灌区量水技术特点与信息化趋势

马 浩

（安徽省水利部淮河水利委员会 水利科学研究院 蚌埠 233000）

灌区量水技术特点与信息化趋势

马 浩

（安徽省水利部淮河水利委员会 水利科学研究院 蚌埠 233000）

经过几十年的发展，我国灌区量水技术不断提高，但是量水技术成果呈明显的发散性，灌区量水设备已多达100多种。本文通过对灌区量水技术特点进行分析，结合水利发展需要，探讨未来灌区量水技术发展趋势和研究方向，以促进新的量水技术成果普及推广应用。

灌区量水；设备智能化；灌区信息化

1 灌区量水技术发展现状

我国的灌区量水技术的研究始于20世纪50年代，经过60年的发展，在量水方式、计量精度、数据读取、信号传输等环节都取得辉煌的研究成果。早在20世纪80年代末，我国大量引进国外量水技术，又自主研发了一批实用的观测仪表，现有的量水设备已达100多种[1]。由于我国灌区众多，工程类型、管理水平、经济状况千差万别，对于量水设备的要求差异较大，现有的量水设备和技术与灌区实际需求仍有较大的差距，产品在经济性、实用性、通用性等方面还存在不足。近年来，随着灌区改造的投入增加，灌区信息化技术也引起了重视。在近几年大型灌区改造项目中很大一部分改造资金投向软件开发和信息平台建设，而前端自动测量技术投入资金很少。当前灌区量水设备的配套率还较低，前端量水技术发展的滞后，已经影响了灌区信息化水平的整体提高，所以对前端量水技术研究已经十分迫切[2]。

2 灌区量水技术特点分析

2.1 常用的量水方式和测量仪表

灌区量水设备和量水技术不仅是实行按量收费、促进节约用水的措施手段，也是水利信息化发展需要；量水数据也是我国加强水资源管理与水调度的决策依据。现有的量水设施包括启闭式闸、涵、跌水、拱涵、渡槽、倒虹吸、标准断面等；量水堰有薄壁堰、宽顶堰、三角堰、平坦V形堰等；量水槽有适用于各种断面的长喉道量水槽、矩形或梯形断面的巴歇尔量水槽和无喉道量水槽等[6]；量水仪表是水计量的转换设备，有超声波流量计、电磁流量计、蜗轮流量计、流速仪、水表、压力式水位计、浮子式水位计、超声波水位计、激光水位计等。这些量水方法和设备都有其特定的适用范围和条件，现场计量设施是灌区实现水利信息化的关键设备。

2.2 灌区分级量水与设备选型

为了做好灌区水量的“总量控制”和“定额管理”基础性工作，通常在取水口、干支渠分水口等处设置分级水量监测点。不同的监测点应根据各自的技术特点选取计量设备。

（1）取水口量水

提水泵站一般都安装有2～5台水泵，根据流量需要情况，决定开机数量。因水泵工作需要电，所以供电条件已经具备，建议水计量采用成熟的管道计量模式。比如在泵出口增加电磁流量计或超声波流量计。该类流量计一般要求水流快且要满管，计量才能准确。

（2）干支渠中途量水

干支渠中途量水就是在干支渠道上某个位置对水流进行计量。以前是土沟土坡，受淤泥影响，断面不是很规范。现在灌区改造时都用石板护坡，断面已规范，淤泥影响小。对这种规范断面水流计量，可以采用水位—水位测量法或水位—流速测量法。把断面尺寸测量好，就完全可以实现水流的精确计量。近年来ADCP河道测流技术也得到推广应用，但由于造价太高，技术复杂，操作要求高，所以不适合日常的计量使用，可用于流量的率定或校准使用。

（3）末级渠道量水

末级渠道量水是灌区计量的薄弱环节。末级渠道较为分散和偏僻，不具备设备供电条件，设备看护难。末级渠道量水现在通常采用量水堰、量水槽、量水槛等计量方式，人工测量水位的量水方法。随着灌区渠道的定型化和现代电子技术的迅速发展，该领域将会取得重大突破。

2.3 灌区量水设备工作特点分析

近年我国的量水设备研究虽然不断取得进展，但由于一些先进设备成本较高，难以大规模推广使用[3]。笔者认为除技术成本高之外，量水设备的以下工作特点也是影响设备推广的因素。

（1）设备间歇性工作

灌区量水设备只是在灌溉（或排涝）时才开机使用，属间断性工作。电子设备最怕间歇性工作，灌区计量对设备要求更高，对日常维护要求也更高。设备选型时一定要认真分析，要考虑设备环境适应能力、抗干扰性能、抗雷击性能等。

