一种滴灌灌溉均匀度评价方法

摘要

本发明涉及一种农田水利领域，涉及一种滴灌灌水均匀度评价方法。一种滴灌灌溉均匀度评价方法，包括以下步骤：随机选择滴灌用地田间部分选取灌水均匀度矩形测量中心；在所述矩形测量中心边线的一周上，均匀设置8个土壤含水量测量点；对灌区进行灌水；分别对每个所述含水量测量点2下方0-80cm处的测量其土壤含水量，深度每隔20cm测量一次；分别计算在0cm、20cm、40cm、60cm、80cm不同深度处的土壤含水量标准差s；根据土壤含水量标准差s，来评价滴灌灌水均匀度，评价等级分为很好、好、一般、差四个等级。本发明操作简单方便、经济实用，提供的灌溉水利用系数评价更准确，进一步提高了滴灌节水效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种农田水利领域，具体涉及一种滴灌灌水均匀度评价方法。

背景技术

新疆地处欧亚大陆腹地，远离海洋，四周高山怀抱，是典型的温带大陆性气候， 年降水量190mm，为全国平均降雨量的四分之一，是全国降水量最少的地区，加之气 候干燥，蒸发强烈，水资源时空分布不均匀，水资源短缺问题更加突出，据统计表明， 新疆每年缺水约54亿m³，其中农业灌溉缺水占约32亿m³。新疆独特的地理环境决定 了节水灌溉技术是解决农业缺水的根本途径，新疆农业的发展离不开节水灌溉技术的 发展。滴灌最为节水灌溉技术最典型的代表技术之一，先后经历了滴灌试点阶段 (1974-1985年)、滴灌示范推广阶段(1986-1990年)、滴灌制造设备引进阶段 (1990-1996年)、滴灌高速推广阶段(1993-2007年)、滴灌稳定普及阶段。1995年， 新疆兵团结合新疆自身特点，开始引进和开发高效节水滴灌技术，通过八师、新疆天 业集团及相关科研单位的联合攻关，经过5年多时间科研、试验，成功开发了适合农 业耕作高效节水的滴灌技术——膜下滴灌技术，同时也加快了节水灌溉面积的推广速 度，由2000年兵团节水灌溉种植面积的24.98万亩，到2002年180万亩，再到2008 年600万亩，最后到2010年1000万亩，经过近10多年农业高效节水灌溉事业的发展， 新疆已经成为高效节水灌溉技术国内领先者。但是，滴灌技术在大田种植下的发展潜 力依然很大，根据作物的生理特性，还可以进一步优化作物灌溉制度，再次提高灌溉 水的田间利用系数。

当前，灌溉水利用系数是制约农田灌溉节水发展的最大因素，灌溉水利用系数的 高低直接影响到节水效率，而提高灌溉水利用系数的本质是通过提高灌水均匀度来实 现。灌水均匀度通常分两部分，分别是灌溉系统灌水均匀度和土壤湿润均匀度，前者 是评价灌水系统和设备品质高低的重要指标，同时也是水力设计标准参数之一；后者 是指灌溉范围内田间土壤湿润的均匀程度，是评价灌溉工程或灌水技术的好坏重要指 标。

滴灌灌水均匀度评价包括滴灌工程灌溉系统灌水均匀度和土壤湿润均匀度两部分 内容。目前，灌水系统的灌水均匀度是以克里斯琴森均匀系数(Cu)表示：

$C_u=1-\frac{\overline{\mathrm{\Delta q}}}{q}$

$\overline{\mathrm{\Delta q}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}|q_i-\bar{q}|$

$\bar{q}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{q}_i$

式中：C_u—灌水均匀系数；

—灌水器流量的平均偏差，L/h；

q—灌水器流量，L/h；

—灌水器平均流量，L/h；

n—灌水器数目

由此公式评价灌溉系统灌水均匀度可知，滴头流量是主要影响灌水系统灌水均匀 度的指标，滴头流量大小又受灌水方式的影响，而影响不同灌水方式因素主要包括灌 水器压力差异、灌水器制造偏差、土壤质地、灌水器温度差异、毛管间距、灌水器间 距、灌水器流量、不同灌溉制度、坡度变化、毛管压力水头变化、堵塞情况等。

