張?bào)w剛

(山東省聊城市位山灌區(qū)管理處，山東 聊城 252000)

1 灌區(qū)及測(cè)水工作現(xiàn)狀

位山灌區(qū)以自流灌溉為主，閘首設(shè)計(jì)引水流量240 m3/s，加大流量380 m3/s，現(xiàn)有跨鄉(xiāng)(鎮(zhèn))的分干渠53條，總長(zhǎng)797 km，支渠825條，總長(zhǎng)5 100 km，控制聊城7個(gè)縣(市區(qū))和3個(gè)市屬開(kāi)發(fā)區(qū)89個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))大部分耕地灌溉任務(wù)。屬于半干旱半濕潤(rùn)大陸性氣候，降水時(shí)空分布不均，人均水資源占有量?jī)H203 m3，為全省人均占有量的2/3，是全國(guó)人均占有量的1/10，屬于水資源貧乏區(qū)。灌區(qū)可供水量主要是黃河水，近年來(lái)黃河河底下切，造成引水困難，供需矛盾已制約了灌區(qū)的發(fā)展。要解決這一矛盾，就要提高測(cè)流精度，提高水的利用率，提高灌溉管理水平，在灌區(qū)內(nèi)大力推行節(jié)約用水。

復(fù)灌以來(lái)，灌區(qū)一直重視測(cè)水工作，干渠測(cè)站引進(jìn)全自動(dòng)纜道測(cè)流系統(tǒng)。但由于歷史原因，支渠建設(shè)一直較落后，渠系配套不完善，測(cè)流設(shè)備跟不上，造成支渠量水測(cè)水精度不高，誤差較大。事實(shí)證明，這種傳統(tǒng)灌溉測(cè)流已不能與建設(shè)全國(guó)一流的現(xiàn)代化新型生態(tài)灌區(qū)相適應(yīng)，不能為農(nóng)業(yè)灌溉計(jì)劃用水、按方收費(fèi),提供翔實(shí)數(shù)據(jù)。為進(jìn)一步加強(qiáng)灌溉用水管理，促進(jìn)節(jié)約用水，提高灌水質(zhì)量和灌溉效率[1]，為定額供水、合理配水、計(jì)量收費(fèi)等提供可靠數(shù)據(jù)，位山灌區(qū)對(duì)支渠量水設(shè)施進(jìn)行了全面升級(jí)更新。

2 概要及測(cè)量原理

XZ-3型通用智能流速儀計(jì)數(shù)器是為測(cè)流專門(mén)研制的新型測(cè)速儀器，適用于0.01～9.999 m/s，測(cè)算誤差≤0.01%，溫度范圍在-10℃～50℃。組成部分有RS232通訊口、顯示器、單片機(jī)、存儲(chǔ)和時(shí)鐘電路、信號(hào)接收電路、可充電電池及可調(diào)用數(shù)據(jù)的軟件。儀器可單獨(dú)使用，也可組合LS1206B型旋漿式流速儀成套使用，各種信號(hào)是由轉(zhuǎn)子流速傳感器所產(chǎn)生，并被接收，具有存儲(chǔ)功能，隨時(shí)可以查閱、調(diào)取資料。

流速儀工作時(shí)，在水流作用力驅(qū)動(dòng)下，葉漿產(chǎn)生回轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)其內(nèi)部轉(zhuǎn)子系統(tǒng)同步旋轉(zhuǎn)，使裝置轉(zhuǎn)子上的磁鋼激勵(lì)干簧管產(chǎn)生通斷信號(hào)。然后，可依據(jù)其在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的信號(hào)總數(shù)，由以下公式計(jì)算出V值：

式中：V為時(shí)段內(nèi)平均流速，m/s；b為槳葉水力螺距，m；a為流速儀常數(shù)，m/s；T為測(cè)流歷時(shí)，m；N為T(mén)時(shí)段內(nèi)的總轉(zhuǎn)數(shù)。

3 操作技術(shù)

儀器的操作使用主要由測(cè)量操作、測(cè)量狀態(tài)顯示、存儲(chǔ)狀態(tài)顯示、設(shè)置操作、查詢操作、通訊等幾大項(xiàng)組成。再配合LS1206B型旋漿式流速儀、CG16-1型測(cè)桿共同完成整個(gè)測(cè)流。

儀器共有7個(gè)功能鍵，見(jiàn)圖1。流速儀計(jì)數(shù)器參數(shù)(信號(hào)型式、信號(hào)周期、a值、b值)在設(shè)定完成后，裝上流速儀，接儀器無(wú)芯航空插座，便自動(dòng)連通電源，顯示屏顯示測(cè)量、查詢、設(shè)置功能，光標(biāo)默認(rèn)在測(cè)量位置，按“換屏/確認(rèn)鍵”進(jìn)入垂點(diǎn)、延時(shí)、歷時(shí)等界面，按“位移”和“置數(shù)”鍵進(jìn)行垂點(diǎn)、歷時(shí)(60 s或100 s)設(shè)置；在確認(rèn)置數(shù)準(zhǔn)確后，按下“換屏/確認(rèn)鍵”進(jìn)入測(cè)速狀態(tài)，歷時(shí)和流速信號(hào)數(shù)開(kāi)始滾動(dòng)，待歷時(shí)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，流速數(shù)據(jù)已經(jīng)自動(dòng)計(jì)算出來(lái)，同時(shí)會(huì)有報(bào)警聲，提示測(cè)流員是否保存當(dāng)前流速數(shù)據(jù)，可按“置數(shù)”鍵進(jìn)行選擇，測(cè)量完成。接上通訊插頭，連接計(jì)算機(jī)串口，存儲(chǔ)區(qū)數(shù)據(jù)發(fā)送回計(jì)算機(jī)，自動(dòng)生成Excel表。

