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摘要青峰岭灌区田间分水过程和节水灌溉以及田间的农艺节水这三个方面的节水问题是薄弱环节，限制了农业灌溉的节水效果。在青峰岭水库灌区节水灌溉研究中，自进水闸、节制闸远程控制、现场遥控控制、渠系测水量水、渠系建筑物安全监控进行了全面研究应用；进行了土壤墒情自动测报、作物需水量模拟与灌溉会商决策研究；研究并推广应用了渠系工程信息化管理、灌溉土地不同作物、不同地块、不同用水户查询管理等。
关键词：灌溉节水技术、墒情自动测报、会商决策、渠系建筑物监控、信息化管理
中图分类号：TU991.64 文献标识码：A 文章编号：
1前言
目前，田间分水过程和农田水平的节水灌溉以及田间的农艺节水这三个方面的节水问题仍然是薄弱环节，限制了农业灌溉的节水效果。主要表现为，末级渠道的输水工程“有人建、有人用、无人管、无人修”；用水自由化，田间用水缺乏计量手段，大锅饭式水费，取水方便的上游灌水量严重超标，而下游取水困难的田块用水无以保障；手段单一，只重视工程技术，不按作物需水量进行灌溉，无法实现田间水平上的农艺节水。
2灌区概况
青峰岭水库灌区位于莒县中部冲积平原，设计灌溉面积30.5万亩，有效灌溉面积14.16万亩。全灌区干支渠总长224.5km，渠道大部分没有进行防渗衬砌，灌区灌溉水利用系数0.4左右。地势西北高东南低。地面平坦，坡度在1/500～1/1000，地面高程在95～148m之间。土层深厚，土质肥沃，是莒县主要商品粮生产基地。灌区农作物主要有小麦、玉米、水稻、薯类、花生等，以小麦、玉米或麦稻轮作为主。
青峰岭水库灌区的末级渠系工程项目，是一个集水利土建工程建设、灌区自动化设备的安装、水价体系和管理改革为一体的综合性工程。因而有必要对科学用水的理论方法和技术措施，以及实现的过程和信息化平台等问题做深入细致的研究，并在本项目中得到推广及应用，力争提高科学用水的管理水平，实现高效用水的最终目的。
3灌区用水决策研究
青峰岭灌区管理信息化构建基于Internet的平台，支撑科学用水管理活动中的土壤墒情、气象水文、用水计量、闸门远程控制、各溢洪闸视频监控等信息的采集，自动执行信息处理程序，监测结果或决策信息发布支持用户的请求提供信息服务。农田土壤墒情、灌溉用水量自动获取并发送到网络数据库，服务器自动联网进行信息处理，墒情信息结合作物和气候因素进行灌溉决策；水量信息用于灌水动态管理，并自动生成水费账目；协会、灌区管理单位、水利行政部门均可通过网络了解墒情、查看水量、咨询灌溉。监测信息的采集包括土壤墒情监测与气象要素监测、灌溉用水计量、供水枢纽的测控、用户和地块信息。
整个系统主要包括七项功能：灌区气象和农田土壤墒情监测、用水决策、灌溉用水计量、管理信息化、各干渠及溢洪闸安全视频监控、闸门远程控制、指挥中心会商系统。
3.1灌区气象和农田土壤墒情的自动监测
在灌区内设一处小型自动气象站，监测风速、温湿度、太阳辐射、降雨等气象要素，数据自动发送至网络数据库。
气象监测数据的目的主要是计算蒸发力，进而推算作物需水量。同时作为气象信息在信息系统上进行发布，供灌区相关部门和用户参考。
在灌区内布置四处土壤墒情监测网点，监测土壤墒情变化，数据自动发送至网络数据库。将传感器埋设在25-27cm土壤深度，依据相关的研究结论可计算出根系层（0-70cm）的土壤含水量，完全可以满足对土壤水分状况的评价要求。
3.2灌区主要作物生育期的灌溉需水分析
从长期水分平衡的角度，不考虑地下水对作物耗水的供给，将作物需水量与同期降雨进行对比，可以得出需要灌溉的干旱时段和灌溉量。
