丁若冰

（山東省水利科學研究院，山東 濟南 250014）

隨著現(xiàn)代化灌區(qū)建設的需求和農業(yè)水價綜合改革工作的推進，灌區(qū)量測水技術正日益得到普遍重視。為此，山東省水利科學研究院以用戶需求為先導，以國家規(guī)范為依據(jù)，廣泛吸收國內灌區(qū)測水量水、自動實時監(jiān)控的實際運行經(jīng)驗，采用國內外前沿科研成果和技術，建設了山東省農業(yè)灌溉量水技術研究與示范基地。該示范基地具備了科學研究、技術推廣、檢測認證、人員培訓和節(jié)水教育五大功能。

1 基地建設內容

1.1 概述

山東省農業(yè)灌溉量水技術研究與示范基地位于山東省灌溉試驗中心站內，占地8000m2（80m×100m），由監(jiān)控室、量水試驗區(qū)、視頻監(jiān)控和管理平臺組成。

量水試驗區(qū)共布設梯形渠、矩形渠、U型渠、涵管、管道和土渠6種常規(guī)輸水渠型，匯集水工建筑物量水、堰槽量水、涵管無壓流（不滿管）超聲波流量計、機井“水電雙控”裝置、激光明渠流量計、電磁管道流量計和超聲波流量計等幾十種先進實用的量水測控技術手段，采用物聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、云計算和INT/GPRS網(wǎng)絡傳輸?shù)刃畔⒒夹g，實現(xiàn)了農業(yè)灌溉量水的遠程測控，促進了山東省農業(yè)節(jié)水技術的進一步發(fā)展。

該基地所有量水設施均可實現(xiàn)遠程測控和視頻監(jiān)控功能，工作人員可通過LCD液晶顯示屏、電腦、手持式移動終端和手機，查看各量水設施的水位、瞬時流量和累積流量等數(shù)據(jù)，以及測控一體化閘門、水電雙控裝置和管段測控一體化流量計等設備。監(jiān)控室配置65英寸LCD顯示屏1臺、筆記本電腦1臺和50M光纖專線寬帶1條。視頻監(jiān)控配置高清數(shù)字球機2臺，“無死角”觀察試驗場全貌，配置高清數(shù)字可調焦槍機4臺，分別觀察4條明渠的情況，以及相應的無線網(wǎng)橋、交換機和硬盤錄像機等設備。

1.2 量水試驗區(qū)

1）梯形渠。渠上寬2500mm，底寬600mm，渠深800mm。出平水塔一定距離安裝1座“測控一體化”平板閘，依次建設巴歇爾量水槽、無喉道量水槽、長喉道量水槽和跌坎量水共4個量水設施。

2）矩形渠。渠寬600mm，渠深800mm。出平水塔一定距離安裝1座平板閘，依次建設梯形薄壁量水堰、矩形薄壁量水堰、三角形薄壁量水堰和機翼型量水堰共4個量水設施。

3）U型渠。出平水塔一定距離安裝1個閘閥，依次建設U形直壁量水堰、拋物線形量水堰板和U形渡槽量水共3個量水設施。

4）水泥管道和土渠。DN600水泥輸水管與相應的土渠連接。出平水塔一定距離安裝1個閘閥，依次建設涵管無壓流（不滿管）量水、閘閥（可調整流量，改變涵管中的過水流態(tài)）、倒虹吸量水，通過倒虹吸與下游的土渠相連接，在土渠上選擇一個人工量水斷面，設定水位標尺，人工率定確定H-Q曲線，通過人工測量水深，得到流量值。

5）PVC輸水管道。出平水塔一定距離安裝1個球閥，依次安裝水電雙控測控柜、插入式超聲波流量計、外夾式超聲波流量計、卡式超聲波流量計、灌溉水表和管段式遠程測控一體化裝置。

