农田灌溉明渠水量计量方法与设备的改进探析

阿孜古丽·纳思尔丁

摘 要：农田灌溉需要大量的水，明渠设备落后导致农田灌溉水源浪费。采用明确水量计量方式能够对于农田灌溉进行水量测量，能够做到计划用水，节约用水，并且能够为灌区管理征收水费提供相应的依据。基于此，在本文中对农田灌溉明渠水量计量方法进行研究，分析如何对设备进行技术改进，以促进农田灌溉节水。

关键词：农田灌溉 明渠量 计量方式 设备改进 探析

1.前言

农田灌溉明渠量计量方法比较多，在实际的水量计量环节中，根据实际的情况选择针对性的水量计量方法。水量计量设备在长期使用下，其性能将会有所降低，进而导致了明渠水量计量失真。对于明渠水量计量设备进行优化改进，在提升农田水量计量准确方面发挥着重要的作用。同时，伴随着计算机信息技术的研发，更多的计算机技术软件能够应用到农田灌溉明渠水量计量中来。因此，在实现明渠水量计量设备改进的基础上，还需要合理的利用先进技术。

2.农田灌溉明渠水量计量方法

农田灌溉明渠水量的计量，能够为农业用水调查提供资料，选择精确的明渠水量计量方法，能够使得农业用水测量的更加的准确。一般情况下，农田灌溉明渠水量的计量方法有：设备计量、电水转换法、仪表计量、流速仪计量等。

2.1设备计量

采取设备计量的方式是在农田灌溉中没有建筑物之处，将量水设备安置在明渠的上游部分，并且与上有的建筑物之间保持者30米以上的距离。在实际的水量测量中常见的设备有：量水堰、量水槽等。量水堰自身为钢结构，下部分设砼基础，在堰的上部分设置水位标尺。其中量水堰的结构分为两种，一种是三角形，另一种是梯形，总体上该种设备的结构比较简单，并且实际的造价比较低。这两种结构的量水堰在水流量的测量上精度都比较高，并且能够在水流落差比较大的渠道上应用也比较广泛。梯形的量水堰在其水头的损失上比较少，能够更好的应用于含沙量比较小的渠道中。

在泥沙比较大的水渠上进行水量测量，可以采用凉水喷嘴，该结构由挡水板和管嘴两部分组成，长方形的喷嘴在比降比较大的宽浅明渠上应用。

2.2电水转换法

电水转换法测量明渠水量，借助电能与水能之间的转换，利用农灌提水机具，计算出深井潜水电泵的耗电量、电水转换系数K，计算出农业灌溉用适量。经过查阅资料得出，潜水电泵的流量、功率、扬程之间的關系为：N=2.73QH/，其中N为潜水泵的运行功率，为泵的实际运行效率，H为潜水泵的扬程。由公式可知在潜水泵的功率一定的情况下，机泵流量与扬程之间成反比例，当扬程不同的情况下，机泵的实际流量不同。而电能与水量之间的转换，主要在于K值，K值受到是潜水泵的深埋深度影响，当潜水泵的深埋深度大于80米时，K平均值为1.2，当潜水泵的深埋深度为60-80米时，K平均值为1.46，当潜水泵的深埋深度为50-60米，则K的平均值为1.68。在K值规律变化中，深井潜水泵消耗电量1千瓦时，出水量小，扬程大。扬程小时，出水量大。

2.3流速仪计量

利用流速仪测量明渠水量，其所得的结果比较精确，但是所消耗的时间比较多，并且所需要计算比较复杂。该种水量方式多应用到无水工建筑环境中。在实际应用中，借助流速仪进行测速，需要在测流桥的配合下实现，一般情况下，测流桥的宽度保持在2米以上，3米以内。在进行测流时，工作人员需要在人行便桥上对选择断面进行测定，绘制出流断面图。

3.农田灌溉明渠计量设备的改进

3.1流量遥感计量设备的应用

农田灌溉明渠水量计量设备优化，能够实现水量的精确化计算，以便于实现农田灌溉节水。在水量的监测上，采用流量遥感计量设备。该设备使用使用便携式和电源独立的流量仪器来检测外来水量。其中便携式测量系统包含PCM变送器、传感器。NIVUS流量测量采用创新的测量技术，在实际的明渠水量测量上其结果比较精确。并且PCM便携系统能够应用于半管、满贯等环节的水流量测量。对其测量的原理进行分析，水流量Q=V平均.A。A为所测量通道水位截面积，截面积的变化会随着水位的变化而变化。为了测量出流体的流速，将颗粒物和气泡作为介质，保持颗粒物和气泡的流速一致，以超声波测量法判断介质的实际流速。

