汉中市石门水库灌区渠道量测水设施设备的选型及应用

摘要：灌区量测水设施设备的科学选型应用，对农业水价综合改革的顺利推进和灌区标准化规范化建设，都起着基础性的重要作用。在灌区各级渠道建设安装与工程实际状况及当前技术发展相适应的量测水设施设备，才能充分发挥量测水设施设备的性能，为按量计费和灌区用水管理提供第一手基础数据，起到提高灌区管理效率和节水灌溉的现实需要。本文即以汉中市石门水库灌区测流设施设备的选型应用情况进行探讨，为灌区的量测水工作提供参考。

关键词：灌区测流;设施设备;选型应用

测流设施设备简述：

目前，灌区量测水设施设备一般有以下几类：流速仪、标准断面、渠系建筑物（如涵闸、跌水、渡槽、倒虹吸等）、量水堰、量水槽、量水仪表（超声波流量计、电磁流量计等）;灌区管理单位在渠道量测水工作中应用较为普遍的是：旋杯（浆）式流速仪、标准断面、量水堰、量水槽等。在科技发展日新月异的今天，灌区农业水价综合改革和灌区标准化、信息化建设对量测水设施设备的选型应用也提出了更高要求。要求逐步减少工作人员的劳动强度，不断提高量测水精度和采集相关数据的时效性，方便数据的传输应用，为灌区各项管理工作及时提供数据支撑。因此，电磁流量计、超声波流量计、声学多普勒流速剖面仪（ADCP）等新型仪器也逐渐进入了灌区量测水工作。

一、灌区概况：

汉中市石门水库灌区设计灌溉面积51.5万亩，有效灌溉面积40.2万亩，是汉中市唯一的大型灌区，也是我省最大的水稻灌区，灌区所产粮油占汉中市粮油总产量的1/4。灌区有东、西、南三条干渠，总长89.32km，设计总引水流量56 m3/s;支渠20条，总长161.73km;斗渠418条，总长1110.66km;分引（农毛）渠2022条，总长2232km;灌溉渠道量测水设施设备的合理选型、应用，对灌区灌溉用水管理、用水计量及农业水价综合改革的顺利推进起着至关重要的作用。

石门水库灌区结合本灌区现有量测水设施设备的优缺点，对原有的机械旋杯式流速仪、机械旋浆式流速仪、梯形量水堰板、已经建成的支渠、末级渠系使用的堰槽测流设施予以保留。参考当前量测水技术的发展，又引进了声学多普勒流速剖面仪（ADCP）、电磁流量计等先进仪器。通过各级渠道量测水设施设备的装备和建设，起到了有效监控灌区渠道用水，提高了计量精度，明显减少了水的浪费现象，达到了节水灌溉的作用。并大幅减轻了测流工作人员劳动强度、减少了人力成本，提高了管理效率。也为灌区标准化、规范化建设和农业水价综合改革的顺利推进奠定了坚实的硬件基础。

二、灌区量水设施设备的选型、应用

2.1量水仪器的选型应用

由于流速仪是目前灌区应用最为广泛、应用时间较长的一种量水仪器，在科技日益发展的今天，它仍然有其投资少、可靠性高的优点，因此，石门水库灌区仍然在实际量测水工作中保留了流速仪。

根据旋杯式流速仪的优缺点，一般将该种类型的流速仪用于建立、校核、修正干渠渠首、各交水点处及各支渠交水点处的标准断面的水位流量关系曲线;或用于校核支渠上修建的量水槽的量水精度;

根据旋浆式流速仪的优缺点，一般将该种类型的流速仪用于末級渠系（斗、农渠）建立、校核、修正水位流量关系曲线，测量渠段流量用于实施灌溉试验项目，或用于校核末级渠系（斗、农渠）上修建的量水槽的量水精度;尤其在实施灌溉试验中的渠道输水损失、渠道灌溉效率等项目时，由于测量出了末级渠道准确、实时的流量，不仅明显降低了相关项目的实施难度，也对提高成果的精度发挥了重要作用;

对干支渠的流量测量，石门水库灌区也引进了较为先进的声学多普勒流速剖面仪（ADCP），用于建立、校核、修正干渠引水口、干渠各交水点处及各支渠交水点处标准断面的水位流量关系曲线;

2.2量水设施的选型应用

石门水库灌区对各型量水设施的优缺点进行了综合分析、研究，结合本灌区的实际情况进行了选型和应用：

由于本灌区的干、支渠涉及上下游站的交接水，考虑到直观、经济、易懂等优点，对干支渠上各交水点仍保留标准断面。

本灌区普遍开展的灌溉试验项目，在没有修建量水设施的渠段需要开展相关项目时，一般使用梯形薄壁堰;

结合本灌区支渠及末级渠道（斗渠、农渠）上修建有梯形、U形、矩形等各形渠道的现状，石门水库灌区选用了巴歇尔量水槽、矩形无喉段量水槽、抛物线形喉口量水槽三种类型的量水槽。经多年的使用，发挥了良好的量水作用。

由于渠系建筑物量水法的相关流量计算过程繁琐复杂，基层管理人员和计量人员不易掌握，也不易于和灌区整体的标准化、信息化方向发展进行数据对接，目前暂未进行大范围推广;

