平原地區農業(yè)供水純進(jìn)水流量計的選型與布局設計探討

摘要：農業(yè)供水計量是灌溉管理、水量核算、水價(jià)分析的重要前提。合理設置供水計量設施成為農業(yè)水價(jià)綜合改革的基礎性工作，能促進(jìn)農業(yè)產(chǎn)業(yè)持續節水。宿豫區地處黃淮海平原，作為**農業(yè)水價(jià)綜合改革試點(diǎn)區，在農業(yè)供水計量設施的選型與布局方面進(jìn)行了深入探討，比選出切實(shí)可行的方案并付諸實(shí)施，為平原地區農業(yè)供水計量設施的推廣實(shí)施積攢了典型經(jīng)驗，對其他項目實(shí)施單位具有一定的借鑒作用。
1　終端水價(jià)形成對供水渠系計量設施的要求
1.1 數量上便于供需雙方考核確認
目前，我國農業(yè)灌溉用水多為大水漫灌方式，導致水資源有效利用率低。同時(shí)，計量設施少，用水戶(hù)長(cháng)期使用“大鍋水”，導致用水戶(hù)節水意識不強。為促進(jìn)農業(yè)節水，減少用水戶(hù)水費支出，根據**發(fā)展改革委、財政部、水利部統一部署，在**范圍內推行農業(yè)水價(jià)綜合改革試點(diǎn)工作，實(shí)行農業(yè)用水的總量控制和定額管理。為此，需對農業(yè)用水加以準確計量，便于供需雙方考核確認。計量設施從以前的干、支渠*延伸到斗渠*或農渠*，為灌溉用水供需雙方考核確認提供依據。
1.2 使用上滿(mǎn)足基層農戶(hù)取水需求
為減少對農業(yè)輸水的影響，計量設施需要計量準確、簡(jiǎn)單直觀(guān)、水頭損失小、輸水通暢等。計量準確一般要求計量誤差小于3%~5% ；簡(jiǎn)單直觀(guān)，一般要求具備現場(chǎng)顯示屏或直觀(guān)曲線(xiàn)圖 ；水頭損失小則要求不能明顯增加原輸水渠道的水頭損失 ；輸水通暢則要求計量設施不能影響渠道過(guò)水能力。
1.3 布局上適應用水組織分片計量
因用水組織的行政邊界與水文邊界不完全一致，為了便于計量用水組織用水量，需對跨用水組織灌溉的渠道增設計量設施。通過(guò)多渠道分段安設計量設施，方便計算各用水組織的實(shí)際用水量。
1.4 安全上滿(mǎn)足供水單位拆卸統一管理的要求
在設置量水設施時(shí)，應重點(diǎn)考慮量水儀表的安全防護問(wèn)題，在正常運行使用時(shí)需能防盜防破壞，在灌溉結束時(shí)需能由管理單位統一拆卸，便于保養維護。
2　現有灌溉渠系供水計量設施主要性能比較
2.1 灌溉渠系供水計量方法分類(lèi)
當前，灌溉渠系常用的量水方法有利用水工建筑物、特設量水設備、流速儀、水尺、新型管道量水等幾種?，F對各種量水方法分述如下 ：
利用水工建筑物量水 ：針對已有的固定放水建筑物，根據建筑物的結構尺寸、水文參數，通過(guò)特定流量公式計算出過(guò)水流量的量水方法。根據建筑物形式又分為閘門(mén)及孔口出流、倒虹吸管道及渡槽等。利用特設量水設備量水 ：通過(guò)特設的水位 ( 水深 )、流速、水壓及流向測定的設備進(jìn)行量水。常用的包括各種堰、槽、噴嘴、配水器等。
利用流速儀量水 ：通常包括利用轉子式流速儀、旋杯或旋漿流速儀、聲波流速儀及電磁流速儀量水等。利用水尺量水 ：常用的方法是對選定的地點(diǎn)用流速儀測定不同的水流條件下的流量，而后作出“水頭-流量”關(guān)系曲線(xiàn)圖，對照曲線(xiàn)圖，即可用水尺測得的水位計算出流量。新型管道量水 ：利用管道量水設備在滿(mǎn)管有壓狀態(tài)下對順直管道中的水流進(jìn)行量水。常見(jiàn)的有旋翼式水表、螺翼式水表、純進(jìn)水流量計、超聲波流量計等。
2.2 灌溉渠系供水計量設施的主要性能比較
2.2.1 水工建筑物量水的主要性能
