漳河水库灌区量测水技术研究

张士菊 邵陈斌 陈崇德

(湖北省漳河工程管理局，湖北 荆门 448156)

1 灌区量测水概况

漳河水库灌区位于湖北省江汉平原西北部，地跨荆门、荆州、宜昌三市，灌区自然面积5544km2，设计灌溉面积17.37万hm2，其中有效灌溉面积15.57万hm2，是以漳河水库为骨干供水工程，灌区内中小型水利设施为基础，电灌站做补充的大、中、小、微相结合，蓄、引、提、排相配合的水利灌溉网。漳河水库灌区情况千差万别，从地貌上划分，有山丘区和平原区之分；从引水方式上划分，有自流和提水灌溉之分；从工程类别上划分，有挡水建筑物和没有挡水建筑物之分；从工程规模上划分，大的渠道过水能力达120m3/s，小的渠道过水能力仅0.1～0.2m3/s；从量测水类型上划分，有明渠测流和管道量水之分；从河流形态上划分，有人工渠系和天然河道之分等。因而灌区量测水工作比较复杂。

漳河水库灌区人均径流总量1208m3,是全国人均径流总量的45.9%。同时由于灌区存在管理粗放、建筑物配套不完善以及工程老化损坏严重等问题，灌溉效益没有得到充分发挥。因此，加强科学管理、合理调度灌溉水资源、促进节约用水、减轻农民负担、提高灌溉水有效利用系数、降低灌溉成本、不断改良土壤、确保灌区粮食生产稳产高产、发挥灌溉工程综合效益等都必须要进一步做好量测水工作，这是做好灌区管理的核心与基础。

2 漳河水库灌区量测水现状

2.1 量测水的作用与目的

2.1.1 渠系与建筑物

漳河水库灌区渠系工程包括总干、干、支干、分干、支、分、斗、农、毛渠等九级渠道，共13990条，总长7167.56km；建有渡槽、隧洞、各类水闸等建筑物17857处(座)。枢纽工程取水口见图1。

图1 枢纽工程取水口示意图

2.1.2 灌区量测水的作用与目的

a.计量收费。漳河水库灌区实行“按田配水，计量收费”的管理办法，对所有分水口都按规定进行计量，并按计量成果及国家、地方政府相关政策收取农业灌溉用水量水费。

b.准确配水。依据各用水户提出的开闸时间、用水时段、用水量以及渠系工程现状，进行综合计算后统一调度，因此要满足各用水户的用水需求，量测水工作必须做到及时、准确。

c.加强灌区管理。灌区内实行轮灌制度，一般情况下的灌溉，每天有数千个分水口门需要计量，如遇较大干旱，全灌区每天则有1万个分水口需要计量，如果没有统一的章程和完善的管理办法，每年的农业灌溉是难以有序进行的。

d.验证供水方案有效性。每年年初，管理部门根据当年的来水预报趋势和各部门的用水预测以及工程状况编制兴利调度计划，按月进行水库水量平衡分析。因此做好灌区的量测水工作，可对供水方案的时效性进行验证，并可指导以后灌区兴利方案的制定。

e.渠道系统信息化的基础。按照用水计划，调节、控制各级渠道的分水流量，为自动化节水型生态灌区管理打下坚实的基础。

f.验证渠道水力学参数。根据量水成果，可以分析计算各级渠道的输水能力和输水损失，提出渠道维修计划；可以计算渠系水和田间水的利用率，提出进一步改进的各项措施[1]；可以为计划用水提供必要的数据支撑，促进节约用水；可以为新建、扩建或改建灌区提供规划设计的基本资料[2]等。

g.为地方社会经济的发展提供可靠的依据。

2.2 量测水站设备的要求

a.量测水设备选择的总体要求。为特定的地点或条件选择合适的量水设备，必须考虑并权衡该位置不利的因素和不确定的变量[3]。

b.量测水设备选择的一般要求包括：ⓐ量测水设备的精度大于95%；ⓑ选择量水方法不仅要考虑主要设备的初期建设费用，还要考虑长期使用过程中的管理费用，做到经济、方便、实用；ⓒ量水设备必须符合国家或部门的相关规程规范或标准；ⓓ适应渠道内不断变化的水流条件和流量变化；ⓔ减少量水所消耗的水头，确保该处渠道过流能力；ⓕ测量设备的选择必须考虑拟建点的现场条件等。