（2）维护成本高

灌区的量水设备一般分布较为分散，现场维修难度大，维修人员要自备车辆。修复设备故障，有时要往返数次，日常维护巡查也不方便。维修时应采用整体更换的方式，确保一次成功。如不能整体更换的要备足配件，最好一次彻底解决。

（3）供电和通信条件较差

由于灌区面积广，量水点多在田间地头，电力难保障，通信条件也较差，雷击现象也严重，都限制了设备的推广使用。

（4）设备易遭到破坏

灌区安装的计量设备散落在野外，看护困难，易遭破坏，影响了灌区量水设备的配套率。

3 水利信息化对量水设备的技术要求

随着水利信息化的推广普及，灌区水利信息化已被提上议事日程。要实现量水信息化，必须考虑设备采集数据自动化，信号传输无线化，设备供电微功耗（高能电池或太阳能），这些要求都是灌区全面实现信息化的前提与基础[4]。灌区信息化未来对量水设备也不断提出了新的要求。

（1）设备智能化，输出信号标准化

仪表除自身显示数据外，应带有智能接口，起码应具有RS232/RS485的通信功能。另外还应该具有4～20mA的信号输出。RS232/RS485信号数据应包含瞬时流量、累计流量、采集时间等信息。

（2）网络传输无线化

由于灌区计量点分散和现场条件限制，信号宜采用无线传输方式。二次仪表应支持常见的几种无线传输模式。通常无线传输模式有数传电台、GPRS、微波等。根据灌区具体情况可选择一种或几种混合的组合模式。无线数传电台传输经济性较好，但维护成本高；GPRS虽有传输费用，但无需自己维护。

（3）设备低功耗、免维护

由于灌区现场条件限制，仪器供电宜采用高能电池或太阳能供电模式。设备应有多种省电工作模式，用户可自行设置。如果用高能电池供电，起码可使用5年以上；用太阳能板供电，起码应保证连续30天的阴雨天可以正常工作。设备要能防尘、防风、防水、抗老化。设备尽可能不需要维护，每年维护一次就可以保证正常运行。

（4）设备造价低

设备的造价与设备的测量精度、性能是相关的。灌区计量作为水资源调度和水费收取的依据，对计量精度有一定的要求。以往的收费很多是按灌溉面积收取的，属于粗放型计量。依现有设备技术水平，计量精度达到5%左右已是很理想的水平。所以设备研制要权衡计量精度和造价关系，尽可能降低设备成本。

4 量水技术未来的发展趋势

尽管我国灌区众多，工程类型、管理水平千差万别，对量水设备的要求差异较大，但随着灌区信息化的推进，灌区计量技术必定会向有利于信息化的方向发展。笔者经过多年研究，对未来量水技术的趋势总结以下几点：

（1）计量点分布日趋科学合理

随着灌区信息化试点的推广，对提水口、干支渠、末级渠的计量点选取会更加合理，数量比例和分布更为科学合理。

（2）灌区渠道日趋标准化

由于灌区的地理条件不同，渠道形状和尺寸也因势而异，为了将来便于集中管理和量水技术的通用性要求，灌区的干渠、支渠特别是末级渠道会逐渐标准化和规范化。

（3）计量设备趋向网络化

我国的物联网正在建设中，发展极为迅速。灌区计量设备未来也要实现互联互通，所以未来设备必将趋向网络化。

（4）末级渠道计量趋向无设施

由于末级渠道计量设备技术和成本限制，未来会向无设施量水方式发展。现在国内已经有很多高校和科研单位从事水力模型试验研究，可以对灌区渠道建立计量数学模型，采用数模分析法实行无设施的计量，可以满足灌区计量要求

[1]郝树荣，任瑞英，郝树刚.灌区量水技术发展与展望[J].人民黄河，2003，25（11）：41-43.

[2]吴彩丽，黄斌，谢崇宝.灌区量水技术与设备研究发展概况[J].中国水利2006，7：34.

[3]谢崇宝，高虹，黄斌.灌区水管理信息化建设应注意的问题[J].中国水利，2007，15：45.

[4]李浩武.景电灌区量水技术存在的问题及建议[J].甘肃农业，2007，11：85.

[5]潘志宝，吕宏兴，魏溪.灌区量水槽的应用研究现状与进展.西北农林科技大学学报，2007，35（4）：213-217.

水利部科技推广计划项目（TG1033、TG1118）

马浩（1967-），男，高级工程师，主要从事水利自动化技术研究工作。

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