源量、蓄水动态、水资源蓄积状况、水资源开发利用、水体水质、水污染及防治情况以及重大水利事项等内容。节水灌溉技术配置情况(如喷滴灌、微灌、渗灌)和作物种植结构等相关资料来自于《河南统计年鉴》和《山东统计年鉴》。河南省农业灌溉基本定额相关资料来自于河南省农业用水定额地方标准2014版。山东省农业灌溉基本定额相关资料来自于山东省农业用水定额地方标准2016版。

河南省黄河灌区设计灌溉面积2518.85万亩，耕地面积1.18亿亩，占全省耕地面积的21.3％，全省灌溉面积为1982万亩，有效灌溉面积的粮食产量为115.2亿kg，全省粮食总产量为537亿kg，有效灌溉部分粮食产量占全省粮食总产量的21.5％，灌区的分布对河南省农业生产及农村经济发展具有重要作用。河南省黄河灌区总有效灌溉面积1982.71万亩，其中农田有效灌溉面积1909.13万亩，林牧灌溉面积73.58万亩。河南省灌区分布中，大型引黄灌区有17处，设计灌溉面积1503.26万亩，有效灌溉面积1159.43万亩；中型灌区84处，设计灌溉面积481.96万亩，有效灌溉面积289.66万亩；小型灌区有效灌溉面积533.62万亩。大型灌区有17个，其中其灌溉面积大约占据总灌溉面积60％左右，其中面积最大的是赵口灌区，其耕地面积为196.4万亩，小型灌区与中型灌区皆而次之。

表1河南灌区主要灌溉情况面积：万亩；水量：万m³

山东省黄河灌区总有效灌溉面积3070.37万亩，其中农田有效灌溉面积2816.27万亩，林牧灌溉面积254.1万亩。种植作物以小麦、玉米、水稻、蔬菜、棉花和果品为主，粮经种植比例为7：3。山东省共建成大型引黄灌区31处，设计灌溉面积2563.4万亩，有效灌溉面积2439.3万亩，面积范围在1～30万亩灌区有53处，设计灌溉面积357.5万亩，有效灌溉面积270.4万亩。山东灌区中，彭楼罐区、位山灌区、潘庄灌区、李家岸灌区、闫潭灌区属于比较大的灌区，灌溉面积均在100万亩以上，其中，位山灌区面积最大，约为508万亩。另外，邢家渡灌区和簸箕李灌区灌溉面积也在90万亩以上，接近100万亩。

表2山东省大中型引黄灌区基本情况表单位：面积：万亩；水量：万m³

选取1991～2005年花园口、夹河滩高村、孙口、艾山、泺口、利津这7个水文站的黄河实测日平均水位、离黄河较近的长观孔逐月地下水位资料，计算黄河与地下水位的水位差，进而结合河床沉积物底板至长观孔的距离，计算相应的水力梯度。然后由达西定律计算黄河各子河段的下渗率，最后结合水面宽、子河段长度资料，计算整个下游河水渗漏补给地下水的水量。计算得出每年黄河下游渗漏补给地下水水量约为6.0～10.0亿之间。

选取研究时段为2001-2015年。在分析黄河下游自然地理、水文地质条件的基础上，采用研究时段内各水文站水位资料、两岸距离黄河较近的长观孔地下水位资料，计算各水文站点附近堤内外水位差，并将计算结果概化至各子河段，结合各子河段的长度、河床沉积物厚度、等效渗透系数等信息，应用达西定律建立河道渗漏计算模型，计算黄河下游河段的月、年渗漏耗水量。黄河下游花园口—利津河段多年平均渗漏耗水量为7.892亿m³。黄河下游花园口—利津河段2001-2015年各年及月均渗漏耗水量及各区间年均渗漏耗水量见图3、4、5。

