基于前池水位高程的简易灌区量水法

刘德斌 马莉 潘德峰

摘要

农业灌溉用水的计量是灌区量中的重要环节，针对灌区已经安装好的泵站，提出了利用前池水位法测定泵站运行流量的方法。在东台三灶灌区，通过对泵站工作时的运行流量Q及与之对应的前池水位hq进行实测后，拟合出hqQ回归曲线，根据曲线和实测hq值可进行灌区灌水量计算。实测结果表明，在泵站正常运行流量范围内，hqQ呈良好的二次曲线关系，5次前池水位测定即可拟合出满足计算流量精度要求的hqQ回归曲线，因此前池水位法是一种简便易行的灌区量水方法。

关键词 灌区量水；前池水位；水泵流量；曲线拟合

中图分类号 S275.1 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）27-09625-02

A Simple Irrigation Water Measurement Method Based on the Water Level of Forebay

LIU Debin， MA Li， PAN Defeng

（Institute of Water Science in Coastal Regions of Jiangsu Province， Dongtai， Jiangsu 224200）

Abstract Measurement of the agricultural irrigation water is important in the irrigation district. For the installed pumping stations， a method based on the water level of forebay was suggested to determine the pump station operation flow. In Dongtai's Sanzao irrigation area， the pump flow Q and the corresponding water level of forebay hq were measured and hqQ curve was fitted， and then the total irrigation water could be calculated with the curve and hq value. The results showed that in the pump running flow range， hqQ was well fitted with a conic curve， and five water level of forebay values can make an hqQ curve meeting the calculation requirements well. The water level of forebay method is a simple method to calculate the irrigation water.

Key words Irrigation water measurement； Water level of forebay； Pump flow； Curve fitting

农业灌溉用水的计量是灌区量水工作中的一个重要环节^[1]，是衡量一个地区的农业灌溉用水水平的主要因素之一。分析目前灌区量水困难的主要原因有两点：一是测定时间跨度长，测定工作量大，需根据作物生长需要和天气情况，不定期提水灌溉，对泵站全部灌溉均进行测定较困难；二是测定精度要求高，且过程繁琐。现有灌区灌溉水量测量，普遍采用的方法是测标准渠道断面的水位及断面特征点的流速， 进而推求过水断面面积及过水断面的平均流速，并以此为依据计算渠道过水流量及累积灌溉水量^[2]。这对渠道断面流量测量的精度提出了较高要求，否则最终测算的灌区灌水量与实际值会有很大偏差。

目前灌区常用的水量量测手段主要有^[3]，利用水工建筑物量水、利用流速仪测流、利用量水构筑物等，但这些方法在实际应用中各有其局限性^[4]。蔡长举^[5]等人提出了利用输水灌溉时，干渠内的水位与泵站流量间的关系，测算泵站流量的观点，但此方法的干渠水位易受下游用水量的影响，其误差较大。感应式水位流量计由于受使用条件的限制^[6]，近期较难大范围推广。超声波流量计由于测量时误差大，且对待测液体深度有特定要求^[7]，不宜大面积推广。以东台三灶灌区为例，灌区种植品种为淮稻5号，在对水稻生长季内泵站运行流量Q及对应前池水位hq进行实测基础上，探求出两者间关系，进而为简化灌区量水测算工作提供一定实践经验。

1 测量原理

水泵的扬程与流量间的变化关系曲线称为QH特征曲线。一般泵站为固定式提水电灌站，泵站出水口高程已经固定。设泵站出水口处的高程为M，泵站提水灌溉的前池水位hq，则前池水位hq与扬程间存在以下公式：

通过现场实测泵站运行流量Q与前池水位hq数值，采用线性回归方法分析两者间的关系，拟合出泵站运行时流量Q与前池水位hq间的回归方程。并以此为依据，对泵站实测次数进行相应的减少优化，可在保证测算结果满足一定的精度条件下，提高灌区量水的效率。

2 试验设计

2.1 试区概况

试验所在地东台三灶灌区属里下河圩区，灌区常水位1.1 m（废黄河零点，下同）左右。若遇插秧需水高峰期（6月中下旬），水位最低可降至0.6～0.7 m间，主汛期（7～8月）受过境外来水的推托作用，水位可上升至2.7～2.8 m间，水位变化幅度大。灌区田间地面高程普遍在4.1 m左右。由于受基础设施和灌溉条件等因素限制，泵站出水口高程设置为4.95 m。灌区渠道除泵站出水口处有一长度为120 m左右的混凝土防渗外，其余均为土渠。该电灌泵站由于使用年限久远，泵站铭牌缺失，具体型号及参数不详。

2.2 测定参数

为保证测算精度，此次试验水稻生长季全部灌溉的运行流量Q及前池水位hq均进行测定。

（1）运行流量Q。采用流速仪法测定，所用设备为南京水利水文自动化研究所生产的LGY-II型便携式流速仪。实测时，在泵站出水口约100 m左右位置选择一处形状规则、流态稳定的断面，通过量测标准渠道断面的水位及断面特征点的流速，推求过水断面面积及过水断面的平均流速，再以此计算渠道过水流量及累积水量。为保证测算结果的准确性，同时在提水泵站的出水口管道上，另安装了一台UFT-100型超声波流速仪，以便对所测流量结果进行校核。

（2）前池水位hq。在提水泵站前池位置布设水尺用以测量前池水位，水尺量程为0.0～3.0 m，测量精度为0.01 m。布设时需与附近东台抽水站的水尺进行校准。泵站稳定运行时，对前池水位值进行观测并记录。

3 结果与分析

3.1 灌区灌水量测量

2011年水稻生长季内，东台三灶灌区共提水灌溉13次，测定所得前池水位、运行流量、灌水时长和灌水量等数据见表1。

应考虑前池水位hq在灌区水位最高值与最低值之间均匀分布为佳。

4 结语

（1）试验表明，在泵站正常运行流量范围内，灌区泵站的运行流量Q与前池水位hq两者间具有良好的二次曲线关系，前池水位法可作为灌区量水的简便一种手段。

（2）通过试算得出，东台三灶灌区水稻生长季灌水总量为5.692×10⁴m³，将13次减少成5次的试算结果5.716×10⁴m³与实测灌水量5.692×10⁴m³之间相差为0.41%，提升灌区量水效率60%以上。

参考文献

[1]

刘力奂，曾辉斌.一种新的灌区量水方法[J].河海大学学报，2006（5）：534-536.

[2] 王红雨，周斌.小型U形渠道标准断面量水的简化方法[J].中国农村水利水电，2009（10）：99-102.

[3] 蔡勇，李同春.灌区量水设施分析研究[J].中国农村水利水电，2005（2）：13-15.

[4] 张军明.水库灌区量水设施应用技术比较研究[J].节水灌溉，2012（10）：69-71，74.

[5] 蔡长举，付杰，刘浏.水位-流量关系曲线在山区无量水设施渠道水量测量中的运用[J].节水灌溉，2012（7）：29-30.

[6] 刘磊，董新光.感应式电子数字水位流量计在新疆灌区的应用[J].中国农村水利水电，2012（6）：69-72.

[7] 吴振峰，霍志学.超声波水位流量计在灌区的应用[J].节水灌溉，2009（11）：68-70.

[8] 宋生奎.离心泵流量一扬程曲线拟合法探讨[J].石油商技，1999（4）：32-34.