目前针对滴灌工程土壤湿润均匀程度评价可通过计算配水均匀度EU(％)来评价：

$\mathrm{EU}=\frac{q_{25\%}}{q_a^{\prime }}\times 100\%$

式中：q_25％—为占田间实测流量数据25％的低流量数据的平均值，L/h；

q′_a—田间所有灌水器实测流量平均值，L/h；

研究表明，滴灌均匀性直接影响土壤水分空间分布。土壤水分空间分布主要 通过滴头流量与湿润体关系来表明，目前，对于滴灌，多集中在滴头点源灌溉下 土壤湿润体特性研究，对大田尺度及线源或面源进行研究较少，滴灌工程上未有 效解决灌溉中空间尺度转换问题，同时，对于均匀度计算时，测样点位置选取及 样本数量也未做明确规定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可通过直接测量不同深度土壤含水量，建立一个操作 简单方便、经济实用的滴灌灌水均匀度评价方法。

本发明公开了一种滴灌灌溉均匀度评价方法，其特征在于包括以下步骤：

一种滴灌灌溉均匀度评价方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)随机选择滴灌用地田间部分，该部分至少包括连续三根滴灌带，分别为滴灌 带A7、滴灌带B6、滴灌带C5；

(2)选取灌水均匀度矩形测量中心1，所述矩形测量中心1选取方法为：将滴灌 带B6中心点作为测量区域中心点，由滴灌带A7、滴灌带B6之间的中心线以及滴灌 带B6、滴灌带C5之间的中心线作为矩形测量中心1的其中两个宽边线9，与滴灌带 B6垂直方向，距滴灌带B中心点4前后处的直线作为矩形测量中心1的其中两个长 边线8，构成矩形测量中心区域，其中，矩形测量中心的长为宽为其中|AB|指滴灌带A7、滴灌带B6之间的距离，|BC|指滴灌带B6、滴灌带C5之间的 距离，L_b为滴灌带B6的长度；

在所述矩形测量中心1所形成的矩形边线的一周上，均匀设置8个土壤含水量测 量点2，标号分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ；

(3)对灌区进行灌水，灌水时间为18～24h；在灌水完成后，自然条件下，土壤 渗透18～24h；

(4)在所述矩形测量中心1的8个含水量测量点2处，分别对每个所述含水量测 量点2下方0-80cm处的测量其土壤含水量，深度每隔20cm测量一次；同一深度测得 的不同点含水量分别记为：β₁、β₂、β₃、β₄、β₅、β₆、β₇、β₈；

(5)分别计算在0cm、20cm、40cm、60cm、80cm不同深度处的8个含水量测 量点2的含水量平均值即计算出5个不同深度的含水量平均值公式如下：

$\bar{\beta }=({\beta }_1+{\beta }_2+{\beta }_3+......+{\beta }_8)/8;$

其中β₁表示在上述任一深度下，第Ⅰ检测点的含水量，同理，β₂表示在同一深度 下，第Ⅱ检测点的含水量，依次类推，β₈表示在上述同一深度下，第Ⅷ检测点的含水 量；

(6)分别计算在0cm、20cm、40cm、60cm、80cm不同深度处的土壤含水量标 准差，即计算出5个不同深度的土壤含水量标准差s，公式如下：

$s=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}({\beta }_i-\bar{\beta })}{n}};$

其中n＝8；

(7)根据上述得出的不同深度即在0cm、20cm、40cm、60cm、80cm处计算得 出的5个土壤含水量标准差s，来评价滴灌灌水均匀度；评价等级分为很好、好、一 般、差四个等级，分别为：

