易嘉成

（辽宁省辽阳水文局，辽宁 辽阳 111000）

0 引言

为提高水资源监控能力，水利部在全国范围内相继开展了两期国家水资源监控能力项目（一期2012年～2014年及二期2016年～2018年）。其中二期项目是为了进一步提高全国水资源监控能力，提高三大监控体系中农业用水的监控比例，着重开展重点中型以上灌区渠首取水在线监测工作［1]，本文以此项目为契机，根据辽宁省水利厅辽水资（2015）201 号文件以及辽宁省水文局灌区取水监测流量转化参数工作安排，辽宁省辽阳水文局于2018年对辽阳地区所属灌区取水监测流量转化参数进行研究。为准确推算水量提供技术保证，算好水帐，掌握农业用水效率，强化用水管理，实行水权集中，统一指挥，统一调配，分级管理有着较为重要意义。

1 流量转化率测定

1.1 监测站基本情况

为测定辽阳地区农业灌溉流量转化率需设立三处监测站，分别位于灯塔灌区、灯塔灌区红光管理所、辽阳灌区，引水水源为葠窝地表水水库水源，引水方式均为从太子河干流通过灌渠引流，控制方式均为引水闸门控制。三处监测站的监测仪器和水量测验方法见表1。

表1 监测站监测仪器和测验方法

1.2 流量转化率测定方法

首先通过多次实测流量确定流量转化率，再用此参数推算流量过程，最终推算出实测逐日、逐月时段水量。通过实测逐日、逐月时段水量与根据灌溉定额推求的灌区水量和水文调查灌区灌溉用水量三者进行对比分析，验证转化率的合理性。针对不同监测方式，在确定流量转化率时具体方法有所不同。

1.2.1 水位流量关系法

在渠道引水期间，在不同水位级施测流量，与监测站雷达自记水位计监测的水位建立关系曲线，用于推算流量。根据建立的水位- 流量关系线，绘制流量过程线，推算时段水量［2]。

1.2.2 明渠流量计法

在不同水位级和不同闸门启闭时进行流量测验，与监测站明渠流量仪监测到的数据进行对比分析。在分析时，可以计算两组流量数据的相对误差，根据误差情况，确定是否需要进行修正。修正方法可以用线性系数或相关系数。根据确定的系数修正流量值，绘制流量过程线，推算时段水量［3]。

2 流量转化率参数确定及合理性分析

2.1 灯塔灌区

2.1.1 流量转化参数确定过程

灯塔灌区引水渠道情况示意图见图1，仪器安装及测流断面见图2～图3。

图1 灯塔灌区引水渠道情况示意图

图2 灯塔灌区水位计安装位置

图3 灯塔灌区测流断面情况

测流断面选取在河段顺直，河床浆砌石组成，河道底部为河淤土，主流偏左。测试中，在各水位级均匀布置流量测次。为了减少误差，在雷达水位计处安装水尺，对水位进行对比观测。期间共比测22 次流量，最大流量30.4 m3/s，最小流量1.38 m3/s。为了确定流量合理性，对流量不确定度的计算。流量测验不确定度由流量测验随机不确定度和系统不确定度组成。

①随机不确定度［4]

式中：XQ'为流量随机不确定度，%；Xm'为断面Ⅲ型随机不确定度，%；Xe'为断面Ⅰ型随机不确定度，%；Xp'为断面Ⅱ型随机不确定度，%；Xc'为流速仪率定随机不确定度，%；Xd' 为断面测深随机不确定度，%；Xb'为断面测宽随机不确定度，%。

②系统不确定度

式中：XQ" 为流量系统不确定度，%；Xb" 为测宽系统不确定度，%；Xd" 为测深系统不确定度，%；Xc" 为流速仪检定系统不确定度，%。

③总不确定度

根据以上公式对灯塔灌区断面的流量不确定度进行计算，见表2。

表2 灯塔灌区断面的流量不确定度

根据表2 结果，断面实测的流量不确定度满足要求，流量资料可靠性较好。通过点绘实测水位流量，确定水位流量关系线，见图4。对上述水位流量关系曲线进行符号检验、适线检验和偏离检验，均合理。

图4 灯塔灌区水位流量关系曲线图

2.1.2 合理性分析

通过水量分析，验证转化率系数的合理性。灯塔灌区2018年5月～9月用水位流量法推求水量为12310 万m3。根据灌溉定额推求灯塔灌区水量为14000 万m3；水文调查灌区灌溉用水量9967 万m3。实测水量与灌溉定额计算水量误差分别为-12.1%，二者水量相差不大。实测水量与灌区计量水量误差为23.5%，误差偏大；经调查分析，是因为流量较小时灌区不计量，导致仪器测到的水量偏大［5]。