三种节水方法及其节水潜力计算如下：

(1)第一种节水方法是优化农作物的灌溉制度，不再采纳传统的让农田“吃饱喝足”的灌溉制度，而是运用新的灌溉理论——灌作物而不灌地，简单地讲即是在农作物需要水的时候才去灌它。水量平衡法所需要的资料主要包括：灌区内的有效降雨量、土壤计划湿润层深度、土壤适宜含水量及上、下限的确定、地下水补给量以及由于计划湿润层的增加而增加的水量，计算得到农作物在全生育期的灌溉定额，加上播种前的灌溉定额即得某一种农作物的总灌溉定额。计算结果表明，黄河下游河南段的节水量约为18491.3万m³，山东段的节水量约为36722万m³，黄河下游总的节水量约为55213.29万m³。

(2)第二种节水方法是优化农作物的种植结构，在保证农作物产量不减少的条件下，根据黄河下游引黄灌区的相关规划，调整农作物的种植结构需要在没有地表水替代的深层地下水超负荷挖潜区，采取适当减少依靠地下水灌溉的冬小麦的种植面积，改冬小麦、夏玉米一年两熟制为种植玉米、棉花、花生等农作物和经济作物一年一熟制，实现：“一季休耕，一季雨养”的目标，充分挖掘秋粮作物雨热同期的增产潜力，以实现粮食产量不减少而灌溉用水量减少的目标。此方法主要是建立种植结构优化模型，求解一系列方程组，得到满足目标函数的解，进而求得优化后的各种农作物的种植面积。计算结果表明，黄河下游河南段的节水量约为16427.15万m³，山东段的节水量约为19340.41万m³，黄河下游总的节水量约为35767.59万m³。

(3)第三种方法是农业灌溉工程优化，主要目的在于通过一系列田间配套措施、改造以及改变灌溉方式等来提高灌溉水利用系数，以此来减少农业灌溉用水量，节水措施可以分为工程措施和非工程措施，工程措施主要是渠道防渗、管道输水、改进地面灌溉、增加滴灌和喷灌等，非工程措施主要是改进灌溉制度、秸秆覆盖、节水作物品种的选择以及加强用水管理等。通过这些有效的节水措施的实施，能够大幅度提高农田灌溉水利用系数，减少农田灌溉用水量。经计算，河南段规划年农业灌溉节水量为23157.71万m³，黄河下游引黄灌区山东段规划年农田灌溉水利用系数达到0.6，农田灌溉用水定额降至138.9m³/亩；山东段规划年农业灌溉节水量为53094.05万m³，黄河下游引黄灌区规划年农田灌溉水利用系数达到0.604左右，农田灌溉用水定额降至133.8m³/亩左右；黄河下游引黄灌区规划年农业灌溉节水量约为76251.76万m³。

方案一：灌溉制度改变+灌溉方式改变+渗水补给；方案二：灌溉制度改变+灌溉方式改变+渗水补给+不用井灌；方案三：改变种植结构。由三种作物的灌溉定额到整个黄河下游的需水量计算，得到方案二的节水效果最好，可节省的需水量达到362771万m³。

Claims (6)

1.一种临河灌区节水量计算方法，其特征在于：该方法根据加权后的中值数选取典型灌区；以典型灌区为例开展流域水文地质分析、地下水-地表水耦合潜力评估，计算丰水年、平水年、枯水年三种情况下的年总径流量，计算年内汛期、非汛期水量；结合数据库内容，计算标定区域内不同时间尺度降雨量，建立降雨量经验公式；通过数据库获得临河灌区各种作物生育期多年平均净灌溉定额，净灌溉需水量等于作物需水量减去有效降水量及作物直接耗用的地下水；包含如下步骤：

