CN115330269A - 平原河网水稻灌区农业灌溉超定额用水的预警方法及装置 - Google Patents

平原河网水稻灌区农业灌溉超定额用水的预警方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了平原河网水稻灌区农业灌溉超定额用水的预警方法及装置，该方法包括：以灌溉期月度累计降雨量为统计对象，分析灌区灌溉期的月度降雨量值及其转化参数；根据泵站灌区农业灌溉用水总量指标、水稻生育期对应月份多年平均作物需水量和总需水量、水稻生育期对应月份多年平均有效降雨量和总有效降雨量，分配灌区的月度用水量指标；针对水稻的生长周期内的不同时间段，采取不同的预警方法，其中：从灌溉期开始到水稻抽穗开花期之前，实施月度用水“黄绿”预警；从水稻抽穗开花期开始到灌溉期结束，实施月度用水“红绿”预警。本方法可以减少灌溉过程中由于管理因素的水量浪费，提高灌区用水管理的精细化水平，促进灌区节水减排。

Description

平原河网水稻灌区农业灌溉超定额用水的预警方法及装置
技术领域
本发明属于水灌溉与水资源高效利用领域，尤其涉及平原河网水稻灌区农业灌溉超定额用水的预警方法及装置。
背景技术
南方平原河网水稻灌区以灌溉水稻作物为主、泵站提水灌溉为主要特征，由于河网灌区水量丰富，灌溉取水便捷，实际农业用水管理较为粗放，用水效率不高，水量浪费严重。对农业灌溉用水实施定额管理，是实现农业水价改革“促进农业节水减排”目标的重要措施。
所谓定额管理即利用上级分配的用水总量（也叫定额指标），对农业灌溉用水过程进行管理，若发现有超定额用水情况，应及时加强用水管控，确保年度实际用水量不超定额指标。但是，由于上级分配的用水总量一般为多年平均降雨频率（接近50%）的指标，而实际农业灌溉过程中降雨存在随机性，降雨频率随时段降雨量呈现动态变化，导致过程用水是否超定额指标难以判断。据调查，目前各地在实施农业灌溉用水定额管理中，大多采用将定额指标按时段（如月、旬）进行平均分配，不考虑降雨频率的影响，若时段实际灌溉用水量超过定额指标，认为已超定额用水，需要发送预警信息，加强用水管控。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
一是作物灌溉需水量受外部气象影响因素较大，不是一个均匀过程，采用平均分配时段用水定额指标不科学；二是由于没有考虑过程中降雨频率的影响，导致频繁预警情况或无预警但实际已超定额用水，起不到用水管控的作用。
发明内容
针对现有技术的不足，本申请实施例的目的是提供平原河网水稻灌区农业灌溉超定额用水的预警方法及装置，以减少灌溉过程中由于管理因素的水量浪费，提高灌区用水管理的精细化水平，促进灌区节水减排。
根据本申请实施例的第一方面，提供一种平原河网水稻灌区农业灌溉超定额用水的预警方法，包括：
以灌溉期月度累计降雨量为统计对象，分析灌区灌溉期的月度降雨量值及其转化参数；
根据泵站灌区农业灌溉用水总量指标、水稻生育期对应月份多年平均作物需水量和总需水量、水稻生育期对应月份多年平均有效降雨量和总有效降雨量，分配灌区的月度用水量指标；
针对水稻的生长周期内的不同时间段，采取不同的预警方法，其中：从灌溉期开始到水稻抽穗开花期之前，实施月度用水“黄绿”预警；从水稻抽穗开花期开始到灌溉期结束，实施月度用水“红绿”预警。
进一步地，以灌溉期月度累计降雨量为统计对象，分析灌区灌溉期的月度降雨量值及其转化参数，包括：
获取灌区长系列月度降雨量信息；
以灌溉期月度累计降雨量为统计对象，分析不同降雨频率对应的月度降雨量值及其转化参数。
进一步地，通过式（1）分配灌区的月度灌溉用水量指标W 月：
Figure 400295DEST_PATH_IMAGE001
（1）
