磁致伸缩水位流量监测系统在大型灌区的应用

范琳

【摘要】基于物联网与移动互联网无线智能磁致伸缩水位流量计是一种用于渠道水位测量，并能进行流量统计的仪器。通过在疏勒河流域昌马灌区的应用，可以有效实现对灌区末级渠系斗口的实时水位、流量及用水量的测量，为灌区用水管理、水权分配、阳光水务及信息化建设提供了技术支撑。

【关键词】无线远程水位流量监测；末级渠系管理；水利信息化；灌区应用

1、疏勒河灌区测量水现状

1.1灌区概况

疏勒河流域位于河西走廊西端，全长670km，多年平均地表水资源总量10.82亿m3，与地表水不重复的地下水资源量0.52亿m3，水资源总量11.34亿m3，人均水资源占有量2172 m3，亩均水资源占有量555 m3。

1.2灌区用水管理模式现状

疏勒河灌区经过多年大规模水利工程建设，尤其是疏勒河综合开发项目的建成，形成了以蓄、引、调、排为主的骨干工程体系。2015年农业灌溉用水9.6亿m3。

在此前提下，采用传统的灌区灌溉用水计量主要由水管人员与用水户协会依据现场观测水位～流量曲线图表，换算成灌溉用水量，并依据灌溉用水量收取水费。由于用水户协会及农民用水户经常对观测的用水量准确度不是很认可，并且时时人工到达较远渠道现场观测工作强度较大。灌区急需一种既能符合野外无电、无管理房，又能满足灌区渠道精确实时水位、流量及用水量的量测水设备，有效减轻水管人员和用水户协会人员工作强度及解决广大用水户对“人工”测量的用水量不认可的问题。

2、磁致伸缩水位流量计设备安装及运用分析

基于物联网的无线智能磁致伸缩水位流量计是一种适合末级渠系量测水的非常有效的量测水设备，圆满的解決了末级渠道野外无电、无管理房的现实条件，又能有效的实现实时计量的难题。

2.1主要技术特点：

（1）远程控制，无人值守。可嵌入各种渠道类型的流量计算参数。

（2）观测误差小，使用费用低。该仪器观测水位误差为±1mm，只需要一张SIM卡，即可完成其各个功能，而其费用主要是GPRS流量，采用普通的包月方式即可满足需求。

（3）特低功耗，无需外部供电，采样时间短，非采样时功耗极低，自带锂电池可满足长时间工作需求。

（4）内置实时时钟，可以准确记录采样时刻的时间。

（5）实现远程不定时查询渠道配水情况，具备定时上报、应答上报和疑似故障水位自动上报。

（6）具备数据补录功能，设备数据因为SIM卡欠费或者其他因素不能正常上报，恢复正常后可以通过上位机选择补录数据的范围进行数据补录。

2.2水位流量计的安装及防护

（1）磁致伸缩水位计安装于渠道旁竖管内，竖管与渠道通过旁通管将水流连通。如果遥测水位计的量程与渠道设计的最高水位相当，则安装时，以遥测水位计的零点水位为参考点，遥测水位计的零点必须与测井的零点一致，以此来确定安装支架的位置；如果遥测水位计的量程小于渠道设计的最高水位，则以遥测水位计的测量上限为参考点，遥测水位计的测量上限必须与渠道的最高水位一致，以此来确定安装支架的位置。

（2）遥测水位计支架安装过程中产生的水位误差，可通过水位校准功能来修正。

（3）由于水位流量计应用于野外，为防止人为对水位流量计的破坏，应设置必要的保护装置。由于测井设置在渠道旁，井内有旁通管与渠底连通，水位流量计也在测井内，测井顶部设计有钢板盖和锁栓，平时锁上盖板即可。这种防护设计即能满足水位流量计施测安装技术要求同时也兼顾了防盗防破坏的功能。

2.3数据的采集、传输、处理、应用

水位流量计的数据传输采用无线传输网络进行。只要手机信号覆盖区域，均可用SIM卡对水位、流量作实时、定时传输。可通过安装智能手机端的APP应用程序或手机短信实时对水位流量计进行数据的传输和参数的设置。

渠道水量计算的关键是水位—流量关系曲线。渠道水量可根据采集的水位和水位—流量曲线进行水量的累积计算并可以直接显示。采集数据经传送至中心服务器接收处理后将采集的水位及计算的流量、用水量数据在磁致伸缩水位流量计网络监测终端显示、存储、也可任意导出汇总。网络监测终端可直接显示、存储每台水位流量计的实时数据；历史数据查询，可按天按时段任意查看统计导出；水位过程线。为了方便水管人员及广大用水户还开发了智能手机端APP应用程序，用水户除了能在互联网电脑终端查看水情外，更可方便的随时实地用手机进行实时水位流量查看。

3、磁致伸缩水位流量监测系统应用

2016年8月实施了疏勒河灌区信息化系统斗口水量实时监测系统建设项目，完成斗口磁致伸缩水位仪计量点133套，共计198个斗口监测计量点，91万亩农田灌溉用水实现了自动观测和斗口水情远程实时在线监测，水管人员、灌区用水户均可通过终端查阅实时用水量和历史水情。

长期以来，灌区在末级渠系管理上属于最难的一个环节，点多面广、渠道众多，计量难度极大，虽然做过多种尝试，但是成效并不明显。

而基于磁致伸缩水位计的斗口水位流量监测系统安装运行后，一是提高了灌区管理水平，用水管理实现了信息化模式转变。通过座谈和简单的培训，协会管水人员随时随地通过手机或电脑上网，就可以在线查看各渠道实时水位流量信息，得到了协会管水人员和农户的认可；二是减轻了水利职工的劳动强度。基层一线职工通过电脑、手机随时掌握各渠道水情，不用到现场便可完成相关工作任务；三是促使灌区“阳光水务”活动进一步深化。更加有利于灌区用水户和社会各界人士监督灌区的水事活动，使“阳光水务”更加公开、透明；四是不论是实行最严格水资源管理制度，加快实现斗口实时准确计量系统，全面实现斗口准确计量是水权分配制度建设的基础性工作。

4、结语

该系统采用先进的磁致伸缩传感器和最新微控制器和无线通讯模块，自动采集渠道运行过程中水位数据，并通过标准的巴歇尔量水堰得出的水位流量关系曲线准确的计算出实时流量数据和用水量数据，实现计算机网络管理的测量水管理。通过在疏勒河灌区逐步推广应用，该系统不但测量数据连续、精确，而且所采集的水位、流量、用水量统计也非常方便存储、查询、导出等应用，这也为灌区末级渠系管理、水权分配及水利信息化建设提供了技术支撑。