一种灌区排水系统的参数生成方法及装置与流程

本发明涉及灌区排水系统领域，尤其是一种灌区排水系统的参数生成方法及装置。

背景技术：

近年来，随着全球变化的加剧，极端降水事件频发、江河洪水泛滥常常造成农田受淹，排水系统的安装是减少洪水灾害的必要措施。现有的灌区均配有排水工程，但由于过去多采用经验公式法来推算排水模数，存在较大误差，进而导致农田防洪治涝工程的设计标准存在偏差，最终导致洪水来临时农作物受淹，造成巨大损失。

技术实现要素：

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种灌区排水系统的参数生成方法及装置，用以实现对排水系统的设计参数进行精确的确定，提高排水系统的设计精度。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供的灌区排水系统的参数生成方法，包括：

获取灌区在预设灌溉时间段内的灌溉水量、降水量、蒸散量和下渗量；

获取所述灌区在未进行灌溉前的第一土壤蓄水量以及所述灌区在进行预设灌溉时间段后的第二土壤蓄水量；

根据所述灌溉水量、所述降水量、所述蒸散量、所述下渗量、所述第一土壤蓄水量和所述第二土壤蓄水量，确定所述灌区的排水模数；

根据所确定的排水模数，生成灌区排水系统的设计参数。

优选地，所述根据所述灌溉水量、所述降水量、所述蒸散量、所述下渗量、所述第一土壤蓄水量和所述第二土壤蓄水量，确定所述灌区的排水模数的步骤包括：

根据所述灌溉水量、所述降水量、所述蒸散量、所述下渗量、所述第一土壤蓄水量和所述第二土壤蓄水量，确定所述灌区在所述预设灌溉时间段内的排水量；

根据所述灌区在所述预设灌溉时间段内的排水量，确定所述灌区的排水模数。

优选地，通过公式

Q₀＝Q₁+P-ET-L+W₁-W₂

获得所述灌区在所述预设灌溉时间段内的排水量，其中，Q₁为所述灌溉水量，P为所述降水量，ET为所述蒸散量，L为所述下渗量，W₁为所述第一土壤蓄水量，W₂为所述第二土壤蓄水量；

通过公式

获得所述排水模数q，其中，Q₀为所述排水量，S为所述灌区的面积，T为所述预设灌溉时间段的时长。

优选地，所述获取所述灌区在预设灌溉时间段内的蒸散量的步骤包括：

获取所述灌区的土壤最大有效水量、土壤有效水量、潜在蒸散量；

在所述降水量的数值大于等于所述潜在蒸散量的数值时，或在所述降水量的数值小于所述潜在蒸散量的数值且所述土壤有效水量大于等于所述土壤最大有效水量的一半时，确定所述蒸散量的数值为所述潜在蒸散量；

在所述降水量的数值小于所述潜在蒸散量的数值且所述土壤有效水量小于所述土壤最大有效水量的一半时，根据所述降水量、所述土壤最大有效水量、土壤有效水量、潜在蒸散量，确定所述蒸散量的数值。

