农田灌溉明渠水量计量方法与设备的改进探索＊

李 锋，李东海，刘 斌

（甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心，甘肃 白银 730400）

在当前农业灌溉水利工程中，农田灌溉明渠水量计量方法较多，在具体应用过程中，需要按照设计情况选择对应的计量方法，提高计量方法的针对性。在农田灌溉明渠计量设备长期使用的情况下，计量设备功能性会有所下降，从而导致农田灌溉明渠水量计量结果不够准确的问题。因此，为了能够获取准确的农田灌溉明渠水量计量结果，需要对计量方法进行优化，并对计量设备进行合理改进，确保计量体系能够满足实际工作要求，对农田灌溉水利工程建设具有重要的意义。

1 农田灌溉明渠水量计量方法分析

农田灌溉明渠水量计量工作能够为农业用水调查提供资料，在灌溉水量补充、用水调配以及节约用水等方面具有重要的意义，所以需要选择精准的计量方法，确保农田灌溉明渠水量计量结果更加准确。根据当前农田灌溉明渠建设实际情况来看，主要采用的计量方法如下。

1.1 设备计量方法

采用设备计量方法需要在农田灌溉明渠中没有建筑物的区域开展，将计量设备安装在农田灌溉明渠上游区域，且需要与上游建筑物保持至少30 m 的距离。在具体应用过程中，农田灌溉明渠水量计量设备主要包括量水堰、量水槽等，量水堰为钢结构，下部分设置混凝土基础，量水堰上部分安装水位标尺，当前主要采用的量水堰包括三角结构和梯形结构2 种不同类型，量水堰整体设备造价较低，具有广阔的应用前景[1]。量水堰和量水槽都具有较高的计量精度，且能够在水流落差较大的农田灌溉明渠中使用，其中梯形量水堰在水头区域的损失量较少，所以更加适合在含沙量较少的农田灌溉明渠中使用；在含水量较大的农田灌溉明渠中，可以采用量水喷嘴，主要结构包括挡水板和管嘴，长方形的量水喷嘴适合在较大的宽浅农田灌溉明渠中使用。

1.2 电水转换计量方法

电水转换计量方法在农田灌溉明渠中应用时，通过电能和水能之间的转换，利用农田灌溉提水机械工具，能够计算出深井潜水泵的耗电量、电水转换系数K等，从而得到农田灌溉明渠的用水量。潜水电泵中流量、功率以及扬程之间的关系为N=2.73QH，其中，N为潜水泵的运行功率，Q为潜水泵实际运行效率，H为潜水泵的扬程。通过上述计算公式可以明确：在潜水泵功率一定的情况下，潜水泵流量和扬程之间具有反比关系，在不同扬程情况下，潜水泵的实际流量具有一定差异。电能和水量之间的转换，主要受到电水转化系数K的影响，电水转换系数K数值受到潜水泵的埋深影响，在潜水泵埋深深度超过80 m 的情况下，电水转换系数K的均值为1.2；在潜水泵埋藏深度在60～80 m 范围时，电水转换系数K均值为1.45；在潜水泵埋深深度为50～60 m 的情况下，电水转换系数K均值为1.67。在电水转换系数K指的变化规律中，深井潜水泵消耗电量为1 kW·h，出水量较小，扬程较大，反之扬程较小时，出水量较大，通过采用电水转换计量方法，能够得到准确的农田灌溉明渠水量计算结果[2]。

1.3 流速仪计量方法

采用流速仪方法对农田灌溉明渠水量进行计量时，能够得到较为准确的计量结果，但是需要消耗的计量时间较多，且计算流程较为复杂，为此，流速仪计量方法大多应用在无水工建筑的农田灌溉明渠环境中。在具体应用过程中，通过流速仪对农田灌溉明渠的流速进行计量，需要在测流桥的配合下完成，通常情况下，测流桥宽度在2～3 m 范围内；在对农田灌溉明渠的流速进行计量时，计量人员需要在人行便桥中选择合适的断面，并根据计量结果绘制出断面图，结合对断面图的分析，能够获取准确的计量结果。流速仪计量方法结果较为准确，且随着与信息技术的融合，在农田灌溉明渠水量计量工作中的应用更加广泛。