式中：W泵为泵站灌区农业灌溉用水总量指标，单位为m3；ETc月、ETc总分别为水稻生育期对应月份多年平均作物需水量和总需水量，单位为mm；Pe月、Pe总分别为水稻生育期对应月份多年平均有效降雨量和总有效降雨量，单位为mm；其中，多年平均有效降雨量根据式（2）计算，
Figure 723961DEST_PATH_IMAGE002
（2）
式中：P月为多年平均月度降雨量。
进一步地，从灌溉期开始到水稻抽穗开花期之前，实施月度用水“黄绿”预警，包括：
通过用水计量监测或“以电折水”方法，统计分析月末累计的泵站实际农业灌溉用水量W月实；
将所述泵站实际农业灌溉用水量W月实与月度累计的泵站理论灌溉用水量W月理进行对比；
若W月实≤W月理，发布“绿色”预警，表示灌溉用水正常；
若W月实>W月理，发布“黄色”预警，表示灌区存在超定额用水的风险。
进一步地，从水稻抽穗开花期开始到灌溉期结束，实施月度用水“红绿”预警，包括：
根据灌溉期月度累计降雨量，分析月度累计降雨量对应的水文频率；
通过计量监测或“以电折水”方法，统计分析月末累计的泵站实际农业灌溉用水量W月实；
根据月度累计降雨量对应的水文频率，以月度累计降雨量多年平均值为参照，对泵站实际农业灌溉用水量W月实进行修正，得到W月修；
将修正后的泵站实际农业灌溉用水量W月修与泵站理论灌溉用水量指标W月理进行对比；
若W月修≤W月理，发布“绿色”预警，表示灌溉用水正常；
若W月修>W月理，发布“红色”预警，表示灌区超定额用水的风险再加剧。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种平原河网水稻灌区农业灌溉超定额用水的预警装置，包括：
分析模块，用于以灌溉期月度累计降雨量为统计对象，分析灌区灌溉期的月度降雨量值及其转化参数；
分配模块，用于根据泵站灌区农业灌溉用水总量指标、水稻生育期对应月份多年平均作物需水量和总需水量、水稻生育期对应月份多年平均有效降雨量和总有效降雨量，分配灌区的月度用水量指标；
预警模块，用于针对水稻的生长周期内的不同时间段，采取不同的预警方法，其中：从灌溉期开始到水稻抽穗开花期之前，实施月度用水“黄绿”预警；从水稻抽穗开花期开始到灌溉期结束，实施月度用水“红绿”预警。
根据本申请实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的方法。
根据本申请实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如第一方面所述方法的步骤。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
由上述实施例可知，本申请针对南方单季稻为主的河网提水灌区，开展月度用水定额指标分配，以水稻需水高峰期所在月份进行划分，通过数字化管理系统后台实时的计算分析，判断灌区超定额用水情况，实施月度用水“红黄绿”三色预警，通过上述预警方法及系统的应用，减少了灌溉过程中由于管理因素的水量浪费，提高灌区用水管理的精细化水平，促进灌区节水减排。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种平原河网水稻灌区农业灌溉超定额用水的预警方法的流程图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种平原河网水稻灌区农业灌溉超定额用水的预警装置的框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
图1是根据一示例性实施例示出的一种平原河网水稻灌区农业灌溉超定额用水的预警方法的流程图，如图1所示，该方法可以包括以下步骤：
步骤S11：以灌溉期月度累计降雨量为统计对象，分析灌区灌溉期的月度降雨量值及其转化参数；
步骤S12：根据泵站灌区农业灌溉用水总量指标、水稻生育期对应月份多年平均作物需水量和总需水量、水稻生育期对应月份多年平均有效降雨量和总有效降雨量，分配灌区的月度用水量指标；
