平原灌區(qū)末級渠系

平原灌區(qū)末級渠系自動量水技術(shù)研究

—文丘利自動量水設(shè)備葉志勇中國水科院牧區(qū)水利科學研究所1概述灌區(qū)量水是灌區(qū)實行計劃用水、按方收費的重要手段。我國灌區(qū)量水技術(shù)從20世紀50年代開始研究與應用，直至1985年7月國務(wù)院發(fā)布《水利工程水費核訂，計收和管理辦法》后，灌區(qū)量水才引起了廣泛重視[1]，經(jīng)過50多年的發(fā)展，在適用性、精度等方面均得到逐步提高，目前灌區(qū)量水設(shè)備及設(shè)施已達100多種[2]。

[1]蔡勇，周明耀．灌區(qū)量水實用技術(shù)指南[M]．北京：中國水利水電出版社，2001．[2]樹榮，任瑞英，郝樹剛．灌區(qū)量水技術(shù)的發(fā)展與展望[J]．人民黃河，2003，25(11)．2平原（河套為例）灌區(qū)末級渠道量水情況末級渠道特點：數(shù)量多、坡降緩、泥沙含量高、斷面小、水位和流量變化頻繁且變幅大、易淤積和行水時間短等。20世紀80年灌區(qū)引進了國內(nèi)先進灌區(qū)應用較好的短管量水、套管量水、無喉道量水、渦輪式量水等進行試用，結(jié)果不理想。目前灌區(qū)內(nèi)末級渠道多數(shù)仍采用傳統(tǒng)的流速儀--標準斷面法測流。弊端：量水誤差大、測流工作繁重、計算復雜、用水戶監(jiān)測難。3試驗選擇試驗區(qū)：巴彥淖爾市磴口縣布隆淖辦事處壩楞村。選擇兩條農(nóng)渠（控制面積分別為500畝和1000畝）建設(shè)兩個文丘利自動量水系統(tǒng)。以便攜式數(shù)顯旋杯式流速儀為標準進行測流精度校核。4文丘利自動化量水設(shè)備河套灌區(qū)沙壕渠試驗站于2001年引進文丘利量水槽，經(jīng)過幾年試驗研究與改進，于2006年獨立研制出適合平原灌區(qū)末級渠道量水的文丘利自動化量水設(shè)備。該套量水系統(tǒng)由文丘利量水槽和自動測流儀兩部分組成。啟動后屏幕示意圖量水槽流量水量測算顯示儀超聲波水深采集傳感器

4.1文丘利量水槽文丘利量水槽采用鋼筋砼現(xiàn)澆，建筑在渠道中水流平穩(wěn)、順直處。自動測流儀安裝在文丘利觀測室內(nèi)，由單片計算機自動控制兩套水位傳感器定時采集水槽上游及喉口水深，計算瞬時流量和累計水量。

4.2設(shè)計方法文丘利量水槽設(shè)計:

要求用戶提供原渠道斷面尺寸、最大流量Qmax及相應水深H、要求的最大水頭損失△Z

。流量計算公式：式中：

μ、b為已知數(shù)，g=9.8，

H1為上游水深，H2為喉口水深水深計算公式：

H=K*I+C+D

式中：

K、C為壓力傳感器線性參數(shù)，K為斜率，C為截距，D為安裝高度4.3測量精度檢驗對2009年觀測的36組數(shù)據(jù)進行誤差分析和可疑數(shù)據(jù)取舍。將文丘利自動量水和流速儀兩種設(shè)備同步觀測結(jié)果繪制成對比圖，平均誤差在±1.19%之間，最大誤差5.63%，滿足規(guī)范要求。4.4經(jīng)濟分析文丘利：建筑物造價（以設(shè)計流量為Q設(shè)=1m3/s斗渠為例）名稱工程投資（元）儀器投資（元）平均維護費（元）年觀測費（元）合計（元）文丘利量水系統(tǒng)350040001005008100流速儀200060030015004400數(shù)據(jù)表明：文丘利自動量水系統(tǒng)一次性投資要比流速儀高3700元，但年觀測費用低，運行三年后，二者投入基本持平，三年以后文丘利自動量水系統(tǒng)每年每條直口渠要比流速儀量水節(jié)約觀測費1200元。4.4經(jīng)濟分析詳細計算年觀測費以每個職工每年工資15000元計，流速儀法每人測10條直口渠計算。文丘利法每人可管理30條直口計算。儀器投資以每條直口渠安一臺儀器，每5條直口渠用1臺流速儀，每臺流速儀造價3000元，平均每條600元。流速儀工程投資以建測流橋、襯砌標準斷面計算，需2000元。4.5適用條件文丘利自動量水設(shè)備適合于在平原灌區(qū)坡降平緩，泥沙含量高，水位變化頻繁且變幅較大的斗農(nóng)毛渠道上使用。流量測試范圍0.1---2.5m3/s。在土渠和襯砌渠道中均可使用；可在梯形渠道和U型襯砌渠道上使用。4.6文丘利自動化量水系統(tǒng)的特點建筑物結(jié)構(gòu)簡單，不易淤積，適宜于高含沙水流的測流。量水誤差小于±5%，滿足農(nóng)業(yè)灌溉量水的精度要求。同時測量上游水深H1與喉口水深H2，即可測算流量，不必區(qū)分流態(tài)，適用性強，操作簡單，易于實現(xiàn)自動化測流。在超高淹沒度條件下，仍可準確測流。文丘利量水槽不分型號，個別設(shè)計，現(xiàn)場建造。自動化程度較高，性能穩(wěn)定，操作簡單。功能擴展余地大，實現(xiàn)起來也較容易，本系統(tǒng)可以與電動啟閉機相連，為將來渠道灌溉自動化控制奠定基礎(chǔ)。4.7成果鑒定2006年9月，末級渠道文丘利自動量水系統(tǒng)通過了區(qū)內(nèi)外專家組的成果鑒定。鑒定意見：本項研究總體上達到國內(nèi)先進水平,產(chǎn)品結(jié)合當?shù)貙嶋H，在數(shù)據(jù)自動化采集方面居國內(nèi)領(lǐng)先水平。成果鑒定會

專家實地考