漢中市石門水庫灌區(qū)渠道量測水設施設備的選型及應用

摘要：灌區(qū)量測水設施設備的科學選型應用，對農業(yè)水價綜合改革的順利推進和灌區(qū)標準化規(guī)范化建設，都起著基礎性的重要作用。在灌區(qū)各級渠道建設安裝與工程實際狀況及當前技術發(fā)展相適應的量測水設施設備，才能充分發(fā)揮量測水設施設備的性能，為按量計費和灌區(qū)用水管理提供第一手基礎數(shù)據(jù)，起到提高灌區(qū)管理效率和節(jié)水灌溉的現(xiàn)實需要。本文即以漢中市石門水庫灌區(qū)測流設施設備的選型應用情況進行探討，為灌區(qū)的量測水工作提供參考。

關鍵詞：灌區(qū)測流;設施設備;選型應用

測流設施設備簡述：

目前，灌區(qū)量測水設施設備一般有以下幾類：流速儀、標準斷面、渠系建筑物（如涵閘、跌水、渡槽、倒虹吸等）、量水堰、量水槽、量水儀表（超聲波流量計、電磁流量計等）;灌區(qū)管理單位在渠道量測水工作中應用較為普遍的是：旋杯（漿）式流速儀、標準斷面、量水堰、量水槽等。在科技發(fā)展日新月異的今天，灌區(qū)農業(yè)水價綜合改革和灌區(qū)標準化、信息化建設對量測水設施設備的選型應用也提出了更高要求。要求逐步減少工作人員的勞動強度，不斷提高量測水精度和采集相關數(shù)據(jù)的時效性，方便數(shù)據(jù)的傳輸應用，為灌區(qū)各項管理工作及時提供數(shù)據(jù)支撐。因此，電磁流量計、超聲波流量計、聲學多普勒流速剖面儀（ADCP）等新型儀器也逐漸進入了灌區(qū)量測水工作。

一、灌區(qū)概況：

漢中市石門水庫灌區(qū)設計灌溉面積51.5萬畝，有效灌溉面積40.2萬畝，是漢中市唯一的大型灌區(qū)，也是我省最大的水稻灌區(qū)，灌區(qū)所產糧油占漢中市糧油總產量的1/4。灌區(qū)有東、西、南三條干渠，總長89.32km，設計總引水流量56 m3/s;支渠20條，總長161.73km;斗渠418條，總長1110.66km;分引（農毛）渠2022條，總長2232km;灌溉渠道量測水設施設備的合理選型、應用，對灌區(qū)灌溉用水管理、用水計量及農業(yè)水價綜合改革的順利推進起著至關重要的作用。

石門水庫灌區(qū)結合本灌區(qū)現(xiàn)有量測水設施設備的優(yōu)缺點，對原有的機械旋杯式流速儀、機械旋漿式流速儀、梯形量水堰板、已經建成的支渠、末級渠系使用的堰槽測流設施予以保留。參考當前量測水技術的發(fā)展，又引進了聲學多普勒流速剖面儀（ADCP）、電磁流量計等先進儀器。通過各級渠道量測水設施設備的裝備和建設，起到了有效監(jiān)控灌區(qū)渠道用水，提高了計量精度，明顯減少了水的浪費現(xiàn)象，達到了節(jié)水灌溉的作用。并大幅減輕了測流工作人員勞動強度、減少了人力成本，提高了管理效率。也為灌區(qū)標準化、規(guī)范化建設和農業(yè)水價綜合改革的順利推進奠定了堅實的硬件基礎。

二、灌區(qū)量水設施設備的選型、應用

2.1量水儀器的選型應用

由于流速儀是目前灌區(qū)應用最為廣泛、應用時間較長的一種量水儀器，在科技日益發(fā)展的今天，它仍然有其投資少、可靠性高的優(yōu)點，因此，石門水庫灌區(qū)仍然在實際量測水工作中保留了流速儀。

根據(jù)旋杯式流速儀的優(yōu)缺點，一般將該種類型的流速儀用于建立、校核、修正干渠渠首、各交水點處及各支渠交水點處的標準斷面的水位流量關系曲線;或用于校核支渠上修建的量水槽的量水精度;