步骤S13：针对水稻的生长周期内的不同时间段，采取不同的预警方法，其中：从灌溉期开始到水稻抽穗开花期之前，实施月度用水“黄绿”预警；从水稻抽穗开花期开始到灌溉期结束，实施月度用水“红绿”预警。
由上述实施例可知，本申请针对南方单季稻为主的河网提水灌区，开展月度用水定额指标分配，以水稻需水高峰期所在月份进行划分，通过数字化管理系统后台实时的计算分析，判断灌区超定额用水情况，实施月度用水“红黄绿”三色预警，通过上述预警方法及系统的应用，减少了灌溉过程中由于管理因素的水量浪费，提高灌区用水管理的精细化水平，促进灌区节水减排。
在步骤S11的具体实施中，以灌溉期月度累计降雨量为统计对象，分析灌区灌溉期的月度降雨量值及其转化参数；
具体地，此步骤可以包括以下子步骤：
步骤S21：获取灌区长系列月度降雨量信息；
具体地，南方水稻灌区以单季稻种植为主，灌溉期一般为6月-11月，通过与水文、气象部门建立协作机制，由其定期提供灌区长系列月度降雨量资料。
步骤S22：以灌溉期月度累计降雨量为统计对象，分析不同降雨频率对应的月度降雨量值及其转化参数；
具体地，降雨年型包括丰、平、枯年型，把历年灌溉期月度累计降雨量数据，按照从大到小排序，得到每年降雨的排位序号m，采用公式（1）计算经验频率，以历年灌溉期月度累计降雨量为纵坐标，经验频率为横坐标，绘制经验频率曲线，以此分析某年的水文频率。
Figure 411687DEST_PATH_IMAGE003
(1)
在步骤S12的具体实施中，根据泵站灌区农业灌溉用水总量指标、水稻生育期对应月份多年平均作物需水量和总需水量、水稻生育期对应月份多年平均有效降雨量和总有效降雨量，分配灌区的月度W 月用水量指标；
具体地，水稻灌溉用水量与作物需水量、降雨量、田间水分控制标准、田间工程状况与土壤质地等都有关系，其中作物需水量与降雨量是主要影响因素。理论上分析，水稻灌溉用水量需根据逐日田间水层情况进行水量平衡分析得到，但此方法田间水层信息难以实时采集，工作量巨大，操作性不强。为此，综合考虑计算的工作量和精度要求，通过式（2）分配灌区的月度灌溉用水量指标：
Figure 947842DEST_PATH_IMAGE004
（2）
式中：W 月为月度灌溉用水量指标，W 泵为泵站灌区农业灌溉用水总量指标，单位为m3；ETc 月、ETc 总分别为水稻生育期对应月份多年平均作物需水量和总需水量，单位为mm；P e月、P e总分别为水稻生育期对应月份多年平均有效降雨量和总有效降雨量，单位为mm；其中，多年平均有效降雨量根据式（2）计算：
Figure 667274DEST_PATH_IMAGE005
（3）
式中：P月为多年平均月度降雨量。
在步骤S13的具体实施中，针对水稻的生长周期内的不同时间段，采取不同的预警方法，其中：从灌溉期开始到水稻抽穗开花期之前，实施月度用水“黄绿”预警；从水稻抽穗开花期开始到灌溉期结束，实施月度用水“红绿”预警；
具体地，从灌溉期开始到水稻抽穗开花期（需水高峰期）之前（常规指6月-8月），实施月度用水“黄绿”预警，具体包括：
步骤S31：通过用水计量监测或“以电折水”方法，统计分析月末累计的泵站实际农业灌溉用水量W月实；
步骤S32：将所述泵站实际农业灌溉用水量W月实与月度累计的泵站理论灌溉用水量指标W月理进行对比；
步骤S33：若W月实≤W月理，发布“绿色”预警，表示灌溉用水正常，灌区未出现超定额用水情况；
步骤S34：若W月实＞W月理，发布“黄色”预警，表示灌区存在超定额用水的风险，需要放水员和农户加强田间灌溉用水管理，避免不必要的浪费。
在步骤S31-步骤S34的具体实施中，泵站用水计量监测采用流量计、水表等仪表进行计量，“以电折水”通过率定泵站单位电量提水量，进而统计泵站用电量间接换算泵站实际灌溉用水量。每月末将泵站累计的实际农业灌溉用水量与累计的理论灌溉用水量指标（其中月度累计的泵站理论灌溉用水量指标W月理由月度灌溉用水量指标W 月累计得到）进行比较，若实际用水量小于或等于理论灌溉用水量指标，则发布“绿色”预警，若实际用水量大于理论灌溉用水量指标，则发布“黄色”预警。通过灌溉用水预警，将有效提醒放水员和农户加强田间灌溉用水过程管理，促进农业节水和水资源高效利用。
