山东省农业节水技术研究与示范基地建设

丁若冰

（山东省水利科学研究院，山东 济南 250014）

随着现代化灌区建设的需求和农业水价综合改革工作的推进，灌区量测水技术正日益得到普遍重视。为此，山东省水利科学研究院以用户需求为先导，以国家规范为依据，广泛吸收国内灌区测水量水、自动实时监控的实际运行经验，采用国内外前沿科研成果和技术，建设了山东省农业灌溉量水技术研究与示范基地。该示范基地具备了科学研究、技术推广、检测认证、人员培训和节水教育五大功能。

1 基地建设内容

1.1 概述

山东省农业灌溉量水技术研究与示范基地位于山东省灌溉试验中心站内，占地8000m2（80m×100m），由监控室、量水试验区、视频监控和管理平台组成。

量水试验区共布设梯形渠、矩形渠、U型渠、涵管、管道和土渠6种常规输水渠型，汇集水工建筑物量水、堰槽量水、涵管无压流（不满管）超声波流量计、机井“水电双控”装置、激光明渠流量计、电磁管道流量计和超声波流量计等几十种先进实用的量水测控技术手段，采用物联网+、大数据、云计算和INT/GPRS网络传输等信息化技术，实现了农业灌溉量水的远程测控，促进了山东省农业节水技术的进一步发展。

该基地所有量水设施均可实现远程测控和视频监控功能，工作人员可通过LCD液晶显示屏、电脑、手持式移动终端和手机，查看各量水设施的水位、瞬时流量和累积流量等数据，以及测控一体化闸门、水电双控装置和管段测控一体化流量计等设备。监控室配置65英寸LCD显示屏1台、笔记本电脑1台和50M光纤专线宽带1条。视频监控配置高清数字球机2台，“无死角”观察试验场全貌，配置高清数字可调焦枪机4台，分别观察4条明渠的情况，以及相应的无线网桥、交换机和硬盘录像机等设备。

1.2 量水试验区

1）梯形渠。渠上宽2500mm，底宽600mm，渠深800mm。出平水塔一定距离安装1座“测控一体化”平板闸，依次建设巴歇尔量水槽、无喉道量水槽、长喉道量水槽和跌坎量水共4个量水设施。

2）矩形渠。渠宽600mm，渠深800mm。出平水塔一定距离安装1座平板闸，依次建设梯形薄壁量水堰、矩形薄壁量水堰、三角形薄壁量水堰和机翼型量水堰共4个量水设施。

3）U型渠。出平水塔一定距离安装1个闸阀，依次建设U形直壁量水堰、抛物线形量水堰板和U形渡槽量水共3个量水设施。

4）水泥管道和土渠。DN600水泥输水管与相应的土渠连接。出平水塔一定距离安装1个闸阀，依次建设涵管无压流（不满管）量水、闸阀（可调整流量，改变涵管中的过水流态）、倒虹吸量水，通过倒虹吸与下游的土渠相连接，在土渠上选择一个人工量水断面，设定水位标尺，人工率定确定H-Q曲线，通过人工测量水深，得到流量值。

5）PVC输水管道。出平水塔一定距离安装1个球阀，依次安装水电双控测控柜、插入式超声波流量计、外夹式超声波流量计、卡式超声波流量计、灌溉水表和管段式远程测控一体化装置。

以上量水设施均预留各量水设施的上游、下游距离，距离符合规范要求和最大过水量。

1.3 软件平台

基于山东省水利信息化综合管理平台框架下的农田灌溉量水监测系统，由SL系列远程量水测控终端、激光水位计、激光闸门开度仪、多普勒雷达流速仪、超声波流量计、量水堰槽和太阳能供电装置等构成远程量水测控系统，将物联网+、大数据、测水量水、激光测量、通信和智能控制等技术有机结合，实现模拟对河道、明渠、涵管、泵站、机井和供水管网的远程用水监测、计量、统计、分析与控制，充分体现农业灌溉的现代化管理水平。系统具备较强的扩展性和冗余性，随着用户需求的不断变化和增加，可以灵活增加、调整系统功能。

2 系统构成

2.1 闸门量水测控一体化系统

系统由闸门远程量水测控终端、激光水位计、激光闸门开度仪、闸门启闭器和射频供电装置等组成，利用渠道的节制闸进行量水，通过对闸门上、下游水位和闸门开度的监测和动态分析，结合水力学公式可计算出过闸断面流量，获得水位过程曲线、瞬时流量曲线、累计水量等灌溉特征指标。

2.2 明渠量水监测系统

系统由测流堰槽、激光量水监测终端和太阳能供电装置组成，使用激光量水监测终端进行量水，通过对测流堰槽上、下游水位的监测和动态分析，自动判别测流槽内水的流态，根据不同流态分别精确计算流量，获得水位过程曲线、瞬时流量曲线、累计水量等灌溉特征指标。采用激光非接触式量水，测量精度高，使用寿命长，运行稳定可靠。可通过软件平台、手持式移动终端或手机APP显示、设置和控制流量、水量、电量以及测流点的工作状态等指标，实现远程控制。

2.3 泵站、机井量水测控一体化系统

系统由超声波流量计、远程量水测控终端、射频供电装置等组成。特点是具有水电双控功能，可根据用户设定的电量、水量、灌溉时长和起止时间等参数实现智能控制，可实现远程操控。采用国际创新的双频全息时间测量技术，高响应超声波测量核心技术采样速率高达256次/s，可实现测量值±0.5%误差内的高精度测量。

2.4 输水涵管（洞）量水系统

由超声波流速传感器、激光水位计、涵管量水监测终端、供电装置组成的输水涵管量水系统，自动判别管内水的流态，可对实时检测到的水流速度和水深变化进行动态分析和修正，从而获得较为精确的测量统计数据。优点是可同时满足有压流和无压流不同流态的流量测量。

2.5 输水管网分布式量水测控一体化系统

系统由分布式管道量水测控主机、无线量水一体化测控终端和射频供水装置组成，可对灌溉水量及时间等信息远程采集与分析处理，实现对输水管道（口）的远程量水与控制。主要特点是由农田灌溉信息化系统统一管理。如在远程模式下，可通过电脑、手持信息终端或智能手机，远程监控灌溉。在自动模式下，可按照预先设定的灌溉时间和水量（或时长）自动进行灌溉；在手动模式下，工作人员可通过测控机面板的按键进行灌溉控制。

3 结语

山东省农业灌溉量水技术研究与示范基地汇集多种量水技术、设施、设备于一体，建设了兼具科学研究、技术推广、检测认证、人员培训、节水教育五大功能的全品类农业灌溉量水模拟试验场，具备技术验证、工程模拟、设备率定等多种用途，设计理念和技术参数达到了国内领先水平，对山东农业灌溉量水技术的发展与应用起到了示范作用。