(1)数据库建立：收集公布的年间、公报等农业用水数据资料和流域、灌区分布数据，建立流域用水数据与水文地质数据库；

(2)典型灌区选取：在对以上数据库进行分析的基础上选取典型灌区，对典型灌区地形进行耦合；

(3)水文地质分析、地下水-地表水耦合潜力评估：以典型灌区为例开展黄河下游水文地质分析、地下水-地表水耦合潜力评估；

(4)节水潜力计算：通过数据库获得黄河下游引黄灌区各种作物生育期多年平均净灌溉定额。

2.根据权利要求1所述的临河灌区节水量计算方法，其特征在于：所述步骤(2)典型灌区选取中，选取原则如下：

典型灌区的选择应符合以下基本要求：选择的典型灌区应代表大型即30万亩以上、中型即1－30万亩、小型即1万亩以下、纯井灌区四种不同灌溉规模的灌区，同时还应考虑如下因素：灌区灌溉水源条件即提水或自流引水、工程设施状况与管理水平；

不同灌溉规模典型灌区选择的类型与个数以能够代表本省不同规模灌区灌溉用水的平均状况为原则；有条件的省份可以将不同规模灌区按工程状况与管理水平好、中、差进行分类，按分类选取不同代表性典型灌区，适当增加典型数量，分类测算；工程状况和管理水平好、中、差分类标准由各省根据本省灌区实际情况确定；

典型个数具体要求如下：

大型灌区：典型灌区个数不应少于大型灌区总数的10％，同时满足提水、自流引水每个类型至少选取1个代表该类型工程设施与管理水平平均状况的典型，典型灌区有效灌溉面积应不少于本省大型灌区有效灌溉面积的20％；

中型灌区：典型灌区个数不应少于中型灌区总数的4％，同时满足提水、自流引水每个类型至少选取1个代表该类型工程设施与管理水平平均状况的典型，典型灌区有效灌溉面积应不少于本省中型灌区有效灌溉面积的20％；

小型灌区：典型灌区个数应选择小型灌区即小型水利工程控制的灌溉区域；

选取权重设计：大型灌区灌溉水有效利用系数平均值η_w大型计算公式为：

式中：η_大i、W_大i分别为第i个大型灌区灌溉水有效利用系数平均值和年毛灌溉用水量；N为大型灌区个数；

中型灌区首先以典型灌区测算值为基础，按算术平均法，分别计算0.067～0.333、0.333～1、1～2万hm²各规模灌区的灌溉水有效利用系数平均值η_{0.067～0.333}、η_0.333～1、η_1～2；然后按统计的0.067～0.333、0.333～1、1～2万hm²灌区年毛灌溉用水量加权平均得到全省中型灌区的灌溉水有效利用系数平均值，计算公式为：

式中：W_{0.067～0.333}、W_0.333～1、W_1～2分别为0.067～0.333、0.333～1、1～2万hm²灌区的年毛灌溉用水量；

小型灌区灌溉水有效利用系数平均值η_w小型按照小型典型灌区算术平均值进行计算；

按不同规模与类型灌区毛灌溉用水量权重进行加权平均，推算全省农田灌溉水有效利用系数；计算公式为：

η_w＝λ_w大η_w大+λ_w中η_w中+λ_w小η_w小；

λ_w大＝W_a大/W_省；

λ_w中＝W_a中/W_省；

λ_w小＝W_a小/W_省；

W_省＝W_a大+W_a中+W_a小；

式中：η_w为全省农田灌溉水有效利用系数；λ_w大、λ_w中、λ_w小分别为全省大、中、小型灌区的水量权重；W_省、W_a大、W_a中、W_a小分别为全省及全省大、中、小型灌区的年毛灌溉用水量；

地形匹配：是实际计算过程中，由于统计数据缺失问题，需要借助于行政区域用水资料，将省、市、县各行政边界与灌区边界相结合，利用GIS工具对其边界进行匹配，通过行政区域用水情况与农业用水情况匹配获得灌区用水数据。

3.根据权利要求1或2所述的临河灌区节水量计算方法，其特征在于：所述步骤(3)水文地质分析、地下水-地表水耦合潜力评估中，径流量与渗漏量的关系体现在以下3个方面：