具体地，从进入水稻抽穗开花期开始到灌溉期结束（常规指9月-11月），此阶段水稻进入需水高峰期，一方面作物自身生理生态需水消耗大，另一方面降雨的累计效应对灌溉期水文年型的影响增加，直接影响年度灌溉用水总量核算，因此预警方法需要动态考虑降雨频率的影响，实施月度用水“红绿”预警，具体包括：
步骤S41：根据灌溉期月度累计降雨量，分析月度累计降雨量对应的水文频率；
步骤S42：通过计量监测或“以电折水”方法，统计分析月末累计的泵站实际农业灌溉用水量W月实；
步骤S43：根据月度累计降雨量对应的水文频率，以月度累计降雨量多年平均值为参照，对泵站实际农业灌溉用水量W月实进行修正，得到W月修；
步骤S44：将修正后的泵站实际农业灌溉用水量W月修与泵站理论灌溉用水量指标W月理进行对比；
步骤S45：若W月修≤W月理，发布“绿色”预警，表示灌溉用水正常；
步骤S46：若W月修＞W月理，发布“红色”预警，表示灌区超定额用水的风险再加剧。
在步骤S41-S46的具体实施中，每月末通过公式（1）计算月度累计降雨量对应的水文频率，以月度累计降雨量多年平均值作为参照，对泵站累计的实际农业灌溉用水量进行修正，以修正后的泵站累计实际农业灌溉用水量与累计的理论灌溉用水量指标进行比较，若实际用水量小于或等于理论灌溉用水量指标，则发布“绿色”预警，若实际用水量大于理论灌溉用水量指标，则发布“红色”预警。通过需水高峰期灌溉用水预警，对放水员和农户加强灌溉用水定额管理，促进农业节水和水资源高效利用具有重要的意义。
在具体实施中，本方法还可用于开展灌区年度用水情况核算：
灌溉期结束后，根据各月实测降雨量，分析灌区年度实际对应的降雨频率，统计泵站实际农业灌溉用水量；以多年平均（接近50%降雨频率）为参照，对泵站实际农业灌溉用水量W月实进行修正；对比修正值与总量指标，若泵站实际用水修正值大于泵站总量用水指标，表明该泵站灌区已超定额用水。若泵站实际用水修正值小于等于总量用水指标，表明该泵站灌区用水未超定额。
与前述的平原河网水稻灌区农业灌溉超定额用水的预警方法的实施例相对应，本申请还提供了平原河网水稻灌区农业灌溉超定额用水的预警装置的实施例。
图2是根据一示例性实施例示出的一种平原河网水稻灌区农业灌溉超定额用水的预警装置框图。参照图2，该装置可以包括：
分析模块21，用于以灌溉期月度累计降雨量为统计对象，分析灌区灌溉期的月度降雨量值及其转化参数；
分配模块22，用于根据泵站灌区农业灌溉用水总量指标、水稻生育期对应月份多年平均作物需水量和总需水量、水稻生育期对应月份多年平均有效降雨量和总有效降雨量，分配灌区的月度用水量指标；
预警模块23，用于针对水稻的生长周期内的不同时间段，采取不同的预警方法，其中：从灌溉期开始到水稻抽穗开花期之前，实施月度用水“黄绿”预警；从水稻抽穗开花期开始到灌溉期结束，实施月度用水“红绿”预警。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
相应的，本申请还提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述的平原河网水稻灌区农业灌溉超定额用水的预警方法。
相应的，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如上述的平原河网水稻灌区农业灌溉超定额用水的预警方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。

Claims (8)

1.一种平原河网水稻灌区农业灌溉超定额用水的预警方法，其特征在于，包括：
