灌区量水技术对比综述

2013-08-15李炳辰张辉栋宁玉清河南省人民胜利渠管理局

河南水利与南水北调 2013年24期

□李炳辰 □张辉栋 □赵爽 □宁玉清（河南省人民胜利渠管理局）

近年来，随着社会主义市场经济体制的不断完善和城市化进程的不断加快，部分发展型缺水地区怎样在保证经济繁荣的同时为农业灌溉提供足够的保障，已不可避免地成为事关全局的战略问题。在这种情况下，如何在灌区推行节水灌溉技术，提高灌水质量和灌溉效率成为发展节水型农业必须要面对的前提条件。而量水作为灌区农业用水合理分配的基础工作，是促进节约用水定量灌溉的前提，没有精确量水，就无法实现水资源的合理配置，就无法迅速便捷地根据各地的需水要求和灌区可供水源状况，在不同区域和作物不同生育阶段进行水量的优化调度。

1 目前国内灌区采用的量水技术

目前国内灌区常用的量水方法有：利用水工建筑物量水、利用特设的量水设备量水、利用仪表或其他特制的装置量水、利用流速仪量水、利用浮标量水以及其他开发出来的现代化量水方案。

1.1 水工建筑物量水

水工建筑物量水是指利用水闸、涵洞、跌水、渡槽、陡坡、倒虹吸等，通过测定上游水头或上下游水头差，根据进口形状、建筑物形式、尺寸及水流流态，按照水力学原理计算流量，或制成图表、曲线查用的一种量水方式。

水工建筑物量水简便、经济，既可减少因单独设置量水设备所产生的水头损失，又可节省附加量水设备的建设费用，也可进行大流量测定，同时通过安装水位、闸位传感器、数据采集数据分析和控制系统便可进行水位、流量观测及控制一体化，更符合信息自动控制化的要求。因此，在率定过的精确流量系数保证下，尤其是平原灌区，应尽量利用水工建筑物量水。缺点是首先要求流平顺，符合水力计算要求（上下游水头差≥5 cm，水流呈淹没状态时淹没度＝0.95），其次是一旦水工建筑物发生破损、变形、漏水，尤其是泥沙淤积（如早期的部分引黄灌区）及杂物阻塞时，均会对精度产生很大影响，根据人民胜利渠灌区的测流经验，多泥沙情况下，每2-3年就需重新测流率定。因此渠系建筑物量水适合于建筑物配套标准较高的渠首及干、支渠，斗渠等，末级渠系水工建筑配套标准普遍较低，多不采用此方法。

1.2 特设量水设备量水

特设量水设备量水指在灌区没有水工建筑物或现有水工建筑物不能满足量水要求条件下采用特设量水设备进行量水的方式。量水槽、量水堰以及量水计是目前灌区内多采取的量水措施。目前比较常用的特设量水设备主要包括巴歇尔量水槽、无喉段量水槽、三角剖面堰、量水喷嘴、量水槛、套管、分流计、柱形量水槽、分流式量水计以及直读式挡板量水计等等。

特设量水设施的核心就是通过对过水断面的收缩改变，在其上下游形成的水位落差中找到稳定的水位与流量关系，形成堰流公式后通过对水位的测量得到流量。特设量水设备量水精度高，数据易读取，因此多用于斗、农渠等末级渠系，可减轻测流工作量，便于现代化管理。但改变过水断面会不可避免地带来水头损失，因此灌区在选择特设量水设备时应考虑以下几点：水头损失尽可能小，不妨碍渠道加大流量；观测计算方便；在渠道通过允许输沙能力的流量时，量水不受影响；设备费用及维护费用少。目前灌区使用特设量水设备常参照试验给定的各种模板尺寸进行制定（灌溉渠道量水规范GB/T21303-2007），可大大减小主体设计及水位流量关系计算的工作量。

1.3 利用流速仪测流法或浮标法量水

流速仪测流，成果精确，而且可以不改变渠道布置、不设任何建筑物。但由于流速测点多，测量及计算繁杂费时较多，同时对测流断面选择要求较高，要求渠段平直、水流均匀、无漩涡和回流，水流方向与断面垂直等，因此不宜经常使用，通常用于其它测量方法的流量系数率定。

浮标法量水多用于衬砌过的或规则的渠道，通过秒表对流速简单估算后乘以修正系数再乘以过水面积，常用于简单粗糙的估算水势水情，只适用于水势平缓，精度低，但测量速度快，很方便实用。

1.4 利用二次仪表类流量计量水

灌区所用仪表类流量计是基于水力学原理测流的二次仪表，具有安装简便，测流精确和现代化管理可操作性强等突出性优点，且不同于化工、环保、冶金、食品等行业，对耐腐蚀耐热性上没有需求，但在耐久性尤其是耐磨性上有很高要求。其量水范围多在0.5～1.5 m3/s，量水范围较建筑物量水及特设量水设备较小，且造价较为昂贵并易被破坏，应用较多的是分流式水量计和旋杯式流量计。分流计多以文丘利管作为节流件和过水主管，分为渠用式和管道式两种，量水精度较高，测读简捷，灵敏度高，且对上下游水流稳定条件及护砌段的要求不高，但因泥沙对其影响较大，一般用于含沙量不太大的管道及斗农渠量水。旋杯式流量计由量水涵洞和量水仪表组成，它安装使用简便、造价低、可连续测流，多用于多泥沙缓坡渠道（1/10000），因此可多用于平原灌区量水应用。

2 灌区量水技术的选择

由上述可见，灌区量水方法和量水设备种类繁多。但是因为各地区环境情况复杂不一，应对实地情况进行分析计算后再进行量水方法的选择。具体可将以下几个方面作为主要依据：

2.1 根据过水流量规模和精度进行选择

一般情况下，渠首、干、支渠这些需求过水流量较大的渠道，且拥有较高经过流量范围，系数率定达到一定精度后均推荐采用水工建筑物测流。而斗、农渠等末级渠系测量因为多为小流量又与农户利益密切相关，多采用较为精确的特设量水设备和流量计进行测流。

2.2 根据对渠道过流能力的影响进行选择

特设量水设备工作原理为收缩渠道以形成临界过水断面，这样势必使得量水设备上游的水位抬高造成水头损失，对渠道的过流能力有一定影响。因此，要通过对渠道两侧堤顶高程的复核验算，如果对过流影响在接受范围内，可选择加高堤顶高程，如果超出影响范围，应重新选择量水设备。泥沙较多的渠道，也不宜选择量水堰、量水槛等容易导致渠道淤积的量水设备，会导致渠道水力特性改变，影响渠道过流能力。