需水量的计算是以没有土壤水分的状况下，得出的作物最大需水量，它反映了作物在某个时期的最大耗水能力。为了准确把握多年规律，降雨和需水量都是多年平均的同期数据，其中降雨数据是多年平均同期降雨量折合到每日的水量，以毫米计。
从灌区几种主要作物生长期内的需水-降水平衡关系，可以得出，本区主要需水时期是冬小麦生长的春季，多年平均来看，每亩需要120m3的净灌溉定额。水稻需要一定的灌溉量，虽然总水量不多，但由于是水田作物，使用的数据只是一个理论值的平衡结果，短期的干旱会造成减产，因此实际灌溉量应略大于平均计算数据。
3.3作物需水量模拟与灌溉决策研究
有一种作物耗水量的模拟方法是基于SPAC（Soil-Plant-AtmosphereContinuum）概念模型，即蒸散量为土壤-植物-大气连续体系系统中水分的传输速率，水在该系统中的流动互相衔接，农田的蒸散量主要取决于蒸发力的大小、作物因素、土壤供水能力三个方面，大多数作物耗水量计算的模型都是采用这种思路建立的，其中ET0（参考作物需水量）的计算理论比较成熟，多采用Penman公式，然后根据作物系数和土壤水分计算蒸散量。
3.4用水决策系统与会商
依据气象和土壤墒情监测数据，提供灌溉决策支持。主要内容包括：灌水预期，用水计划，灌水时机与水量、优化调度与决策信息的反馈。
3.4.1灌溉决策系统
功能：判断是否需要灌溉，计算灌溉量，不需灌溉时估算土壤中有效储水量可供作物耗水的天数。
方法：依据墒情监测数据，参考作物需水量-降水量关系模型进行灌溉决策。土壤水分达到需要灌溉的状态时，可根据土层最大储水量计算出灌溉量。但需参考作物需水-降水量多年平均变化规律，如该时期属降水过剩阶段，则应该降低灌水量。
4用水计量与控制研究
4.1用水计量
在灌区内布置七处用水计量监测网点，在渠网关键分水处（支渠、斗渠、农渠入口）设计量水设施，对进入各级渠道的水量进行测量。水位采集频率为2HZ，数据发送频率为5分钟一次，保证水量数据的实时性。计量数据自动发送到网络数据库，并由上位中心计算机自动计算出水量。
重点技术要求是采集的频率、电源续航能力和后备措施、采集器的智能控制。水位传感器的精度应达到0.5cm，水位采集频率为2HZ，数据发送频率为5分钟一次，保证水量数据的实时性。非灌溉季节，每天发送一次数据，便于掌握设备状态。数据传输要有很高的可靠性。灌溉期间，设备恢复高频率的采集和发送状态。灌溉时，由于采集发送频率较高，设备的能源信息非常重要，信息系统应该对电源状况做出判断，并及时通知管理员。
各级渠道的用水量和用户用水量，由信息系统中心计算机自动完成。
4.2闸门控制研究设计
4.2.1监控中心功能
监控中心由调度操作台、上位监控计算机、通讯网络设备和监控软件组成。
监控中心的功能在于通过通讯网络，对监控的闸门、水位、流量信息进行统一的调度、实时的监控和全面的管理，并将现地设备监控数据、图形监控界面显示在上位计算机上，也可实时显示监控计算机界面。
4.2.2闸门监控系统功能
对闸门实现现地按钮控制和远程上位计算机控制。
4.3渠系枢纽工程安全视频监控
中央控制室的服务器需申请一个宽带公网IP地址，即可看到各个现场的实况。监控系统由监控前端、通信传输设备、远程接收端組成。
5.信息管理系统研究
5.1模块设计
包括：土壤墒情信息，作物长势，气象信息；灌溉决策；用水计量/运行监控；用水量记录查询/收费，水费收据打印；用户管理；系统维护：控制文件，运行参数，信息系统硬件运行状态控制。
5.2用户角色设计
用户角色主要包括：系统管理员，灌区管理员，用水户，收费员用户等。系统不接受多重角色，比如一个用水户同时又是灌区管理员，应该用不同的用户名注册用户。
6结语
