平原灌区末级渠系

平原灌区末级渠系自动量水技术研究

—文丘利自动量水设备叶志勇中国水科院牧区水利科学研究所1概述灌区量水是灌区实行计划用水、按方收费的重要手段。我国灌区量水技术从20世纪50年代开始研究与应用，直至1985年7月国务院发布《水利工程水费核订，计收和管理办法》后，灌区量水才引起了广泛重视[1]，经过50多年的发展，在适用性、精度等方面均得到逐步提高，目前灌区量水设备及设施已达100多种[2]。

[1]蔡勇，周明耀．灌区量水实用技术指南[M]．北京：中国水利水电出版社，2001．[2]树荣，任瑞英，郝树刚．灌区量水技术的发展与展望[J]．人民黄河，2003，25(11)．2平原（河套为例）灌区末级渠道量水情况末级渠道特点：数量多、坡降缓、泥沙含量高、断面小、水位和流量变化频繁且变幅大、易淤积和行水时间短等。20世纪80年灌区引进了国内先进灌区应用较好的短管量水、套管量水、无喉道量水、涡轮式量水等进行试用，结果不理想。目前灌区内末级渠道多数仍采用传统的流速仪--标准断面法测流。弊端：量水误差大、测流工作繁重、计算复杂、用水户监测难。3试验选择试验区：巴彦淖尔市磴口县布隆淖办事处坝楞村。选择两条农渠（控制面积分别为500亩和1000亩）建设两个文丘利自动量水系统。以便携式数显旋杯式流速仪为标准进行测流精度校核。4文丘利自动化量水设备河套灌区沙壕渠试验站于2001年引进文丘利量水槽，经过几年试验研究与改进，于2006年独立研制出适合平原灌区末级渠道量水的文丘利自动化量水设备。该套量水系统由文丘利量水槽和自动测流仪两部分组成。启动后屏幕示意图量水槽流量水量测算显示仪超声波水深采集传感器

4.1文丘利量水槽文丘利量水槽采用钢筋砼现浇，建筑在渠道中水流平稳、顺直处。自动测流仪安装在文丘利观测室内，由单片计算机自动控制两套水位传感器定时采集水槽上游及喉口水深，计算瞬时流量和累计水量。

4.2设计方法文丘利量水槽设计:

要求用户提供原渠道断面尺寸、最大流量Qmax及相应水深H、要求的最大水头损失△Z

。流量计算公式：式中：

μ、b为已知数，g=9.8，

H1为上游水深，H2为喉口水深水深计算公式：

H=K*I+C+D

式中：

K、C为压力传感器线性参数，K为斜率，C为截距，D为安装高度4.3测量精度检验对2009年观测的36组数据进行误差分析和可疑数据取舍。将文丘利自动量水和流速仪两种设备同步观测结果绘制成对比图，平均误差在±1.19%之间，最大误差5.63%，满足规范要求。4.4经济分析文丘利：建筑物造价（以设计流量为Q设=1m3/s斗渠为例）名称工程投资（元）仪器投资（元）平均维护费（元）年观测费（元）合计（元）文丘利量水系统350040001005008100流速仪200060030015004400数据表明：文丘利自动量水系统一次性投资要比流速仪高3700元，但年观测费用低，运行三年后，二者投入基本持平，三年以后文丘利自动量水系统每年每条直口渠要比流速仪量水节约观测费1200元。4.4经济分析详细计算年观测费以每个职工每年工资15000元计，流速仪法每人测10条直口渠计算。文丘利法每人可管理30条直口计算。仪器投资以每条直口渠安一台仪器，每5条直口渠用1台流速仪，每台流速仪造价3000元，平均每条600元。流速仪工程投资以建测流桥、衬砌标准断面计算，需2000元。4.5适用条件文丘利自动量水设备适合于在平原灌区坡降平缓，泥沙含量高，水位变化频繁且变幅较大的斗农毛渠道上使用。流量测试范围0.1---2.5m3/s。在土渠和衬砌渠道中均可使用；可在梯形渠道和U型衬砌渠道上使用。4.6文丘利自动化量水系统的特点建筑物结构简单，不易淤积，适宜于高含沙水流的测流。量水误差小于±5%，满足农业灌溉量水的精度要求。同时测量上游水深H1与喉口水深H2，即可测算流量，不必区分流态，适用性强，操作简单，易于实现自动化测流。在超高淹没度条件下，仍可准确测流。文丘利量水槽不分型号，个别设计，现场建造。自动化程度较高，性能稳定，操作简单。功能扩展余地大，实现起来也较容易，本系统可以与电动启闭机相连，为将来渠道灌溉自动化控制奠定基础。4.7成果鉴定2006年9月，末级渠道文丘利自动量水系统通过了区内外专家组的成果鉴定。鉴定意见：本项研究总体上达到国内先进水平,产品结合当地实际，在数据自动化采集方面居国内领先水平。成果鉴定会

专家实地考