不同的水文年型渗漏量不同，在丰水年渗漏量大，反之则小；水位与径流量呈正相关关系，因此黄河水位越高，渗漏量越大；渗漏水量和断流天数、断流河段长度有密切的关系，断流天数增加，年渗漏量减少；断流天数减少，则年渗漏量增加；

根据达西定律，黄河下渗率可表示为：

其中：Q_R为黄河渗漏补给地下水的水量，m³；W为河段水面宽，m；L为河段长度，m；q_R为黄河河水下渗率，即单位面积单位时间黄河水补给地下水的水量，m/d；K_等效为垂直于河床沉积物与含水层层面的等效渗透系数，m/d；h_R为黄河水位，m；h_G为长观孔的地下水位，m；ΔL为黄河渗漏补给地下水的路径长度，取黄河至长观孔的距离，即M₁+M₂，m；s为渗透阻力系数，d/m²；

其中，K₁、K₂分别为河床沉积物、潜水含水层的垂向、水平渗透系数，M₁为河床沉积物的平均厚度，M₂为透过河床沉积物的河水在潜水含水层中渗流至长观孔所经过的路径长度，取为河床沉积物底板至长观孔的距离；垂直于河床沉积物与含水层层面的等效渗透系数K_等效则可采用如下公式计算得到：

4.根据权利要求1或2所述的临河灌区节水量计算方法，其特征在于：所述步骤(4)节水潜力计算中，主要农作物需水量：农作物需水量是农业节水的核心问题，因为节水必须有个基本标准，这个标准的基本依据就是农作物需水量；农作物需水量决定了在一定的气候、水文、土壤等条件下农作物生长所需的水量，灌溉需水量以及区域的节水潜力；农作物需水量的计算公式为：

ET_C＝K_C·ET₀；

其中：ET_C为农作物需水量；K_C为作物系数；ET₀为参考作物腾发量；参考作物腾发量ET₀代表气象条件对作物需水量的影响；作物系数是计算作物需水量的重要参数，它反映了如下条件即作物本身的生物学特征、产量水平和土壤耕作对作物需水量的影响；

净灌溉定额：净灌溉定额即为I_n，是指需要用灌溉等方式来满足作物正常生长的那部分水量；在假定土壤水分不变的条件下，净灌溉需水量等于作物需水量减去有效降水量及作物直接耗用的地下水，即：

I_n＝ET_C-P_e-G；

有效降水量简写为P_e，采用同期降水量P乘以降雨入渗系数α求得，即：

P_e＝α·P；

α为降雨入渗系数，与如下因素有关：一次降水量、降雨强度、降雨延续时间和土壤性质；当一次降雨量小于5mm时，α为0；一次降雨量在5～50mm，α为1.0～0.8；当次降雨量大于50mm时，α为0.7～0.8；农作物直接耗用的地下水量G与如下因素有关：地下水位、土壤地理特征；

毛灌溉定额：灌溉水从天然状态到被作物吸收最终形成产量可归结为两大环节：第一环节是通过灌溉输配水系统将水引至田间形成土壤水分，这一环节依靠一系列工程技术和管理措施来实现；第二个环节是作物将土壤水分形成干物质，这一环节由作物本身的生理来实现；

由于在输水过程中存在着水的浪费现象，农业灌溉所需要的水量肯定要多于净灌溉需水量；在数量上，毛灌溉定额可以利用净灌溉定额和各个环节的水分利用率求得，即：

I_g＝I_n/η_水；

其中：η_水的大小与如下因素有关：各级渠道的长度、流量、沿渠土壤、水文地质条件、渠道工程状况和灌溉管理水平；

农业灌溉需水量：灌区的灌溉需水量W_i等于各种作物毛灌溉定额与该种作物灌溉面积之和，即：

W_i＝∑K·I_gj·A_j(j＝1，2，…N)