优选地，所述获取所述灌区在预设灌溉时间段内的下渗量的步骤包括：

获取所述灌区在进行灌溉后的田间持水量；

在所述第二土壤蓄水量的数值小于等于所述田间持水量时，确定所述下渗量的数值为零；

在所述第二土壤蓄水量的数值大于所述田间持水量时，确定所述下渗量的数值为所述第二土壤蓄水量与所述田间持水量的差值。

优选地，通过公式

ET_p＝K_c*ET₀

获取所述灌区的潜在蒸散量ET_p，其中，K_c为所述灌区内种植的具体农作物的作物系数，ET₀为灌区内种植的具体农作物的参考作物蒸散量，ET₀通过彭曼公式获得。

优选地，在所述降水量的数值小于所述潜在蒸散量的数值且所述土壤有效水量小于所述土壤最大有效水量的一半时，通过公式

获得所述蒸散量ET，其中，P为所述降水量，W_p为所述土壤有效水量,ET_p为所述潜在蒸散量。

优选地，所述设计参数包括：排水沟的断面尺寸。

根据本发明的另一方面，本发明实施例还提供了一种灌区排水系统的参数生成装置，包括：

第一获取模块，用于获取灌区在预设灌溉时间段内的灌溉水量、降水量、蒸散量和下渗量；

第二获取模块，用于获取所述灌区在未进行灌溉前的第一土壤蓄水量以及所述灌区在进行预设灌溉时间段后的第二土壤蓄水量；

确定模块，用于根据所述灌溉水量、所述降水量、所述蒸散量、所述下渗量、所述第一土壤蓄水量和所述第二土壤蓄水量，确定所述灌区的排水模数；

生成模块，用于根据所确定的排水模数，生成灌区排水系统的设计参数。

优选地，所述确定模块包括：

第一确定单元，用于根据所述灌溉水量、所述降水量、所述蒸散量、所述下渗量、所述第一土壤蓄水量和所述第二土壤蓄水量，确定所述灌区在所述预设灌溉时间段内的排水量；

第二确定单元，用于根据所述灌区在所述预设灌溉时间段内的排水量，确定所述灌区的排水模数。

优选地，所述第一确定单元通过公式

Q₀＝Q₁+P-ET-L+W₁-W₂

获得所述灌区在所述预设灌溉时间段内的排水量，其中，Q₁为所述灌溉水量，P为所述降水量，ET为所述蒸散量，L为所述下渗量，W₁为所述第一土壤蓄水量，W₂为所述第二土壤蓄水量；

所述第二确定单元通过公式

获得所述排水模数q，其中，Q₀为所述排水量，S为所述灌区的面积，T为所述预设灌溉时间段的时长。

优选地，所述第一获取模块包括：

第一获取单元，用于获取所述灌区的土壤最大有效水量、土壤有效水量、潜在蒸散量；

第三确定单元，用于在所述降水量的数值大于等于所述潜在蒸散量的数值时，或在所述降水量的数值小于所述潜在蒸散量的数值且所述土壤有效水量大于等于所述土壤最大有效水量的一半时，确定所述蒸散量的数值为所述潜在蒸散量；

第四确定单元，用于在所述降水量的数值小于所述潜在蒸散量的数值且所述土壤有效水量小于所述土壤最大有效水量的一半时，根据所述降水量、所述土壤最大有效水量、土壤有效水量、潜在蒸散量，确定所述蒸散量的数值。

优选地，所述第一获取模块包括：

第二获取单元，用于获取所述灌区在进行灌溉后的田间持水量；

第五确定单元，用于在所述第二土壤蓄水量的数值小于等于所述田间持水量时，确定所述下渗量的数值为零；

第六确定单元，用于在所述第二土壤蓄水量的数值大于所述田间持水量时，确定所述下渗量的数值为所述第二土壤蓄水量与所述田间持水量的差值。

优选地，所述第一获取单元通过公式

ET_p＝K_c*ET₀

获取所述灌区的潜在蒸散量ET_p，其中，K_c为所述灌区内种植的具体农作物的作物系数，ET₀为灌区内种植的具体农作物的参考作物蒸散量，ET₀通过彭曼公式获得。

优选地，所述第三确定单元通过公式

获得所述蒸散量ET，其中，P为所述降水量，W_p为所述土壤有效水量,ET_p为所述潜在蒸散量。

优选地，所述设计参数包括：排水沟的断面尺寸。

与现有技术相比，本发明实施例提供的灌区排水系统的参数生成方法，至少具有以下有益效果：

通过对灌区排水模数的获取，进而实现对灌区排水系统的参数进行生成，由于本发明实施例中获取得到的排水模数的精度更高，因而使得生成的灌区排水系统的参数的精度更高。

附图说明

图1为本发明第一实施例所述的灌区排水系统的参数生成方法的结构示意图；

图2为本发明第二实施例所述的灌区排水系统的参数生成方法的结构示意图；

图3为本发明第三实施例所述的灌区排水系统的参数生成方法的结构示意图；

图4为本发明第四实施例所述的灌区排水系统的参数生成装置的结构示意图；

图5为本发明第四实施例所述的灌区排水系统的参数生成装置的具体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