以灌溉期月度累计降雨量为统计对象，分析灌区灌溉期的月度降雨量值及其转化参数；
根据泵站灌区农业灌溉用水总量指标、水稻生育期对应月份多年平均作物需水量和总需水量、水稻生育期对应月份多年平均有效降雨量和总有效降雨量，分配灌区的月度用水量指标；
针对水稻的生长周期内的不同时间段，采取不同的预警方法，其中：从灌溉期开始到水稻抽穗开花期之前，实施月度用水“黄绿”预警；从水稻抽穗开花期开始到灌溉期结束，实施月度用水“红绿”预警。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以灌溉期月度累计降雨量为统计对象，分析灌区灌溉期的月度降雨量值及其转化参数，包括：
获取灌区长系列月度降雨量信息；
以灌溉期月度累计降雨量为统计对象，分析不同降雨频率对应的月度降雨量值及其转化参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过式（1）分配灌区的月度灌溉用水量指标W 月：
Figure 946066DEST_PATH_IMAGE001
（1）
式中：W泵为泵站灌区农业灌溉用水总量指标，单位为m3；ETc月、ETc总分别为水稻生育期对应月份多年平均作物需水量和总需水量，单位为mm；Pe月、Pe总分别为水稻生育期对应月份多年平均有效降雨量和总有效降雨量，单位为mm；其中，多年平均有效降雨量根据式（2）计算，
Figure 416361DEST_PATH_IMAGE002
（2）
式中：P月为多年平均月度降雨量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从灌溉期开始到水稻抽穗开花期之前，实施月度用水“黄绿”预警，包括：
通过用水计量监测或“以电折水”方法，统计分析月末累计的泵站实际农业灌溉用水量W月实；
将所述泵站实际农业灌溉用水量W月实与月度累计的泵站理论灌溉用水量W月理进行对比；
若W月实≤W月理，发布“绿色”预警，表示灌溉用水正常；
若W月实>W月理，发布“黄色”预警，表示灌区存在超定额用水的风险。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从水稻抽穗开花期开始到灌溉期结束，实施月度用水“红绿”预警，包括：
根据灌溉期月度累计降雨量，分析月度累计降雨量对应的水文频率；
通过计量监测或“以电折水”方法，统计分析月末累计的泵站实际农业灌溉用水量W月实；
根据月度累计降雨量对应的水文频率，以月度累计降雨量多年平均值为参照，对泵站实际农业灌溉用水量W月实进行修正，得到W月修；
将修正后的泵站实际农业灌溉用水量W月修与泵站理论灌溉用水量指标W月理进行对比；
若W月修≤W月理，发布“绿色”预警，表示灌溉用水正常；
若W月修>W月理，发布“红色”预警，表示灌区超定额用水的风险再加剧。
6.一种平原河网水稻灌区农业灌溉超定额用水的预警装置，其特征在于，包括：
分析模块，用于以灌溉期月度累计降雨量为统计对象，分析灌区灌溉期的月度降雨量值及其转化参数；
分配模块，用于根据泵站灌区农业灌溉用水总量指标、水稻生育期对应月份多年平均作物需水量和总需水量、水稻生育期对应月份多年平均有效降雨量和总有效降雨量，分配灌区的月度用水量指标；
预警模块，用于针对水稻的生长周期内的不同时间段，采取不同的预警方法，其中：从灌溉期开始到水稻抽穗开花期之前，实施月度用水“黄绿”预警；从水稻抽穗开花期开始到灌溉期结束，实施月度用水“红绿”预警。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-5任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述方法的步骤。
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