c.量测水设备运行的要求包括：ⓐ所选设备的测量范围必须涵盖可能出现的运行工况，如水位变化等；ⓑ可以采用每日测得的流量计算当天的用水量以及累计用水量；ⓒ建筑物开度变化后，等待下游渠道水位稳定时间较短，通过堰、槽量水则可快速测定流量；ⓓ泥沙和杂物的通过，对设备正常运行影响较小。

d.量测水设备的安装与维修要求包括：ⓐ设备安装应适应现有的工程状况或对现有工程的改造难度较小；ⓑ带有运动部件或传感器的测量设备应适应当地的环境；ⓒ现场校核、故障排除及维修难度较小。

e.量测水设备的管理要求包括：ⓐ标准化量测水设备经过一段的运行，应符合设计的理论基础、率定方法及运行性能；ⓑ选择量测水方法时应考虑该处量测水方法的历史沿革和用户对新方法的接受能力；ⓒ仪器设备具有一定的保护和防止被恶意破坏的能力。

f.对环境影响的要求包括：ⓐ选择的量测水设备对附近工程互不影响；ⓑ对渠道断面、流速、冲淤平衡、防洪安全无影响；ⓒ对生态环境无影响。

2.3 量测水站点的现状

2.3.1 灌区量测水站点的建设

根据漳河水库灌区量测水实际需求，结合近年来漳河灌区信息化建设成果，按照“总体规划、分步实施，急用先建，建一处成一处发挥效益一处”的原则[4]，以总干渠、四干渠城区段常年供水渠道为重点，采用管道量水、水工建筑物量水、堰槽量水、多普勒明渠流量在线监测、电磁明渠流量监测、H-ADCP等不同量测水方式，实现漳河灌区总干渠、四干渠常年供水渠段主要进水闸、节制闸、分水口流量的精准在线实时监测。

四干渠东、北干渠分水闸以上渠段，一干、二干、三干及西干渠首、分干渠以上的交接断面，以及上述渠道的重要分水口的流量在线实时监测。

在湖北省中心试验站(在漳河灌区内)开展测、视、控、调一体化、智能化的试点工作，探索小型渠道量测水新方法和技术，为全省小型渠道量测水提供参考借鉴。

2.3.2 已建设的量测水设施统计

已建设的量测水设施统计见表1。

表1 已建量测水设施统计 单位：个

2.3.3 量测水方案的选择

a.在有水工建筑物的站点建设量测水设施，优选考虑采用建筑物法测流。

b.水电站、泵站取水管道量测水，优先考虑采用管道测流。

c.对宽度大于50m的渠道采用超声波时差法流速仪测流，对宽度为10～50m的渠道应优先选用时差法超声波流速仪测流，或选用多普勒流速仪测流。

d.对宽度1～10m的渠道，采用超声波时差法流量计。

e.管道测流优先考虑采用电磁流量计，或采用插入式超声波流量计。

f.标准断面水位流量关系法不具备长期率定(比测)条件和能力的一般不采用。

g.渠首存在自然跌水的地方，可采用末端深度测流法测流，或对渠道进行整治，形成标准堰流，提高测量精度[5]。

2.3.4 量测水设施主要类型

分渠以上的渠道量水，采用电磁流量计；多普勒渠道流量计；标准段面法(水位-流量关系)，渠道水位+闸门开度，自由出流；时差法；电波流速仪+水位测流量等。

斗、农、毛渠等末级渠系量水，采用前闸后堰，即闸门开度与三角薄壁堰控制流量；堰闸一体，即通过调节支渠水位来调节流量；前闸后管道；电动蝶阀+管道流量；前闸后槽；翻斗堰等，见图2～图4。

图2 三角堰剖面

图3 宽顶堰剖面

图4 前闸后槽(太阳能闸控+无喉道)