经过应用土壤墒情自动测报、灌溉决策系统和渠系、灌溉土地信息化管理系统，青峰岭水库灌区效益显著：进水闸、节制闸得到有效及时控制，节省了大量人力物力，大大减少了水的浪费；针对水库灌区的实际，应用水位自动测报一体井采取明渠均匀流式量水，节省大量设备投资并大大提高运行可靠性和耐久性。
关键词：灌溉节水技术、墒情自动测报、会商决策、渠系建筑物监控、信息化管理
中图分类号：TU991.64 文献标识码：A 文章编号：
1前言
目前，田间分水过程和农田水平的节水灌溉以及田间的农艺节水这三个方面的节水问题仍然是薄弱环节，限制了农业灌溉的节水效果。主要表现为，末级渠道的输水工程“有人建、有人用、无人管、无人修”；用水自由化，田间用水缺乏计量手段，大锅饭式水费，取水方便的上游灌水量严重超标，而下游取水困难的田块用水无以保障；手段单一，只重视工程技术，不按作物需水量进行灌溉，无法实现田间水平上的农艺节水。
2灌区概况
青峰岭水库灌区位于莒县中部冲积平原，设计灌溉面积30.5万亩，有效灌溉面积14.16万亩。全灌区干支渠总长224.5km，渠道大部分没有进行防渗衬砌，灌区灌溉水利用系数0.4左右。地势西北高东南低。地面平坦，坡度在1/500～1/1000，地面高程在95～148m之间。土层深厚，土质肥沃，是莒县主要商品粮生产基地。灌区农作物主要有小麦、玉米、水稻、薯类、花生等，以小麦、玉米或麦稻轮作为主。
青峰岭水库灌区的末级渠系工程项目，是一个集水利土建工程建设、灌区自动化设备的安装、水价体系和管理改革为一体的综合性工程。因而有必要对科学用水的理论方法和技术措施，以及实现的过程和信息化平台等问题做深入细致的研究，并在本项目中得到推广及应用，力争提高科学用水的管理水平，实现高效用水的最终目的。
3灌区用水决策研究
青峰岭灌区管理信息化构建基于Internet的平台，支撑科学用水管理活动中的土壤墒情、气象水文、用水计量、闸门远程控制、各溢洪闸视频监控等信息的采集，自动执行信息处理程序，监测结果或决策信息发布支持用户的请求提供信息服务。农田土壤墒情、灌溉用水量自动获取并发送到网络数据库，服务器自动联网进行信息处理，墒情信息结合作物和气候因素进行灌溉决策；水量信息用于灌水动态管理，并自动生成水费账目；协会、灌区管理单位、水利行政部门均可通过网络了解墒情、查看水量、咨询灌溉。监测信息的采集包括土壤墒情监测与气象要素监测、灌溉用水计量、供水枢纽的测控、用户和地块信息。
整个系统主要包括七项功能：灌区气象和农田土壤墒情监测、用水决策、灌溉用水计量、管理信息化、各干渠及溢洪闸安全视频监控、闸门远程控制、指挥中心会商系统。
3.1灌区气象和农田土壤墒情的自动监测
在灌区内设一处小型自动气象站，监测风速、温湿度、太阳辐射、降雨等气象要素，数据自动发送至网络数据库。
气象监测数据的目的主要是计算蒸发力，进而推算作物需水量。同时作为气象信息在信息系统上进行发布，供灌区相关部门和用户参考。
在灌区内布置四处土壤墒情监测网点，监测土壤墒情变化，数据自动发送至网络数据库。将传感器埋设在25-27cm土壤深度，依据相关的研究结论可计算出根系层（0-70cm）的土壤含水量，完全可以满足对土壤水分状况的评价要求。
3.2灌区主要作物生育期的灌溉需水分析
从长期水分平衡的角度，不考虑地下水对作物耗水的供给，将作物需水量与同期降雨进行对比，可以得出需要灌溉的干旱时段和灌溉量。
需水量的计算是以没有土壤水分的状况下，得出的作物最大需水量，它反映了作物在某个时期的最大耗水能力。为了准确把握多年规律，降雨和需水量都是多年平均的同期数据，其中降雨数据是多年平均同期降雨量折合到每日的水量，以毫米计。
