通用智能流速仪计数器在位山灌区支渠测流的应用

张体刚

(山东省聊城市位山灌区管理处，山东 聊城 252000)

1 灌区及测水工作现状

位山灌区以自流灌溉为主，闸首设计引水流量240 m3/s，加大流量380 m3/s，现有跨乡(镇)的分干渠53条，总长797 km，支渠825条，总长5 100 km，控制聊城7个县(市区)和3个市属开发区89个乡(镇)大部分耕地灌溉任务。属于半干旱半湿润大陆性气候，降水时空分布不均，人均水资源占有量仅203 m3，为全省人均占有量的2/3，是全国人均占有量的1/10，属于水资源贫乏区。灌区可供水量主要是黄河水，近年来黄河河底下切，造成引水困难，供需矛盾已制约了灌区的发展。要解决这一矛盾，就要提高测流精度，提高水的利用率，提高灌溉管理水平，在灌区内大力推行节约用水。

复灌以来，灌区一直重视测水工作，干渠测站引进全自动缆道测流系统。但由于历史原因，支渠建设一直较落后，渠系配套不完善，测流设备跟不上，造成支渠量水测水精度不高，误差较大。事实证明，这种传统灌溉测流已不能与建设全国一流的现代化新型生态灌区相适应，不能为农业灌溉计划用水、按方收费,提供翔实数据。为进一步加强灌溉用水管理，促进节约用水，提高灌水质量和灌溉效率[1]，为定额供水、合理配水、计量收费等提供可靠数据，位山灌区对支渠量水设施进行了全面升级更新。

2 概要及测量原理

XZ-3型通用智能流速仪计数器是为测流专门研制的新型测速仪器，适用于0.01～9.999 m/s，测算误差≤0.01%，温度范围在-10℃～50℃。组成部分有RS232通讯口、显示器、单片机、存储和时钟电路、信号接收电路、可充电电池及可调用数据的软件。仪器可单独使用，也可组合LS1206B型旋浆式流速仪成套使用，各种信号是由转子流速传感器所产生，并被接收，具有存储功能，随时可以查阅、调取资料。

流速仪工作时，在水流作用力驱动下，叶浆产生回转，同时带动其内部转子系统同步旋转，使装置转子上的磁钢激励干簧管产生通断信号。然后，可依据其在单位时间内产生的信号总数，由以下公式计算出V值：

式中：V为时段内平均流速，m/s；b为桨叶水力螺距，m；a为流速仪常数，m/s；T为测流历时，m；N为T时段内的总转数。

3 操作技术

仪器的操作使用主要由测量操作、测量状态显示、存储状态显示、设置操作、查询操作、通讯等几大项组成。再配合LS1206B型旋浆式流速仪、CG16-1型测杆共同完成整个测流。

仪器共有7个功能键，见图1。流速仪计数器参数(信号型式、信号周期、a值、b值)在设定完成后，装上流速仪，接仪器无芯航空插座，便自动连通电源，显示屏显示测量、查询、设置功能，光标默认在测量位置，按“换屏/确认键”进入垂点、延时、历时等界面，按“位移”和“置数”键进行垂点、历时(60 s或100 s)设置；在确认置数准确后，按下“换屏/确认键”进入测速状态，历时和流速信号数开始滚动，待历时达到设定值时，流速数据已经自动计算出来，同时会有报警声，提示测流员是否保存当前流速数据，可按“置数”键进行选择，测量完成。接上通讯插头，连接计算机串口，存储区数据发送回计算机，自动生成Excel表。

图1 功能键示意图

4 对比施测流量

以位山灌区牛王支渠为例，牛王支渠是衬砌渠道，测点断面为矩形，长宽为固值。在同一时间、同一地点、同一水位、水流平稳情况下，使用XZ-3型通用智能流速仪计数器施测流量，传统灌溉测流施测流量资料30份，最大流量4.86 m3/s，最小流量0.50 m3/s，基本控制了该支渠历年来的流量变化。然后将两种方法施测流量数据对比分析，见表1。Q1表示XZ-3型通用智能流速仪计数器施测流量，Q2表示传统灌溉测流施测流量。

表1 测流流量对比数据表

续表1

由表1中数据可以计算出两者流量误差：

1) 系统误差(%)：

X均=-3.09/30=-0.10

2) 标准差(%)：

3) 随机不确定度(%)：4.36

通过分析可知，系统误差X均=-0.10% ，随机不确定度未超出5%，满足《河流流量测验规范》(GB50179-1993)要求，XZ-3型通用智能流速仪计数器测流数据偏离程度比较小，施测流量数据可以作为灌区计量供水收费的重要依据[2]。

5 应用效果

5.1 自动化程度高

就支渠原始测流法而言，一个测流的过程至少需要3至4人配合完成，一人操作设备，一人查看时间，一人记录数据，在需用时间上更是不定。而该智能设备的使用实现了流速的自动采集、计算、传输、生成Excel表，还可以根据需要输出断面流速分布。现在最多2个测流人员进行操作设备几分钟就可以独自完成全部工作，操作简单，稳定可靠，适用性强，同时大大减轻了枯燥繁琐的重复劳动，提高了工作效率。

5.2 测流精度得到提高

该设备运用前，测深流速凭秒表掐时、套用公式手算，运行系统为可控制，施测流量数据误差较大；该仪器启用后，实现了流速计算自动化，消除了人为因素带来的误差和老式测流设备存在的迟顿问题，缩小了仪器自身误差，全面提高了测、报、整、算等整个测流过程精度[2]。

5.3 实现了节约用水

和以往相比，能够在最短时间里完成测流，得到支渠流量的大小，并且把数据反馈于灌区，使灌区能够及时掌握，合理分配、调控水资源，避免了支渠取水、配水流量的忽大忽小，从而将支渠水的有效利用系数提高3至10个百分点，年节水达30×104m3，达到优化配置、高效利用的目的，对有效控水、科学管水、节约用水有极其重要意义。

6 结 语

新时代需要有新观念来看待支渠管理的诸多问题。传统灌溉测流已不能继续支撑位山灌区绿色持续健康发展，灌区在应对未来水资源短缺的主要策略就是提高测流精度，合理分配水资源，用最少水来浇灌最多农田，节约用水。可见，建设支渠测流信息化是新时代灌区发展的要求。