2 农田灌溉明渠计量设备改进方法分析

当前农田灌溉明渠计量工作中，所采用的计量设备存在一定问题，基本为传统的计量设备，且在长期应用过程中会受到多种因素的影响，导致计量结果不够准确，所以为了促进农田灌溉明渠水量计量工作更好地开展，需要采用更加科学的计量设备，为此本文结合实践经验，提出如下多项计量设备改进方法。

2.1 流量遥感计量装备改进应用

在农田灌溉明渠水量计量设备优化过程中，为了能够实现水量精确化计量目标，为农田节水灌溉提供支持，可以采用流量遥感的改进优化方法。在对农田灌溉明渠水量的监测中，采用流量遥感计量设备。该设备采用便携式和电源独立的流量仪器实现计量工作，便携式计量系统一般包括PCM 变送器与传感器等，比如可以采用NIVUS 流量计量技术，在农田灌溉明渠水量计量中具有良好的效果，且PCM 便携式设备能够在半管、满管等环节中进行计量。流量遥感计量设备在应用过程中，通过对计量通过水位截面积的计算，截面积的变化会随着水位变化而改变，为了能够计量出农田灌溉明渠流速，可以将颗粒物或气泡作为机制，保持颗粒物与气泡的流速相同，采用超声波计量方法获取介质的实际流速。在对流量遥测系统改进时，设计人员需要按照计算机系统的监测数据，对运行调度计划进行实时调整，充分发挥出干渠的输水能力，将实际轮灌时间缩短，从而能够实现节约灌溉水资源的目的[3]。

2.2 农田灌溉明渠水量计量器改进应用

在电子技术与微处理器技术的快速发展下，将其应用在农田灌溉明渠水量计量装备改进中，能够全面丰富计量设备功能，主要方向是将计量设备赋予自动化功能，通过采用计量设备得到更加准确的计量结果。农田灌溉明渠水量计量设备主要包括水位计量传感器、标准测流槽、水量计以及打印机等工程；水位传感器的形式以浮子非码盘绝对计量为主，依据一定的采集计量周期，对系统中的实施数据进行列表输出。在对农田灌溉明渠水量计量设备的改进中，需要增加如下几项功能。

计算功能。自动化计量设备中具有微型计算机，使得自动化计量设备的计算能力和数据信息处理能力得到了很大的提高，从而使自动化计量设备能够处理更加复杂、更加庞大的工程数据，且计算结果的准确性得到了很大的提高。在农田灌溉明渠水量计量工作方面，经常会遇到线性化处理、自检自校、计量数值和工程数值的转换以及抗干扰方面的问题，采用自动化计量设备中的微型计算机以及相应的数据处理软件能够有效解决上述计算问题，不仅降低了农田灌溉明渠水量计量中硬件设备的负担，自动化计量设备还可以完成检索、优化等方面的工作，在计算功能方面的能力较为突出[4]。

编程功能。在计算机技术快速发展的背景下，计算机技术在多个领域都有着广泛的应用，尤其是在计量设备中，使得自动化计量设备可以编程，在计量设备中加入了计算机软件，这些软件可以实现对硬件逻辑电路的代替，从而使计量设备的许多性能都得到了提高。此外，在控制电路中，还可以实现相关接口芯片的有效利用，使自动化计量设备能够对复杂的功能进行控制。

记忆功能。传统计量设备所采用的电路是组合为逻辑电路和时序电路，所以计量设备中的记忆功能较为落后，记忆程度较低，只能够对农田灌溉明渠水量计量过程中某些特定时刻的设备运行状况进行基本记忆，但是随着时间的变化，计量设备的工作状态也会发生相应的改变，计量设备之前所记录的数据和信息就会被新的信息所取代，所记忆的旧数据和信息就会消失，这会对农田灌溉明渠水量计量造成很不利的影响，导致相关计量数据缺失。在微型计算机融合到农田灌溉明渠水量计量设备之中，通过微型计算机强大的存储功能，可以对农田灌溉明渠水量计量所有状态下的信息和数据进行记忆，可以实现记忆数据永久保存。