当S≤1％时，评价等级为“很好”；

当1％<S≤2％时，评价等级为“好”；

当2％<S≤3％时，评价等级为“一般”；

当3％<S≤4％时，评价等级为“差”；

将上述得到的5个土壤含水量标准差s分别进行评定确定评价等级，最后选取等 级最差的评定结果作为选择滴灌用地的灌溉均匀度的最终评价结果。

在实际测量工作中，利用本发明所提供的滴灌灌溉均匀度评价方法，取得了良好 的效果，如在新疆石河子市果品公司一站2号地进行滴灌试验，滴头设计流量为2.8L/h， 该试验地用克里斯琴森均匀系数(Cu)表示其灌水系统灌水均匀度：

$C_u=1-\frac{\overline{\mathrm{\Delta q}}}{q}$

$\overline{\mathrm{\Delta q}}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}|q_i-\bar{q}|$

$\bar{q}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{q}_i$

其中取10个灌水器做实验，得出C_u＝94.2％。

根据灌水均匀系数可评价此灌水系统灌水均匀度较好，与本发明中所采用技术评 价结果基本一致，存在较小的偏差，两种评价方式存在偏差原因在于，用克里斯琴森 均匀系数评价是在线源灌溉，用本发明技术是面源灌溉，面源灌溉各滴头湿润区相互 作用，更能较好地评价滴灌灌溉均匀度。

与现有技术相比，本发明所提供的灌水均匀度的评价方法，是通过直接测量不同 深度土壤含水量，该均匀度评价方法操作简单方便、经济实用，提供的灌溉水利用系 数评价更准确，更为符合生产实际需要，进一步提高了滴灌节水效率。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图中所示：1为矩形测量中心，2为含水量测量点，3为滴灌用地，4为滴灌带B 中心点，5为滴灌带C，6为滴灌带B，7为滴灌带A，8为长边线，9为宽边线。

具体实施方式

实施例1：

参照图1，一种滴灌灌溉均匀度评价方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)在新疆石河子市果品公司一站2号地进行滴灌试验，随机选择滴灌用地田间 部分，该部分至少包括连续三根滴灌带，分别为滴灌带A7、滴灌带B6、滴灌带C5；

(2)选取灌水均匀度矩形测量中心1，所述矩形测量中心1选取方法为：将滴灌 带B6中心点作为测量区域中心点，由滴灌带A7、滴灌带B6之间的中心线以及滴灌 带B6、滴灌带C5之间的中心线作为矩形测量中心1的其中两个宽边线9，与滴灌带 B6垂直方向，距滴灌带B中心点4前后处的直线作为矩形测量中心1的其中两个长 边线8，构成矩形测量中心区域，其中，矩形测量中心的长为宽为其中|AB|指滴灌带A7、滴灌带B6之间的距离，|BC|指滴灌带B6、滴灌带C5之间的 距离，L_b为滴灌带B6的长度；

在所述矩形测量中心1所形成的矩形边线的一周上，均匀设置8个土壤含水量测 量点2，标号分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ；

(3)对灌区进行灌水，灌水时间为18h；在灌水完成后，自然条件下，土壤渗透 24h；

(4)在所述矩形测量中心的8个测量点处，分别对每个所述测量点下方0-80cm 处的测量其土壤含水量，深度每隔20cm测量一次；同一深度测得的不同点含水量分 别记为：β₁、β₂、β₃、β₄、β₅、β₆、β₇、β₈；

(5)分别计算在0cm、20cm、40cm、60cm、80cm不同深度处的矩形8个测量 点的含水量平均值即计算出5个不同深度的含水量平均值公式如下： $\bar{\beta }=({\beta }_1+{\beta }_2+{\beta }_3+......+{\beta }_8)/8;$

其中β₁表示在上述任一深度下，第Ⅰ检测点的含水量，同理，β₂表示在同一深度 下，第Ⅱ检测点的含水量，依次类推，β₈表示在上述同一深度下，第Ⅷ检测点的含水 量；试验测得8个点，不同深度处含水量最大含水量26％，最小含水量14％。分别计 算各点同一深度(依次为0、20、40、60、80cm处)的平均值为16.13％、24.13％、 24.13％、23.13％、16.38％，