改进流量遥测系统，管理人员需要根据计算机系统的监测数据，随时调整运行调度计划，充分的发挥出干渠的输水能力，将实际的轮灌时间缩短，并且有效的节约水资源。

3.2明渠水量计量器的改进

伴随着电子技术以及微处理机技术的发展，能够用于测量水库、河道水位的仪表已经有了一些较为成熟的定型产品，但是能够真正用于农田灌溉明渠输水量测量和计量的定型产品并不多。目前，国外的测量仪表也基本上已渠道水位和流量为目标，对于水量分析甚少涉及。南京水利科学院研制出适合灌溉渠水量测量的计量设备，该种技术设备在实际应用中具有较好的量水精度，在价格上也比较合理，并且能够应用与不同类型的渠道体型种。明渠测流槽上具有排沙能力强、测量精度高以及施工方便的特点，水量计量主要由进口段、槽壁平行喉道、扩散出口段三部分组成。在明渠水量上游测点位置上和下游测点上需要留有一定长度的平直段，该平直段主要是负责进行渠道体型尺寸和水流特性的实际测定。

明渠水量计量装置主要由水位测量传感器、标准测流槽、水量计以及打印机等部分。水位传感器的形式以浮子非码盘绝对测量为主，按照所预定的采集测量周期，对系统中实时采集来的数据进行列表输出。水量计的主机硬件设计采用的是美国51单片机系列，在系统逻辑控制以及数据采集处理上优化很多。该水量计的功能有三：第一，能够实现开明渠水量的实际测量，测量精度较大。第二，能够计算出明渠上瞬时流量。第三，能够实现明渠累计水量的测量，经过单片机的处理，得到瞬间流量和累计水流量、水位、流量、等参数。

4.农田灌溉明渠自动量水系统设计

4.1硬件设计

在进行农田灌溉明渠自动量水系统的设计中，硬件设计上主要包含了传感器设计、主控制器电路设计、电源模块电路设计、信号采集模块电路设计、现实部分电路设计、通信接口电路设计等。其中传感器的设计在比较关键，在该农田灌溉明渠自动量水系统中，所选用的传感器为毫米级数字式水位传感器，该传感器在水量测量中的应用能够起到比较好计量工能，经过多个检测点的设置，对多路检测电路进行电压比较，然后进行夺路选择电路的运行，在微处理器的驱动下，实现数据变送输出电路的功能。在检测-电压比较电路部分的设计中，以电压比较器为核心设计电路，完成检测点的确定，并且输出相应的数字信号“0”或者“1”。微处理器部分是整个传感器的数据处理和控制中心，能够完成对于多路模拟开关的控制，并且对于数据进行处理。

在主控制器的电路设计上，单片机的选择更具水量测量系统中传感器的使用环境以及能耗的要求，从工作电压、性能、运行速度、抗干扰性等多方面进行分析，一般可以选择MSP430系列单片机。

4.2软件设计

对于明渠自动量水系统的软件系统进行研究，包含軟件设计语言、信息采集部分的软件设计、显示部分的软件设计、主程序的软件设计。以水利信息采集部分的软件设计为例进行分析，在毫米级的数字式水位传感器的信号采集上，通过MSP430F149单片机的IO完成，单片机只需要检查输出电路信号是否为标准电平即可。当其输出为数字信号时，单品只需要判断IO口的输入信号情况，基于这样的判断方式将模数转换过程省略，并且降低了实际工作量。

5.结论

综上所述， 农田灌溉明渠水量的计量，能够为农业用水调查提供资料，选择精确的明渠水量计量方法，能够使得农业用水测量的更加的准确。一般情况下，农田灌溉明渠水量的计量方法有：设备计量、电水转换法、仪表计量、流速仪计量等。在本文中对于农田灌溉明渠水量计量的设备进行研究，如，在水量的监测上，采用流量遥感计量设备，该设备使用使用便携式和电源独立的流量仪器来检测外来水量。并且对先进的水量计量软件设计进行分析。

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