其中：K为折算系数；I_gj为第j种作物的毛灌溉定额；A_j为第j种作物的灌溉面积；N为灌区的作物种类；

某一阶段的相对节水潜力：某一阶段的相对节水潜力的计算是基准年农业灌溉灌水量减去规划年农业灌溉需水量，其通用公式为：

W_P＝W_j-W_g；

其中：W_P为某一阶段的相对节水潜力，单位为亿m³；W_j为基准年农业灌溉需水量，单位为亿m³；W_g为规划年农业灌溉需水量，单位为亿m³。

5.根据权利要求3所述的临河灌区节水量计算方法，其特征在于：所述步骤(4)节水潜力计算中，主要农作物需水量：农作物需水量是农业节水的核心问题，因为节水必须有个基本标准，这个标准的基本依据就是农作物需水量；农作物需水量决定了在一定的气候、水文、土壤等条件下农作物生长所需的水量，灌溉需水量以及区域的节水潜力；农作物需水量的计算公式为：

ET_C＝K_C·ET₀；

其中：ET_C为农作物需水量；K_C为作物系数；ET₀为参考作物腾发量；参考作物腾发量ET₀代表气象条件对作物需水量的影响；作物系数是计算作物需水量的重要参数，它反映了如下条件即作物本身的生物学特征、产量水平和土壤耕作对作物需水量的影响；

净灌溉定额：净灌溉定额即为I_n，是指需要用灌溉等方式来满足作物正常生长的那部分水量；在假定土壤水分不变的条件下，净灌溉需水量等于作物需水量减去有效降水量及作物直接耗用的地下水，即：

I_n＝ET_C-P_e-G；

有效降水量简写为P_e，采用同期降水量P乘以降雨入渗系数α求得，即：

P_e＝α·P；

α为降雨入渗系数，与如下因素有关：一次降水量、降雨强度、降雨延续时间和土壤性质；当一次降雨量小于5mm时，α为0；一次降雨量在5～50mm，α为1.0～0.8；当次降雨量大于50mm时，α为0.7～0.8；农作物直接耗用的地下水量G与如下因素有关：地下水位、土壤地理特征；

毛灌溉定额：灌溉水从天然状态到被作物吸收最终形成产量可归结为两大环节：第一环节是通过灌溉输配水系统将水引至田间形成土壤水分，这一环节依靠一系列工程技术和管理措施来实现；第二个环节是作物将土壤水分形成干物质，这一环节由作物本身的生理来实现；

由于在输水过程中存在着水的浪费现象，农业灌溉所需要的水量肯定要多于净灌溉需水量；在数量上，毛灌溉定额可以利用净灌溉定额和各个环节的水分利用率求得，即：

I_g＝I_n/η_水；

其中：η_水的大小与如下因素有关：各级渠道的长度、流量、沿渠土壤、水文地质条件、渠道工程状况和灌溉管理水平；

农业灌溉需水量：灌区的灌溉需水量W_i等于各种作物毛灌溉定额与该种作物灌溉面积之和，即：

W_i＝∑K·I_gj·A_j(j＝1，2，…N)；

其中：K为折算系数；I_gj为第j种作物的毛灌溉定额；A_j为第j种作物的灌溉面积；N为灌区的作物种类；

某一阶段的相对节水潜力：某一阶段的相对节水潜力的计算是基准年农业灌溉灌水量减去规划年农业灌溉需水量，其通用公式为：

W_P＝W_j-W_g；

其中：W_P为某一阶段的相对节水潜力，单位为亿m³；W_j为基准年农业灌溉需水量，单位为亿m³；W_g为规划年农业灌溉需水量，单位为亿m³。

6.一种应用如权利要求5所述临河灌区节水量计算方法的系统，其特征在于：包括地形耦合系统和软件处理系统；

所述地形耦合系统是指利用如下工具：GIS或SWAT，将数据库水文地质数据与流域情况对比，框定典型灌区地理位置，校核数据库数据；

所述软件处理系统包括税局库，通过对数据输入进行定量化计算，得到临河灌区各作物多年平均净灌溉定额。

Images