(6)分别计算在0cm、20cm、40cm、60cm、80cm不同深度处的土壤含水量标 准差，即计算出5个不同深度的土壤含水量标准差s，公式如下：

$s=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}({\beta }_i-\bar{\beta })}{n}};$

其中n＝8；

(7)根据上述得出的不同深度即在0cm、20cm、40cm、60cm、80cm处计算得 出的5个土壤含水量标准差s，来评价滴灌灌水均匀度；评价等级分为很好、好、一 般、差四个等级，分别为：

当S≤1％时，评价等级为“很好”；

当1％<S≤2％时，评价等级为“好”；

当2％<S≤3％时，评价等级为“一般”；

当3％<S≤4％时，评价等级为“差”；

将上述得到的5个土壤含水量标准差s分别进行评定确定评价等级，最后选取等 级最差的评定结果作为选择滴灌用地的灌溉均匀度的最终评价结果。

计算各点同一深度处各点标准差(依次为0、20、40、60、80cm处)为1.17％、 1.17％、1.05％、1.76％、1.32％，s值均小于2％，故判定该试验区滴灌灌水均匀度等级 为“好”。

实施例2：

一种滴灌灌溉均匀度评价方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)位于新疆生产建设兵团第十三师红星一场园艺二场，进行大枣滴灌试验，随 机选择滴灌用地田间部分，该部分至少包括连续三根滴灌带，分别为滴灌带A、滴灌 带B、滴灌带C；

(2)选取灌水均匀度矩形测量中心，所述矩形测量中心选取方法为：将滴灌带B 中心点作为测量区域中心点，由滴灌带A、滴灌带B之间的中心线以及滴灌带B、滴 灌带C之间的中心线作为矩形测量中心的其中两个宽边线，与滴灌带B垂直方向，距 滴灌带B中心点前后处的直线作为矩形测量中心的其中两个长边线，构成矩形测量 中心区域，其中，矩形的长为宽为其中|AB|指滴灌带A、滴灌带B 之间的距离，|BC|指滴灌带B、滴灌带C之间的距离，L_b为滴灌带B的长度；

在所述矩形测量中心所形成的矩形边线的一周上，均匀设置8个土壤含水量测量 点，标号分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ；

(3)对灌区进行灌水，灌水时间为20h；在灌水完成后，自然条件下，土壤渗透 20h；

(4)在所述矩形测量中心的8个测量点处，分别对每个所述测量点下方0-80cm 处的测量其土壤含水量，深度每隔20cm测量一次；同一深度测得的不同点含水量分 别记为：β₁、β₂、β₃、β₄、β₅、β₆、β₇、β₈；

(5)分别计算在0cm、20cm、40cm、60cm、80cm不同深度处的矩形8个测量 点的含水量平均值即计算出5个不同深度的含水量平均值公式如下：

$\bar{\beta }=({\beta }_1+{\beta }_2+{\beta }_3+......+{\beta }_8)/8;$

其中β₁表示在上述任一深度下，第Ⅰ检测点的含水量，同理，β₂表示在同一深度 下，第Ⅱ检测点的含水量，依次类推，β₈表示在上述同一深度下，第Ⅷ检测点的含水 量；试验测得8个点，不同深度处含水量最大含水量23.1％，最小含水量0％。

(6)分别计算在0cm、20cm、40cm、60cm、80cm不同深度处的土壤含水量标 准差，即计算出5个不同深度的土壤含水量标准差s，公式如下：

$s=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}({\beta }_i-\bar{\beta })}{n}};$

其中n＝8；

(7)根据上述得出的不同深度即在0cm、20cm、40cm、60cm、80cm处计算得 出的5个土壤含水量标准差s，来评价滴灌灌水均匀度；评价等级分为很好、好、一 般、差四个等级，分别为：