主要特點(diǎn) ：水工建筑物量水較為經(jīng)濟、簡(jiǎn)便。經(jīng)濟性體現在不需額外建設量水設施 ；簡(jiǎn)便性體現在測試方法易于掌握，根據實(shí)際運行的閘位、上下游水位按相應公式計算即可。
適用條件 ：建筑物本身必須完整無(wú)損，并且嚴格按照設計尺寸施工，無(wú)變形及漏水現象；無(wú)紊流及水面波動(dòng)情況；建筑物符合水力計算的要求，上下游水頭差不小于 5cm，在淹沒(méi)狀態(tài)時(shí)，淹沒(méi)度不大于 0.95。設施選型 ：因水工建筑物量水設施所依據的量水公式中諸多參數只是理論值，未經(jīng)實(shí)際率定，系統誤差較大，不推薦在末級渠系中使用。
2.2.2 特設量水設備量水的主要性能
主要特點(diǎn) ：特設量水設備測量結果較為精確，但會(huì )對渠道中的水頭造成一定損失。
適用條件 ：有一定的過(guò)水能力 ；操作、使用、計量、計算簡(jiǎn)便可行 ；明渠上游要有 40 倍水力半徑的平直段 ；不能有過(guò)大的流速水頭，否則易產(chǎn)生較大的水頭測量誤差。設備選型 ：在常用的堰槽等特設量水設備中，長(cháng)喉槽量水設施相比其他量水設施具有水頭損失小、淹沒(méi)度高、過(guò)泥沙及漂浮物能力強等特點(diǎn)，*適合平原地區末級渠系明渠量水。
2.2.3 流速儀量水的主要性能
主要特點(diǎn)：流速儀量水測量結果比較精確，但費用較高，并且測量及計算較為費時(shí)費工。
適用條件 ：測量渠段應較為平直、規整、無(wú)障礙 ；水流條件好，無(wú)紊流及渦動(dòng)、波動(dòng)現象等。設備選型 ：因流速儀量水計算較為復雜，測量*為費時(shí)費工，一般只作為其他量水設施率定校核使用，不推薦其作為灌溉渠系量水設施使用。
2.2.4 水尺量水的主要性能
主要特點(diǎn) ：水尺量水測量方法簡(jiǎn)單，容易掌握，因新型水位計的開(kāi)發(fā)應用，便于網(wǎng)絡(luò )智能傳輸。
適用條件 ：測量渠段平直、穩定且渠道比降較大 ；水流均勻、流速較快。
設備選型：因水尺量水要求渠段中水流均勻，流速較快，比較適宜渠道比降較大的地區使用，不適合平原地區平緩渠道使用。
2.2.5 新型管道量水的主要性能
主要特點(diǎn) ：新型管道量水儀器具有測量結果直觀(guān)、精度較高、無(wú)額外水頭損失，便于網(wǎng)絡(luò )智能傳輸的特點(diǎn)。
適用條件 ：安裝位置前后有較長(cháng)的平直管道 ；測量時(shí)管道需有滿(mǎn)管水流。
設備選型 ：在諸多的新型管道量水設備中因純進(jìn)水流量計及超聲波流量計管徑能與被測管徑相同，不會(huì )阻礙水流或積聚其他雜物，故用得較多。在實(shí)際選型中因超聲波流量計存在零點(diǎn)漂移及自定義參數較多的問(wèn)題，所以在固定式農業(yè)供水計量方面用得較少。純進(jìn)水流量計相對來(lái)說(shuō)性能穩定、精度較高，在工業(yè)、農業(yè)供水計量方面使用較多。純進(jìn)水流量計按原理分有橡膠襯里型、插入型、電磁水表型；按供電方式分有常規電源型、電池供電型等，均可加裝GPRS 通訊模塊，實(shí)現遠程數據自動(dòng)采集功能。
3　宿豫區灌溉渠系終端計量設施的選型與布局
3.1 宿豫區灌溉渠系終端計量設施的布局
3.1.1 根據水源總量控制要求進(jìn)行布局
根據**“四部委”文件精神，要求對農業(yè)用水試行總量控制和定額管理。為達到總量控制的目的，需對各控制區域內的灌溉水源出口處設立量水設施。宿豫區在 2013年度、2014 年度的水價(jià)改革項目中，在項目區的水源地設立了 4 處量水設施。
3.1.2 根據試點(diǎn)項目區分類(lèi)進(jìn)行布局
在宿豫區水價(jià)改革項目中，按照水源類(lèi)型及土地性質(zhì)，已將項目區劃分為自流、提水、末級渠系、回歸水利用、土地流轉等供水區。在 2013 年度、2014 年度項目中，五種灌溉區域內共設置了 57 處量水設施。