参照图1，本发明第一实施例提供了一种灌区排水系统的参数生成方法，包括：

步骤101，获取灌区在预设灌溉时间段内的灌溉水量、降水量、蒸散量和下渗量；

步骤102，获取所述灌区在未进行灌溉前的第一土壤蓄水量以及所述灌区在进行预设灌溉时间段后的第二土壤蓄水量；

步骤103，根据所述灌溉水量、所述降水量、所述蒸散量、所述下渗量、所述第一土壤蓄水量和所述第二土壤蓄水量，确定所述灌区的排水模数；

步骤104，根据所确定的排水模数，生成灌区排水系统的设计参数。

具体的，本发明第一实施例中，灌溉水量、第一土壤蓄水量和第二土壤蓄水量的具体数值通过实际测量获得；对于降水量、的获取则根据历史观测数据进行获得。

具体的，所述设计参数包括：排水沟的断面尺寸。

下面给出一具体事例表示根据排水模数获得排水沟的尺寸的方法，本发明实施例中以灌区采用明沟排水系统的梯形土质排水沟进行说明。

通过获得的排水模数与排水沟所控制的面积的乘积，可以获得一段排水沟的排水流量q1。预先对排水沟的长度和高差进行测量，排水沟的高差是指排水沟的第一端到第二端之间的高度差值。

参照图2所示，本发明中需要确定该梯形土质排水沟的水面高度h、梯形断面的底宽b、水面与排水沟侧壁接触的长度a。

通常地，对于梯形土质边坡系数m取1.5，其中，土质边坡系数与水面高度h、水面与排水沟侧壁的长度a的关系通过下列公式一反映：

上述公式一中，其中，α为表示排水沟断面的倾斜角度的倾斜角。

通过公式二

可以获得排水沟的平均流速v，单位为m/s，对于土质排水沟来说，平均流速一般在0.6m/s至1m/s之间；其中，R为排水沟的水力半径，单位为m，i为排水沟的比降，通过排水沟的高差与排水沟的长度的比值获得；n为排水沟的糙率，糙率与排水沟的材质有关，对于土质排水沟，糙率一般为0.0275。在本申请中，糙率n为0.0275。

在上述公式2中，相当于排水沟的比降i和排水沟的糙率n为一已知数，通过对排水沟的水力半径R进行给定，得到一个排水沟的平均流速v值，通过给定的R值获得的v值必须在0.6m/s至1m/s之间，否则，需要重新对R进行指定。在多次指定后，可以确定排水沟的水力半径R以及排水沟的平均流速v值。

在确定排水沟的平均流速v后，则通过公式三

获得排水沟的过水断面面积A，单位为m²；其中，Q_d为排水沟的设计排水流量，单位为m³/s，其中，Q_d的数值通过排水沟的排水流量q1确定，通常地，Q_d为排水流量q1的1.05倍至1.1倍之间。

在获得排水沟的水力半径R和排水沟的过水断面面积A之后，通过公式四

获得排水沟过水断面的湿周χ，单位为m，其中，湿周χ与梯形断面的底宽b、水面与排水沟侧壁接触的长度a的关系通过公式五反映

χ＝2a+b

其中，上述的排水沟的过水断面面积A与梯形土质排水沟的水面高度h、梯形端面的底宽b、水面与排水沟侧壁接触的长度a通过公式六反映

通过上述的公式一、公式二和公式三获得排水沟的过水断面面积A、排水沟过水断面的湿周χ和排水沟的平均流速v后，再通过公式四、公式五和公式六可以获得排水沟的过水断面面积A与梯形土质排水沟的水面高度h、梯形断面的底宽b、水面与排水沟侧壁接触的长度a。

在整个计算过程中，排水模数与设计流量Q_d直接相关，进一步影响着排水沟的断面尺寸，断面尺寸偏小的话，排水沟不能及时将水排出，长此以往，则易形成涝灾；断面尺寸偏大的话，则会造成资金的浪费。因此，合理的排水模数对于可以更经济、合理地确定灌区排涝工程规模，甚至对保障我国粮食安全有着重大的实际意义。

通过上述的多个数据可以获得灌区的排水模数，由于通过上述步骤获得的灌区排水模数的精度相对于现有技术获得的灌区排水模数的精度更加精确，进而使得生成的排水系统的设计参数的数值也更加精确，最终使得安装完成的排水系统能够满足排水需求，并且不会造成资源浪费。