2.2 红光灌区

2.2.1 流量转化参数确定过程

测流断面选取在河段顺直，河床由河淤土组成。水位涨落缓慢。测试中，在各水位级均匀布置流量测次。为了减少误差，在雷达水位计处安装水尺，对水位进行对比观测。期间共测流量23 次，最大流量4.64 m3/s，最小流量0.442 m3/s；水位进行对比观测，水尺读数与水位计读数一致。红光灌区引水渠道情况示意图见图5，仪器安装见图6。

图5 红光灌区引水渠道示意图

图6 红光灌区仪器安装位置图

同上，为了确定流量合理性，对流量不确定度的计算。流量测验不确定度由流量测验随机不确定度和系统不确定度组成。

根据公式对灯塔灌区断面的流量不确定度进行计算，见表3。

表3 红光灌区断面的流量不确定度

根据表3 结果，断面实测的流量不确定度满足要求，流量资料可靠性较好。通过点绘实测水位流量，确定水位流量关系线，见图7。对上述水位流量关系曲线进行符号检验、适线检验和偏离检验，均合理。

图7 红光灌区水位流量关系曲线图

2.2.2 合理性分析

红光灌区2018年5月～9月用水位流量法推求水量为2363 万m3。根据灌溉定额推求红光灌区水量为1600 万m3；水文调查灌区灌溉用水量1578 万m3。实测水量与灌溉定额计算水量误差分别为47.7%，水量相差较大。实测水量与灌区计量水量误差为49.7%，误差偏大；经调查分析，是因为水位较低时灌区不进行取水计量，导致仪器测的水量偏大。

2.3 辽阳灌区

2.3.1 流量转化参数确定过程

测流断面选取在河段顺直，河床混凝土石板组成，主流偏左。辽阳灌区渠首示意图见图8，仪器安装位置及测流断面图见图9。

图8 辽阳灌区渠首示意图

图9 辽阳灌区水位计安装位置图

比测中，流量测次在各流量级进行均匀布置。为了减少误差，流量比测的同步性最为关键，明渠流量计和流速仪测流同时进行，以最大限度的保证流量测验精度和代表性。期间共比测25 次流量，最大流量24.1 m3/s，最小流量7.22 m3/s。

为确定流量合理性，对流量不确定度的计算。流量测验不确定度由流量测验随机不确定度和系统不确定度组成。根据公式对灯塔灌区断面的流量不确定度进行计算，见表4。

表4 辽阳灌区断面的流量不确定度

根据表4 结果，断面实测的流量不确定度满足要求，流量资料可靠性较好。

以同一时刻施测的流量，横坐标（X）为明渠流量计流量，纵坐标为流速仪施测流量，点绘流速仪与明渠流量计实测流量对比关系见图10。流速仪与明渠流量计施测流量对比分析表见表5。

图10 流速仪与明渠流量计实测流量对比关系图

表5 流速仪与明渠流量计施测流量对比分析表

通过表5 计算发现个别误差较大，分析原因为明渠流量计被漂浮物遮挡，根据分析和调查将有漂浮物影响的测次剔除后，最终确定流速仪与明渠流量计实测流量对比关系见图11。

图11 最终确定实测流量对比关系图

从图11 可以看出，流速仪施测流量与明渠流量计流量呈单一线性关系，相关系数为1.0418。

2.3.2 合理性分析

辽阳灌区2018年5月～9月按照相关系数推求水量为10105 万m3。根据灌溉定额推求辽阳灌区水量为9600 万m3；水文调查灌区灌溉用水量9017 万m3。实测水量与灌溉定额计算水量误差为5.3%，两者水量相差不大。实测水量与灌区计量水量误差为12.1%，误差相差不大；经调查分析，是因为流量较小时灌区不计量，导致仪器测的水量偏大。

3 结论及存在问题

3.1 结论

本文阐述了辽阳地区三个主要灌区农业灌溉取水监测流量转化参数确定及合理性分析的过程，运用多次现场实测流量测验数据及定线成果确定流量转化率参数，并通过水量确定其合理性。可以看出，通过对各监测站点实测流量成果表、水位流量关系线检验、标准差计算及水位流量关系定线计算表进行分析统计，定线精度总体较好，流量转化参数合理可靠［6]。同时，后期将继续进行不同工情、水情下的率定测验及时对流量转化率参数进行校核，为实现最严格水资源管理提供技术支撑［7]。

3.2 存在问题

通过辽阳地区三个主要灌区农业灌溉取水监测流量转化参数确定及合理性分析的过程，发现出存在以下问题：①明渠流量计灌溉期水中夹杂大量的漂浮物很容易致使流量计被遮挡，导致流量数据飘忽不定，无法确定是否有漂浮物，对水量变化影响较大。②水位站水位站存在水位突然变化情况，对设备稳定性要求高。③数据监测平台瞬时数据和存储数据不一致，对数据处理有一定影响。