根據(jù)旋漿式流速儀的優(yōu)缺點，一般將該種類型的流速儀用于末級渠系（斗、農渠）建立、校核、修正水位流量關系曲線，測量渠段流量用于實施灌溉試驗項目，或用于校核末級渠系（斗、農渠）上修建的量水槽的量水精度;尤其在實施灌溉試驗中的渠道輸水損失、渠道灌溉效率等項目時，由于測量出了末級渠道準確、實時的流量，不僅明顯降低了相關項目的實施難度，也對提高成果的精度發(fā)揮了重要作用;

對干支渠的流量測量，石門水庫灌區(qū)也引進了較為先進的聲學多普勒流速剖面儀（ADCP），用于建立、校核、修正干渠引水口、干渠各交水點處及各支渠交水點處標準斷面的水位流量關系曲線;

2.2量水設施的選型應用

石門水庫灌區(qū)對各型量水設施的優(yōu)缺點進行了綜合分析、研究，結合本灌區(qū)的實際情況進行了選型和應用：

由于本灌區(qū)的干、支渠涉及上下游站的交接水，考慮到直觀、經濟、易懂等優(yōu)點，對干支渠上各交水點仍保留標準斷面。

本灌區(qū)普遍開展的灌溉試驗項目，在沒有修建量水設施的渠段需要開展相關項目時，一般使用梯形薄壁堰;

結合本灌區(qū)支渠及末級渠道（斗渠、農渠）上修建有梯形、U形、矩形等各形渠道的現(xiàn)狀，石門水庫灌區(qū)選用了巴歇爾量水槽、矩形無喉段量水槽、拋物線形喉口量水槽三種類型的量水槽。經多年的使用，發(fā)揮了良好的量水作用。

由于渠系建筑物量水法的相關流量計算過程繁瑣復雜，基層管理人員和計量人員不易掌握，也不易于和灌區(qū)整體的標準化、信息化方向發(fā)展進行數(shù)據(jù)對接，目前暫未進行大范圍推廣;

2.3量水儀表的選型應用

采用量水儀表量水的優(yōu)點是技術先進，可節(jié)省大量時間和人力，可實時取得相關數(shù)據(jù)，并為灌區(qū)信息化建設基礎數(shù)據(jù)的采集提供支撐。但各類型量水儀表普遍價格較高，灌區(qū)管理單位采購壓力較大;

根據(jù)灌區(qū)實際情況，石門水庫灌區(qū)在節(jié)水改造項目建設時實施了第一期的信息化工程，在干渠各交水點安裝了浮子式水位計、超短波設備，后面又在干渠各交水點和重點支渠口、支渠交水點、斗渠口試點安裝了壓力式遙測水位計。同時，也開始使用石門水庫灌區(qū)水情管理系統(tǒng)對整個灌區(qū)水情進行監(jiān)測，便于及時掌握各級渠道運行情況和開展灌溉用水管理工作。

三、石門水庫灌區(qū)量水設施設備選型應用中的經驗及存在的問題

石門水庫灌區(qū)在節(jié)水改造項目建設時，實施了第一期信息化工程，在干渠各交水點安裝了浮子式水位計、超短波設備。該套系統(tǒng)已經運行了近十年，在多年的運行中，該套系統(tǒng)表現(xiàn)出了穩(wěn)定性較好、運行費用低等優(yōu)點。但也存在一些問題：比如浮子式水位計易受泥沙或渠道中雜物、秸稈影響，導致測量數(shù)據(jù)不準確或無法測量等問題，需要經常進行維護;干渠各交水點處的超短波信號傳輸受地形影響較大，電波通過丘陵、叢林地帶和建筑物時，會被部分吸收或阻擋，灌區(qū)個別較為偏遠的測站存在通信困難的現(xiàn)象。超短波配套備件的購買較為困難等;

為保證灌區(qū)灌溉管理的良好持續(xù)運行，石門水庫灌區(qū)又在干渠各交水點和重點支渠口、支渠交水點、斗渠口試點安裝了壓力式遙測水位計和配套的軟件監(jiān)測系統(tǒng)。經過幾年的使用，該套系統(tǒng)運行穩(wěn)定，測量數(shù)據(jù)較為準確。由于采用了移動、聯(lián)通等運營商的數(shù)據(jù)服務，因此數(shù)據(jù)傳輸上較為順暢。但該套系統(tǒng)仍然存在一些問題：遙測水位計采用的是電池供電，因此每年需對各測站的設備電池進行統(tǒng)一更換，耗時費力;移動、聯(lián)通的數(shù)據(jù)服務費每年也需按時繳納。對每個測站而言，電池及數(shù)據(jù)服務費是一筆較大的運行支出;當出現(xiàn)傳回的數(shù)據(jù)與實際水位有偏差需要校核時，存在高水位校準后，中低水位時又與渠道實際水位存在較大偏差等現(xiàn)象;