以上量水設施均預留各量水設施的上游、下游距離，距離符合規(guī)范要求和最大過水量。

1.3 軟件平臺

基于山東省水利信息化綜合管理平臺框架下的農田灌溉量水監(jiān)測系統(tǒng)，由SL系列遠程量水測控終端、激光水位計、激光閘門開度儀、多普勒雷達流速儀、超聲波流量計、量水堰槽和太陽能供電裝置等構成遠程量水測控系統(tǒng)，將物聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、測水量水、激光測量、通信和智能控制等技術有機結合，實現(xiàn)模擬對河道、明渠、涵管、泵站、機井和供水管網(wǎng)的遠程用水監(jiān)測、計量、統(tǒng)計、分析與控制，充分體現(xiàn)農業(yè)灌溉的現(xiàn)代化管理水平。系統(tǒng)具備較強的擴展性和冗余性，隨著用戶需求的不斷變化和增加，可以靈活增加、調整系統(tǒng)功能。

2 系統(tǒng)構成

2.1 閘門量水測控一體化系統(tǒng)

系統(tǒng)由閘門遠程量水測控終端、激光水位計、激光閘門開度儀、閘門啟閉器和射頻供電裝置等組成，利用渠道的節(jié)制閘進行量水，通過對閘門上、下游水位和閘門開度的監(jiān)測和動態(tài)分析，結合水力學公式可計算出過閘斷面流量，獲得水位過程曲線、瞬時流量曲線、累計水量等灌溉特征指標。

2.2 明渠量水監(jiān)測系統(tǒng)

系統(tǒng)由測流堰槽、激光量水監(jiān)測終端和太陽能供電裝置組成，使用激光量水監(jiān)測終端進行量水，通過對測流堰槽上、下游水位的監(jiān)測和動態(tài)分析，自動判別測流槽內水的流態(tài)，根據(jù)不同流態(tài)分別精確計算流量，獲得水位過程曲線、瞬時流量曲線、累計水量等灌溉特征指標。采用激光非接觸式量水，測量精度高，使用壽命長，運行穩(wěn)定可靠?？赏ㄟ^軟件平臺、手持式移動終端或手機APP顯示、設置和控制流量、水量、電量以及測流點的工作狀態(tài)等指標，實現(xiàn)遠程控制。

2.3 泵站、機井量水測控一體化系統(tǒng)

系統(tǒng)由超聲波流量計、遠程量水測控終端、射頻供電裝置等組成。特點是具有水電雙控功能，可根據(jù)用戶設定的電量、水量、灌溉時長和起止時間等參數(shù)實現(xiàn)智能控制，可實現(xiàn)遠程操控。采用國際創(chuàng)新的雙頻全息時間測量技術，高響應超聲波測量核心技術采樣速率高達256次/s，可實現(xiàn)測量值±0.5%誤差內的高精度測量。

2.4 輸水涵管（洞）量水系統(tǒng)

由超聲波流速傳感器、激光水位計、涵管量水監(jiān)測終端、供電裝置組成的輸水涵管量水系統(tǒng)，自動判別管內水的流態(tài)，可對實時檢測到的水流速度和水深變化進行動態(tài)分析和修正，從而獲得較為精確的測量統(tǒng)計數(shù)據(jù)。優(yōu)點是可同時滿足有壓流和無壓流不同流態(tài)的流量測量。

2.5 輸水管網(wǎng)分布式量水測控一體化系統(tǒng)

系統(tǒng)由分布式管道量水測控主機、無線量水一體化測控終端和射頻供水裝置組成，可對灌溉水量及時間等信息遠程采集與分析處理，實現(xiàn)對輸水管道（口）的遠程量水與控制。主要特點是由農田灌溉信息化系統(tǒng)統(tǒng)一管理。如在遠程模式下，可通過電腦、手持信息終端或智能手機，遠程監(jiān)控灌溉。在自動模式下，可按照預先設定的灌溉時間和水量（或時長）自動進行灌溉；在手動模式下，工作人員可通過測控機面板的按鍵進行灌溉控制。

3 結語

山東省農業(yè)灌溉量水技術研究與示范基地匯集多種量水技術、設施、設備于一體，建設了兼具科學研究、技術推廣、檢測認證、人員培訓、節(jié)水教育五大功能的全品類農業(yè)灌溉量水模擬試驗場，具備技術驗證、工程模擬、設備率定等多種用途，設計理念和技術參數(shù)達到了國內領先水平，對山東農業(yè)灌溉量水技術的發(fā)展與應用起到了示范作用。