2.3量水仪表的选型应用

采用量水仪表量水的优点是技术先进，可节省大量时间和人力，可实时取得相关数据，并为灌区信息化建设基础数据的采集提供支撑。但各类型量水仪表普遍价格较高，灌区管理单位采购压力较大;

根据灌区实际情况，石门水库灌区在节水改造项目建设时实施了第一期的信息化工程，在干渠各交水点安装了浮子式水位计、超短波设备，后面又在干渠各交水点和重点支渠口、支渠交水点、斗渠口试点安装了压力式遥测水位计。同时，也开始使用石门水库灌区水情管理系统对整个灌区水情进行监测，便于及时掌握各级渠道运行情况和开展灌溉用水管理工作。

三、石门水库灌区量水设施设备选型应用中的经验及存在的问题

石门水库灌区在节水改造项目建设时，实施了第一期信息化工程，在干渠各交水点安装了浮子式水位计、超短波设备。该套系统已经运行了近十年，在多年的运行中，该套系统表现出了稳定性较好、运行费用低等优点。但也存在一些问题：比如浮子式水位计易受泥沙或渠道中杂物、秸秆影响，导致测量数据不准确或无法测量等问题，需要经常进行维护;干渠各交水点处的超短波信号传输受地形影响较大，电波通过丘陵、丛林地带和建筑物时，会被部分吸收或阻挡，灌区个别较为偏远的测站存在通信困难的现象。超短波配套备件的购买较为困难等;

为保证灌区灌溉管理的良好持续运行，石门水库灌区又在干渠各交水点和重点支渠口、支渠交水点、斗渠口试点安装了压力式遥测水位计和配套的软件监测系统。经过几年的使用，该套系统运行稳定，测量数据较为准确。由于采用了移动、联通等运营商的数据服务，因此数据传输上较为顺畅。但该套系统仍然存在一些问题：遥测水位計采用的是电池供电，因此每年需对各测站的设备电池进行统一更换，耗时费力;移动、联通的数据服务费每年也需按时缴纳。对每个测站而言，电池及数据服务费是一笔较大的运行支出;当出现传回的数据与实际水位有偏差需要校核时，存在高水位校准后，中低水位时又与渠道实际水位存在较大偏差等现象;

本灌区根据支渠及末级渠道（斗渠、农渠）上具有梯形、U形、矩形等各形渠道的现状，选用了巴歇尔量水槽、矩形无喉段量水槽、抛物线形喉口量水槽三种类型的量水槽。经多年的使用，发挥了良好的量水作用。在实际运行中，采用砖、石、砼等修建的量水槽不易变形，运行稳定、量水准确。但采用预制构件进行安装的量水槽，容易受背后土体及水压力影响而变形，导致量水准确度不高;

石门水库灌区在引进声学多普勒流速剖面仪（ADCP）后，通过近几年的运用，表现出了测量速度快、精度高、运行费用低等显著优点，节省了大量时间和人力。在运行过程中，也发现该仪器对使用环境有一定要求，并非所有渠道所有渠段均可使用。比如，在灌区的干渠中测量精度高，测量成果一般均在允许误差范围内。但应用于支渠测流中，由于水面宽度较小，测量成果经常会出现超过允许误差，导致无法使用。同时，在干渠水位波动大，流态紊乱的渠段，测量成果也常会出现超过允许误差，成果无法使用。

四、石门水库灌区量水设施设备的发展方向

4.1 结论

石门水库灌区结合本灌区现有量测水设施设备的优缺点，对原有的机械旋杯式流速仪和机械旋桨式流速仪、已经建成的支渠和末级渠系使用的堰槽测流设施、浮子式水位计和超短波设备、压力式遥测水位计予以保留。参考当前量测水技术的发展，又引进了声学多普勒流速剖面仪（ADCP），并正在灌区开展实施以量测水（利用原遥测水位计）、视频监控结合闸门自动化控制为主要建设内容的的智慧灌区建设试点。通过支渠口及主要斗渠口量测水设施设备的装备和建设，起到了有效监控灌区主要支、斗渠道用水情况，明显减少了水的浪费现象，达到了灌区节水灌溉的作用。并大幅减轻了工作人员劳动强度、减少了人力成本，提高了管理效率。也为灌区农业水价综合改革的顺利推进奠定了坚实的硬件基础。通过各级渠道量测水设施设备的装备和建设，石门水库灌区的灌溉管理工作正朝着标准化、信息化方向发展。

4.2 展望

在科技发展日新月异的今天，灌区农业水价综合改革和灌区标准化、信息化建设对量测水设施设备的选型应用也提出了更高要求。不仅要求逐步减少灌区工作人员的劳动强度，不断提高量测水、调配水精度，提高采集相关数据的时效性，方便数据的传输应用，并尽量将量测水数据、灌区气象墒情监测、各级渠道闸门启闭控制等整合到一个管理平台，将灌区建设成现代化的“智慧灌区”。

量测水设施设备方面，更多的是要向可视化、智能化方向发展，不仅仅停留在只能实时获取水位、流量等数据层面，更多的是要将灌区各项管理工作同量测水设施设备进行关联。

参考文献：

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作者简介：雷国松，1979年8月出生，男，汉族，陕西汉中，工程师，：本科，研究方向：灌区管理、测流计量、水利工程管理及建设。