参照图2，本发明第二实施例提供了一种灌区排水系统的参数生成方法，包括：

步骤201，获取灌区在预设灌溉时间段内的灌溉水量、降水量、蒸散量和下渗量；

步骤202，获取所述灌区在未进行灌溉前的第一土壤蓄水量以及所述灌区在进行预设灌溉时间段后的第二土壤蓄水量；

步骤203，根据所述灌溉水量、所述降水量、所述蒸散量、所述下渗量、所述第一土壤蓄水量和所述第二土壤蓄水量，确定所述灌区在所述预设灌溉时间段内的排水量；

步骤204，根据所述灌区在所述预设灌溉时间段内的排水量，确定所述灌区的排水模数；

步骤205，根据所确定的排水模数，生成灌区排水系统的设计参数。

具体的，步骤203中，通过公式

Q₀＝Q₁+P-ET-L+W₁-W₂

获得所述灌区在所述预设灌溉时间段内的排水量Q₀，其中，Q₁为所述灌溉水量，P为所述降水量，ET为所述蒸散量，L为所述下渗量，W₁为所述第一土壤蓄水量，W₂为所述第二土壤蓄水量。

灌溉水量、降水量、蒸散量、下渗量、第一土壤蓄水量、第二土壤蓄水量和灌区的排水量组成了灌区在预设灌溉时间段内的水量平衡系统，通过上述公式可以获得灌区在预设灌溉时间段内的排水量。

在获得灌区的排水量后，则通过公式

获得所述排水模数q，其中，Q₀为所述排水量，S为所述灌区的面积，T为所述预设灌溉时间段的时长。

由于本发明中的蒸散量、下渗量并非采用经验算法获得，而是通过历史观测数据计算获得，使得最终获得的排水模数的精度更高，最终使得获得的排水系统的参数的精度更高。

参照图3，本发明实施例提供了一种灌区排水系统的参数生成方法，包括：

步骤301，获取灌区在预设灌溉时间段内的灌溉水量、降水量和下渗量；

步骤302，获取所述灌区的土壤最大有效水量、土壤有效水量、潜在蒸散量；

步骤303，在所述降水量的数值大于等于所述潜在蒸散量的数值时，或在所述降水量的数值小于所述潜在蒸散量的数值且所述土壤有效水量大于等于所述土壤最大有效水量的一半时，确定所述蒸散量的数值为所述潜在蒸散量；

步骤304，在所述降水量的数值小于所述潜在蒸散量的数值且所述土壤有效水量小于所述土壤最大有效水量的一半时，根据所述降水量、所述土壤最大有效水量、土壤有效水量、潜在蒸散量，确定所述蒸散量的数值；

步骤305，获取所述灌区在未进行灌溉前的第一土壤蓄水量以及所述灌区在进行预设灌溉时间段后的第二土壤蓄水量；

步骤306，根据所述灌溉水量、所述降水量、所述蒸散量、所述下渗量、所述第一土壤蓄水量和所述第二土壤蓄水量，确定所述灌区的排水模数；

步骤307，根据所确定的排水模数，生成灌区排水系统的设计参数。

本发明第三实施例中，灌区的排水模数的方法与第二实施例中记载的方案相同，在此，不再赘述。

具体的，上述步骤301中，通过公式

ET_p＝K_c*ET₀

获取所述灌区的潜在蒸散量ET_p，其中，K_c为所述灌区内种植的具体农作物的作物系数，ET₀为灌区内种植的具体农作物的参考作物蒸散量，ET₀通过彭曼公式获得。

在本发明第三实施例中，上述作物系数K_c以及彭曼公式中的参数并非为常数值，而是通过不停的给定一组数值，该一组数值包括上述的作物系数K_c以及彭曼公式中的参数，在多组历史观测数据的基础上得到一个排水量的数值，通过给定的方式获得的排水量与历史观测数据中记载的实际获得的排水量的对比确定，在通过给定的一组参数获得的排水量与历史观测数据中的排水量的数值接近时，则指定该作物在该灌区的参数为该组参数。

在本发明实施例中，同一作物在不同灌区的作物系数K_c以及彭曼公式中的参数不相同，不同作物在同一灌区的作物系数以及彭曼公式中的参数也不相同。例如，一组历史观测数据中会对应有一组灌溉水量、一组降水量、一组第一土壤蓄水量、一组下渗量和一组第二土壤蓄水量数据，通过给定的一组参数值，可以获得一个对应的潜在蒸散量的数值，经过计算，最终可以得到一个与该组给定的参数值对应的排水量的数值，通过给定的一组参数获得的排水量的数值与历史观测数据中实际测得的排水量的数值进行对比，直至通过给定的参数值获得的排水量的数值和实际获得的排水量的数值接近时，则可以确定本次测量的参数值为该组数值。