当S≤1％时，评价等级为“很好”；

当1％<S≤2％时，评价等级为“好”；

当2％<S≤3％时，评价等级为“一般”；

当3％<S≤4％时，评价等级为“差”；

将上述得到的5个土壤含水量标准差s分别进行评定确定评价等级，最后选取等 级最差的评定结果作为选择滴灌用地的灌溉均匀度的最终评价结果。

分别计算各点同一深度(依次为0、20、40、60、80cm处)的平均值为0％、5.18％、 8.71％、7.95％、14.99％，故计算各点同一深度处各点标准差(依次为0、20、40、60、 80cm处)为0、3.74％、2.67％、5.10％、5.42％，其中s值有大于4％，故判定该试验区 滴灌灌水均匀度等级为“差”。

实施例3：

与实施例1相比，本实施例的不同之处在于实验用地位于石河子122团，进行暗 管排盐滴灌试验，对灌区进行灌水，灌水时间为24h；在灌水完成后，自然条件下， 土壤渗透18h；

试验测得8个点，不同深度处含水量最大含水量23％，最小含水量0％。分别计算 各点同一深度(依次为0、20、40、60、80cm处)的平均值为1.55％、14.36％、13.03％、 16.13％、20.38％，故计算各点同一深度处各点标准差(依次为0、20、40、60、80cm 处)为1.41％、1.38％、1.35％、1.77％、1.80％，其中s值有均小于2％，故判定该试验 区滴灌灌水均匀度等级为“好”。

实施例4：

与实施例1相比，本实施例的不同之处在于实验用地位于石河子下野地垦区，进 行棉花滴灌试验，对灌区进行灌水，灌水时间为19h；在灌水完成后，自然条件下， 土壤渗透21h；

试验测得8个点，不同深度处含水量最大含水量23％，最小含水量0.2％。分别计 算各点同一深度(依次为0、20、40、60、80cm处)的平均值为1.88％、16.28％、15.85％、 15.89％、20.00％，故计算各点同一深度处各点标准差(依次为0、20、40、60、80cm 处)为1.32％、1.75％、2.05％、1.63％、1.73％，其中s值有大于2％且均小于3％，故判 定该试验区滴灌灌水均匀度等级为“一般”。

实施例5：

与实施例1相比，本实施例的不同之处在于实验用地位于石河子莫索湾垦区，进 行葡萄滴灌试验，对灌区进行灌水，灌水时间为21h；在灌水完成后，自然条件下， 土壤渗透23h；

试验测得8个点，不同深度处含水量最大含水量22％，最小含水量0％。分别计算 各点同一深度(依次为0、20、40、60、80cm处)的平均值为0.24％、15.83％、13.21％、 15.96％、18.73％，故计算各点同一深度处各点标准差(依次为0、20、40、60、80cm 处)为0.29％、1.66％、1.55％、0.58％、1.89％，其中s值均小于2％，故判定该试验区 滴灌灌水均匀度等级为“好”。

实施例6：

与实施例1相比，本实施例的不同之处在于实验用地位于新疆生产建设兵团第十 三师红星一场园艺二场，进行葡萄滴灌试验，试验测得8个点，不同深度处含水量最 大含水量18.83％，最小含水量1.2％。分别计算各点同一深度(依次为0、20、40、60、 80cm处)的平均值为1.83％、6.51％、12.50％、13.95％、15.66％，故计算各点同一深度 处各点标准差(依次为0、20、40、60、80cm处)为0.43％、1.03％、2.74％、3.4％、 1.88％，其中s值有大于3％且均小于4％，故判定该试验区滴灌灌水均匀度等级为“差”。

实施例7：

与实施例1相比，本实施例的不同之处在于实验用地位于石河子市143团，进行 棉花滴灌试验，试验测得8个点，不同深度处含水量最大含水量19.34％，最小含水量 0％。分别计算各点同一深度(依次为0、20、40、60、80cm处)的平均值为0％、9.23％、 14.6％、17.90％、18.71％，故计算各点同一深度处各点标准差(依次为0、20、40、60、 80cm处)为0％、2.41％、3.27％、2.56％、1.77％，其中s值有大于3％且均小于4％，故 判定该试验区滴灌灌水均匀度等级为“差”。