2.3 农田灌溉明渠水量计量设备自动化改进

在农田灌溉明渠水量计量工作中，计量设备需要具有能够测量明渠水位和自动化控制计量测量设备的功能。首先，通过对实际水位高度的把控，能够更加明确当前农田灌溉明渠的水量情况，对于农田灌溉明渠灌溉等优化具有良好的指导作用。在农田灌溉明渠计量设备改造中，可以通过融合自动化技术，在自动化计量设备中加入人机操作借款，能够提高计量设备操作便捷性。自动化控制水位设备在运行过程中，其运行状态能够通过人机界面显示，人机界面的操作方式与控制方式为一体化，通过分组的方式，能够完成更加精确的控制，从而转变了传统的水位计量设备控制模式。在采用自动化控制计量设备时，通过人机界面进行控制，测量人员需要完成模拟图绘制，并严格按照测量标准开展，工作人员需要制作能够准确运行的模拟图，并优化信息处理、报警等环节的人机界面交互，从而提高人机界面的实用性，全面提升自动化控制水位计量设备控制效果，满足农田灌溉明渠测量过程中对于水位监测的需要，自动化控制计量设备是提高农田灌溉明渠水量计量工作的重要基础计量设备，所以需要根据实际情况选择项对应的自动化控制水位计量设备。

其次，在自动化控制计量设备中，计量和流量自动化设备应用较为频繁，自动化设备的型号选择能够直接影响各项数据的准确性，所以在改进计量和流量自动化设备时，需要保持科学严谨的态度。在改进过程中，可以采用容积式自动流量设备或涡轮自动流量设备，能够在污水以及砂石含量较高的农田灌溉明渠水量计量中使用，通过与自动化技术的融合，将其应用在农田灌溉明渠水量计量工作中，具有良好的应用效果。

2.4 农田灌溉明渠水量计量设备改进主要方向

首先，农田灌溉明渠水量计量设备改进需要向精简化方向发展，通过融合微型控制机的方式，使设备较为轻巧。通过计算机软件代替了相关的硬件，在很大程度上降低了硬件设备的负担，使得计量设备更加简单化便捷化，结构精简化是未来计量设备发展的必然趋势和主要方向。其次，农田灌溉明渠水量计量设备需要向精准化方向改进和发展，计量设备和计算机的结合，使得其有了强大计算能力，可以实现多次快速的测量和记录，从而有效提高了计量设备的精准度。此外，在微型处理器的支持下，计量设备能够排除多项干扰因素，降低干扰因素对计量设备测量结果准确性的影响，使计量设备能够对测量结果的误差进行高效的修正，从而得到更加准确的水量计量结果，所以在改进过程中，必须采用能够提高计量结果准确性的改进方式，以此促进农田灌溉明渠水量计量工作开展。

3 农田灌溉明渠水量计量系统整体设计优化

通过上文的分析可以明确，计量方法以及计量设备会对农田灌溉明渠水量计量工作产生直接影响，所以在明确计量方法和计量设备的改进方式后，需要将其充分结合，从而构建完善的农田灌溉明渠水量计量系统。首先，在硬件设计方面，硬件主要包括传感器、主控电路、电源模块、信号采集模块以及通信接口电路等，其中传感器硬件是一项关键设备，需要选择毫米级别的数字式水位传感器，能够获得更加准确的农田灌溉明渠水量数据，从而为后续的自动化计算打下基础；在自动化设备应用过程中，通过传感器收集的农田灌溉明渠水量数据，比如流量、流速等，按照编程程序进行计算与分析，通过自动化计算得到相应的计量结果，并将计量结果进行储存。其次，在软件程序设计方面，包括编程语言、信息采集设计以及显示设计，在毫米级的数字式水位传感器中，采用MSP340F14 单片机实现，单片机只要检查输出电路信号，则能够实现自动化的信息采集与传输，从而实现农田灌溉明渠水量计量全过程自动化。

4 结束语

综上所述，本文简要分析了几种常用的农田灌溉明渠水量计量方法，并对农田灌溉明渠水量计量设备的改进方法进行优化，最后提出一项农田灌溉明渠水量计量系统设计方案，希望能够对中国农田灌溉明渠水量计量工作起到一定的借鉴和帮助作用，不断提高计量工作效率与结果准确性。