本灌區(qū)根據(jù)支渠及末級渠道（斗渠、農渠）上具有梯形、U形、矩形等各形渠道的現(xiàn)狀，選用了巴歇爾量水槽、矩形無喉段量水槽、拋物線形喉口量水槽三種類型的量水槽。經多年的使用，發(fā)揮了良好的量水作用。在實際運行中，采用磚、石、砼等修建的量水槽不易變形，運行穩(wěn)定、量水準確。但采用預制構件進行安裝的量水槽，容易受背后土體及水壓力影響而變形，導致量水準確度不高;

石門水庫灌區(qū)在引進聲學多普勒流速剖面儀（ADCP）后，通過近幾年的運用，表現(xiàn)出了測量速度快、精度高、運行費用低等顯著優(yōu)點，節(jié)省了大量時間和人力。在運行過程中，也發(fā)現(xiàn)該儀器對使用環(huán)境有一定要求，并非所有渠道所有渠段均可使用。比如，在灌區(qū)的干渠中測量精度高，測量成果一般均在允許誤差范圍內。但應用于支渠測流中，由于水面寬度較小，測量成果經常會出現(xiàn)超過允許誤差，導致無法使用。同時，在干渠水位波動大，流態(tài)紊亂的渠段，測量成果也常會出現(xiàn)超過允許誤差，成果無法使用。

四、石門水庫灌區(qū)量水設施設備的發(fā)展方向

4.1 結論

石門水庫灌區(qū)結合本灌區(qū)現(xiàn)有量測水設施設備的優(yōu)缺點，對原有的機械旋杯式流速儀和機械旋槳式流速儀、已經建成的支渠和末級渠系使用的堰槽測流設施、浮子式水位計和超短波設備、壓力式遙測水位計予以保留。參考當前量測水技術的發(fā)展，又引進了聲學多普勒流速剖面儀（ADCP），并正在灌區(qū)開展實施以量測水（利用原遙測水位計）、視頻監(jiān)控結合閘門自動化控制為主要建設內容的的智慧灌區(qū)建設試點。通過支渠口及主要斗渠口量測水設施設備的裝備和建設，起到了有效監(jiān)控灌區(qū)主要支、斗渠道用水情況，明顯減少了水的浪費現(xiàn)象，達到了灌區(qū)節(jié)水灌溉的作用。并大幅減輕了工作人員勞動強度、減少了人力成本，提高了管理效率。也為灌區(qū)農業(yè)水價綜合改革的順利推進奠定了堅實的硬件基礎。通過各級渠道量測水設施設備的裝備和建設，石門水庫灌區(qū)的灌溉管理工作正朝著標準化、信息化方向發(fā)展。

4.2 展望

在科技發(fā)展日新月異的今天，灌區(qū)農業(yè)水價綜合改革和灌區(qū)標準化、信息化建設對量測水設施設備的選型應用也提出了更高要求。不僅要求逐步減少灌區(qū)工作人員的勞動強度，不斷提高量測水、調配水精度，提高采集相關數(shù)據(jù)的時效性，方便數(shù)據(jù)的傳輸應用，并盡量將量測水數(shù)據(jù)、灌區(qū)氣象墑情監(jiān)測、各級渠道閘門啟閉控制等整合到一個管理平臺，將灌區(qū)建設成現(xiàn)代化的“智慧灌區(qū)”。

量測水設施設備方面，更多的是要向可視化、智能化方向發(fā)展，不僅僅停留在只能實時獲取水位、流量等數(shù)據(jù)層面，更多的是要將灌區(qū)各項管理工作同量測水設施設備進行關聯(lián)。

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作者簡介：雷國松，1979年8月出生，男，漢族，陜西漢中，工程師，：本科，研究方向：灌區(qū)管理、測流計量、水利工程管理及建設。