圖1 功能鍵示意圖

4 對(duì)比施測(cè)流量

以位山灌區(qū)牛王支渠為例，牛王支渠是襯砌渠道，測(cè)點(diǎn)斷面為矩形，長(zhǎng)寬為固值。在同一時(shí)間、同一地點(diǎn)、同一水位、水流平穩(wěn)情況下，使用XZ-3型通用智能流速儀計(jì)數(shù)器施測(cè)流量，傳統(tǒng)灌溉測(cè)流施測(cè)流量資料30份，最大流量4.86 m3/s，最小流量0.50 m3/s，基本控制了該支渠歷年來(lái)的流量變化。然后將兩種方法施測(cè)流量數(shù)據(jù)對(duì)比分析，見(jiàn)表1。Q1表示XZ-3型通用智能流速儀計(jì)數(shù)器施測(cè)流量，Q2表示傳統(tǒng)灌溉測(cè)流施測(cè)流量。

表1 測(cè)流流量對(duì)比數(shù)據(jù)表

續(xù)表1

由表1中數(shù)據(jù)可以計(jì)算出兩者流量誤差：

1) 系統(tǒng)誤差(%)：

X均=-3.09/30=-0.10

2) 標(biāo)準(zhǔn)差(%)：

3) 隨機(jī)不確定度(%)：4.36

通過(guò)分析可知，系統(tǒng)誤差X均=-0.10% ，隨機(jī)不確定度未超出5%，滿足《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》(GB50179-1993)要求，XZ-3型通用智能流速儀計(jì)數(shù)器測(cè)流數(shù)據(jù)偏離程度比較小，施測(cè)流量數(shù)據(jù)可以作為灌區(qū)計(jì)量供水收費(fèi)的重要依據(jù)[2]。

5 應(yīng)用效果

5.1 自動(dòng)化程度高

就支渠原始測(cè)流法而言，一個(gè)測(cè)流的過(guò)程至少需要3至4人配合完成，一人操作設(shè)備，一人查看時(shí)間，一人記錄數(shù)據(jù)，在需用時(shí)間上更是不定。而該智能設(shè)備的使用實(shí)現(xiàn)了流速的自動(dòng)采集、計(jì)算、傳輸、生成Excel表，還可以根據(jù)需要輸出斷面流速分布。現(xiàn)在最多2個(gè)測(cè)流人員進(jìn)行操作設(shè)備幾分鐘就可以獨(dú)自完成全部工作，操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠，適用性強(qiáng)，同時(shí)大大減輕了枯燥繁瑣的重復(fù)勞動(dòng)，提高了工作效率。

5.2 測(cè)流精度得到提高

該設(shè)備運(yùn)用前，測(cè)深流速憑秒表掐時(shí)、套用公式手算，運(yùn)行系統(tǒng)為可控制，施測(cè)流量數(shù)據(jù)誤差較大；該儀器啟用后，實(shí)現(xiàn)了流速計(jì)算自動(dòng)化，消除了人為因素帶來(lái)的誤差和老式測(cè)流設(shè)備存在的遲頓問(wèn)題，縮小了儀器自身誤差，全面提高了測(cè)、報(bào)、整、算等整個(gè)測(cè)流過(guò)程精度[2]。

5.3 實(shí)現(xiàn)了節(jié)約用水

和以往相比，能夠在最短時(shí)間里完成測(cè)流，得到支渠流量的大小，并且把數(shù)據(jù)反饋于灌區(qū)，使灌區(qū)能夠及時(shí)掌握，合理分配、調(diào)控水資源，避免了支渠取水、配水流量的忽大忽小，從而將支渠水的有效利用系數(shù)提高3至10個(gè)百分點(diǎn)，年節(jié)水達(dá)30×104m3，達(dá)到優(yōu)化配置、高效利用的目的，對(duì)有效控水、科學(xué)管水、節(jié)約用水有極其重要意義。

6 結(jié) 語(yǔ)

新時(shí)代需要有新觀念來(lái)看待支渠管理的諸多問(wèn)題。傳統(tǒng)灌溉測(cè)流已不能繼續(xù)支撐位山灌區(qū)綠色持續(xù)健康發(fā)展，灌區(qū)在應(yīng)對(duì)未來(lái)水資源短缺的主要策略就是提高測(cè)流精度，合理分配水資源，用最少水來(lái)澆灌最多農(nóng)田，節(jié)約用水?？梢?jiàn)，建設(shè)支渠測(cè)流信息化是新時(shí)代灌區(qū)發(fā)展的要求。