在步骤304中，通过公式

获得所述蒸散量ET，其中，P为所述降水量，W_p为所述土壤有效水量,ET_p为所述潜在蒸散量。

通过本发明第三实施例记载的灌区排水系统的参数生成方法，使得获得的灌区的排水模数的精度更高，进而使得设计得到的排水系统的参数的精度更好，从而使得最终安装完成后的排水系统既能够满足灌区的排水需要，同时还不会造成排水系统的资金浪费。

参照图4，根据本发明的另一方面，本发明实施例还提供了一种灌区排水系统的参数生成装置，包括：

第一获取模块，用于获取灌区在预设灌溉时间段内的灌溉水量、降水量、蒸散量和下渗量；

第二获取模块，用于获取所述灌区在未进行灌溉前的第一土壤蓄水量以及所述灌区在进行预设灌溉时间段后的第二土壤蓄水量；

确定模块，用于根据所述灌溉水量、所述降水量、所述蒸散量、所述下渗量、所述第一土壤蓄水量和所述第二土壤蓄水量，确定所述灌区的排水模数；

生成模块，用于根据所确定的排水模数，生成灌区排水系统的设计参数。

参照图5，优选地，所述确定模块包括：

第一确定单元，用于根据所述灌溉水量、所述降水量、所述蒸散量、所述下渗量、所述第一土壤蓄水量和所述第二土壤蓄水量，确定所述灌区在所述预设灌溉时间段内的排水量；

第二确定单元，用于根据所述灌区在所述预设灌溉时间段内的排水量，确定所述灌区的排水模数。

参照图5，优选地，所述第一确定单元通过公式

Q₀＝Q₁+P-ET-L+W₁-W₂

获得所述灌区在所述预设灌溉时间段内的排水量，其中，Q₁为所述灌溉水量，P为所述降水量，ET为所述蒸散量，L为所述下渗量，W₁为所述第一土壤蓄水量，W₂为所述第二土壤蓄水量；

所述第二确定单元通过公式

获得所述排水模数q，其中，Q₀为所述排水量，S为所述灌区的面积，T为所述预设灌溉时间段的时长。

参照图5，优选地，所述第一获取模块包括：

第一获取单元，用于获取所述灌区的土壤最大有效水量、土壤有效水量、潜在蒸散量；

第三确定单元，用于在所述降水量的数值大于等于所述潜在蒸散量的数值时，或在所述降水量的数值小于所述潜在蒸散量的数值且所述土壤有效水量大于等于所述土壤最大有效水量的一半时，确定所述蒸散量的数值为所述潜在蒸散量；

第四确定单元，用于在所述降水量的数值小于所述潜在蒸散量的数值且所述土壤有效水量小于所述土壤最大有效水量的一半时，根据所述降水量、所述土壤最大有效水量、土壤有效水量、潜在蒸散量，确定所述蒸散量的数值。

参照图5，优选地，所述第一获取模块包括：

第二获取单元，用于获取所述灌区在进行灌溉后的田间持水量；

第五确定单元，用于在所述第二土壤蓄水量的数值小于等于所述田间持水量时，确定所述下渗量的数值为零；

第六确定单元，用于在所述第二土壤蓄水量的数值大于所述田间持水量时，确定所述下渗量的数值为所述第二土壤蓄水量与所述田间持水量的差值。

优选地，所述第一获取单元通过公式

ET_p＝K_c*ET₀

获取所述灌区的潜在蒸散量ET_p，其中，K_c为所述灌区内种植的具体农作物的作物系数，ET₀为灌区内种植的具体农作物的参考作物蒸散量，ET₀通过彭曼公式获得。

优选地，所述第三确定单元通过公式

获得所述蒸散量ET，其中，P为所述降水量，W_p为所述土壤有效水量，ET_p为所述潜在蒸散量。

优选地，所述设计参数包括：排水沟的断面尺寸。

通过上述的灌区排水系统的参数生成装置获得的灌区排水模数的精度更加精确，进而使得生成的排水系统的设计参数的数值也更加精确，最终使得安装完成的排水系统能够满足排水需求，并且不会造成资金浪费。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。