3.1.3 根據終端水價(jià)考核需要進(jìn)行布局
農業(yè)水價(jià)綜合改革項目的核心工作是轉變用水方式和考核辦法，由傳統的用“大鍋水”轉變?yōu)?ldquo;總量控制和定額管理”。在 2013 年度項目中的 15 處量水設施中有 11 處是專(zhuān)為終端計量設置的，在 2014 年度項目中的 42 處量水設施中有 37 處是專(zhuān)為終端計量所設置的。
3.2 宿豫區灌溉渠系終端計量設施的選型
3.2.1 根據輸水條件、投資大小選型
宿豫區地處蘇北平原，各干、支渠*多有提水泵站或開(kāi)敞式渠*閘對水源進(jìn)行控制，斗、農渠*多有涵管式斗、農門(mén)對水源進(jìn)行控制。在渠道較長(cháng)、水頭富余度略大、比降大于 1 ︰ 5000 的渠道中可選用長(cháng)喉槽進(jìn)行量水。而對于渠道短小、水位緊張、流態(tài)不穩定，渠*又有較長(cháng)的涵管式斗、農門(mén)建筑物時(shí)，可選用等管徑的電磁水表進(jìn)行量水。
根據實(shí)際投資測算，在管道直徑小于或等于 600mm 時(shí)，使用電磁水表量水比用長(cháng)喉槽量水有較大的投資優(yōu)勢，而在管道直徑大于或等于 1000mm 時(shí)，使用長(cháng)喉槽量水又比用電磁水表量水有較大的投資優(yōu)勢。
3.2.2 根據供電條件、現場(chǎng)顯示要求選型
在農業(yè)灌溉條件方面，大多沒(méi)有市電供電電源，在選用各類(lèi)量水儀表時(shí)，要按有無(wú)市電電源進(jìn)行適當選型。在有市電電源時(shí)可選防護等級略低的 IP64 級以上、較為經(jīng)濟的量水儀表 ；在無(wú)市電電源時(shí)需考慮選用大容量鋰電池進(jìn)行供電，供電時(shí)間不少于 3 年時(shí)間，防護等級相應達到IP66 級以上。另外，優(yōu)先選用具有現場(chǎng)顯示功能的儀表。
3.2.3 按照“高精度、免維護、低成本”要求選型
一般而言使用傳統常規計量設施能將量水精度控制在3%~5%（等同于 3.0 級 ~5.0 級）之間已經(jīng)比較好了。在宿豫區水價(jià)改革項目中除了 3 套明渠流量計、8 套長(cháng)喉槽量水儀器的系統量水精度為 2.5 級外，46 套電磁水表量水精度達到 1.0 級以上，均能勝任農業(yè)供水計量的精度要求。另外，項目區中所有量水儀表均具有“免維護”的特點(diǎn)，可以在野外長(cháng)期運行，*大地降低了管理人員的管理難度，減少了管理量水設施的工作量。
3.2.4 按照“智能采集、網(wǎng)絡(luò )共享”要求選型
為了更進(jìn)一步減少管理單位的運行成本，便于快捷地對計量用水進(jìn)行統計、分析、成本核算，宿豫區水價(jià)改革項目區中所有量水儀表均依托當前網(wǎng)絡(luò )科技發(fā)展技術(shù)，運用 GPRS 數據傳輸模塊，將現場(chǎng)采集的灌溉水參數智能傳輸到裝有專(zhuān)用接收處理軟件的服務(wù)器中，并利用專(zhuān)用處理軟件對服務(wù)器數據庫中的數據進(jìn)行分析、處理，便于管理單位與用水戶(hù)**查詢(xún)、分析、統計。
4　結語(yǔ)
宿豫區農業(yè)水價(jià)綜合改革基于以上要求*批所選取的57 套計量設施，至今已運行 3 年以上，受到省內外諸多市縣的觀(guān)摩借鑒，效果良好。為方便各級渠道計量選型，現總結出計量設施選型口訣如下 ：
一看渠水二看電，三看屏顯加曲線(xiàn) ；
干支渠*控總量，規則斗渠長(cháng)喉堰 ；
小渠*好電磁表，電池供電方便跑 ；
選型不光性?xún)r(jià)比，智能共享有*好。

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