从灌区几种主要作物生长期内的需水-降水平衡关系，可以得出，本区主要需水时期是冬小麦生长的春季，多年平均来看，每亩需要120m3的净灌溉定额。水稻需要一定的灌溉量，虽然总水量不多，但由于是水田作物，使用的数据只是一个理论值的平衡结果，短期的干旱会造成减产，因此实际灌溉量应略大于平均计算数据。
3.3作物需水量模拟与灌溉决策研究
有一种作物耗水量的模拟方法是基于SPAC（Soil-Plant-AtmosphereContinuum）概念模型，即蒸散量为土壤-植物-大气连续体系系统中水分的传输速率，水在该系统中的流动互相衔接，农田的蒸散量主要取决于蒸发力的大小、作物因素、土壤供水能力三个方面，大多数作物耗水量计算的模型都是采用这种思路建立的，其中ET0（参考作物需水量）的计算理论比较成熟，多采用Penman公式，然后根据作物系数和土壤水分计算蒸散量。
3.4用水决策系统与会商
依据气象和土壤墒情监测数据，提供灌溉决策支持。主要内容包括：灌水预期，用水计划，灌水时机与水量、优化调度与决策信息的反馈。
3.4.1灌溉决策系统
功能：判断是否需要灌溉，计算灌溉量，不需灌溉时估算土壤中有效储水量可供作物耗水的天数。
方法：依据墒情监测数据，参考作物需水量-降水量关系模型进行灌溉决策。土壤水分达到需要灌溉的状态时，可根据土层最大储水量计算出灌溉量。但需参考作物需水-降水量多年平均变化规律，如该时期属降水过剩阶段，则应该降低灌水量。
4用水计量与控制研究
4.1用水计量
在灌区内布置七处用水计量监测网点，在渠网关键分水处（支渠、斗渠、农渠入口）设计量水设施，对进入各级渠道的水量进行测量。水位采集频率为2HZ，数据发送频率为5分钟一次，保证水量数据的实时性。计量数据自动发送到网络数据库，并由上位中心计算机自动计算出水量。
重点技术要求是采集的频率、电源续航能力和后备措施、采集器的智能控制。水位传感器的精度应达到0.5cm，水位采集频率为2HZ，数据发送频率为5分钟一次，保证水量数据的实时性。非灌溉季节，每天发送一次数据，便于掌握设备状态。数据传输要有很高的可靠性。灌溉期间，设备恢复高频率的采集和发送状态。灌溉时，由于采集发送频率较高，设备的能源信息非常重要，信息系统应该对电源状况做出判断，并及时通知管理员。
各级渠道的用水量和用户用水量，由信息系统中心计算机自动完成。
4.2闸门控制研究设计
4.2.1监控中心功能
监控中心由调度操作台、上位监控计算机、通讯网络设备和监控软件组成。
监控中心的功能在于通过通讯网络，对监控的闸门、水位、流量信息进行统一的调度、实时的监控和全面的管理，并将现地设备监控数据、图形监控界面显示在上位计算机上，也可实时显示监控计算机界面。
4.2.2闸门监控系统功能
对闸门实现现地按钮控制和远程上位计算机控制。
4.3渠系枢纽工程安全视频监控
中央控制室的服务器需申请一个宽带公网IP地址，即可看到各个现场的实况。监控系统由监控前端、通信传输设备、远程接收端組成。
5.信息管理系统研究
5.1模块设计
包括：土壤墒情信息，作物长势，气象信息；灌溉决策；用水计量/运行监控；用水量记录查询/收费，水费收据打印；用户管理；系统维护：控制文件，运行参数，信息系统硬件运行状态控制。
5.2用户角色设计
用户角色主要包括：系统管理员，灌区管理员，用水户，收费员用户等。系统不接受多重角色，比如一个用水户同时又是灌区管理员，应该用不同的用户名注册用户。
6结语
经过应用土壤墒情自动测报、灌溉决策系统和渠系、灌溉土地信息化管理系统，青峰岭水库灌区效益显著：进水闸、节制闸得到有效及时控制，节省了大量人力物力，大大减少了水的浪费；针对水库灌区的实际，应用水位自动测报一体井采取明渠均匀流式量水，节省大量设备投资并大大提高运行可靠性和耐久性。