2.4 量测水方法的优缺点评价

a.流速仪量水。流速仪测流存在工作繁琐、历时长、缆道或测流桥等基础设施建设费用高等缺点，但它以良好的稳定性以及高精度的成果赢得了供用水双方的认可，因而在灌区骨干渠道普遍使用。

b.ADCP(走航式)量水。对干渠、支干、分干渠等渠道的交接断面量测水成果存在争议的，用ADCP量水实测比对，使供需双方相互满意。

c.ADCP(固定式)量水。在总干渠渠首测流断面安装了固定的ADCP量水设施，目前正在与缆道流速仪法、走航式ADCP测流法等方法同时进行比测和率定。

d.堰槽量水。利用已建的长喉槽、巴歇尔量水槽、无喉道量水槽等测流(采用实时在线)。该方法具有成果精度高、容易掌握、方便群众监督、设置结构简单、造价低廉、测算简捷、损失水头小、抗干扰能力强等优点，在漳河水库灌区支渠以下渠道配水中广泛使用。

e.水工建筑物量水。为做好灌区信息化建设，先后建成了总干渠闸群实时监控与调度自动化系统、灌区重要节制闸和流量交接断面处水情实时监测系统等，并通过GPRS传送至信息中心，计算机软件以该断面流速仪实测率定的水位流量关系曲线推流，主要用于支渠以下涵闸量水。

f.仪表量水。主要为三干渠农业改革示范区内超声波管道流量计。此方法精度高，但土建部分较为复杂，且运行过程中要注意防止杂物堵塞。

各测流方法优缺点见表2。

g.量测水精度统计分析。量测水精度统计见表3，从表3中可以看出，量测水精度满足了灌区灌溉的要求，为灌区稳定持续发展奠定了基础。

2.5 量测水管理

a.量测水设施的管理。ⓐ干渠进口量测水由各干渠管理处负责，其中渠首闸、一干、西干渠进口由枢纽工程管理处负责，二干、三干、四干渠进口由总干渠

表2 各测流方法优缺点统计

表3 量测水精度统计

管理处负责；ⓑ水位流量实测时，交接双方代表到场，并签字确认；ⓒ每日8时完成实测或流量调整水流平稳后加测，实测与加测数据及时报管理局；ⓓ总干、二干、三干、四干及一干、西干渠管理段之间交接断面、分水口的量测水，由所属管理处或管理段负责；ⓔ管理局负责技术指导，并根据需要开展水位流量巡测工作。

b.争议解决。对有争议的实测结果，由管理局派出专家并携带走航式ADCP仪，现场分析问题，并组织双方量水人员共同实测，化解矛盾。

3 存在的问题及解决的办法

3.1 存在的主要问题

a.量测水设施配套不全。漳河水库灌区为三边工程，当初建设时量测水设施大量欠缺。在灌区续建配套与节水改造工程中，兴建与恢复了部分量测水设施，根据目前的统计数据，现有量水设施须改造2235处，还须新建量水设施14777处。

b.量水设施老化失修。灌区量水设施经多年运行，老化陈旧。如总干渠首测流设施，运行20多年一直没有更新，且每年灌溉开始前都要进行维修，测流一次需要1个多小时；四干因渠道配套建设不完整，大部分渠道都是单边整治，选定符合测流要求的标准段面较难。

c.量水设施建设不规范。部分量测水设施在建设过程中存在以施工方便为主，忽略了现场工程条件及量水设施尺寸要求的现象，部分量水设施位置选择不当，没有严格按规范要求施工，出现水位流量关系理论计算与实测情况相差较大的情况。

d.量水设施水流条件改变。量水设施附近群众为了取用水方便，随意用木板、编织袋装土打垱拦水，造成量水设施水流不畅，水位壅高，改变了原有水力条件，影响量水精度。

e.测流设施缺乏。目前，走航式ADCP仅1台，便携式流速仪数量有限，交接断面主要采用缆道测流，ADCP及便携式流速仪主要用于巡测。由于灌区渠系复杂，供用水集中，购置ADCP及便携式流速仪等需求十分迫切。

3.2 建议

a.加强现场勘察设计。建议以灌区现代化改造试点为契机，在规则设计阶段，组织专班对灌区量测水现状情况进行一次彻底的调查，明确哪些地方建、哪些地方不建、建什么样的量水设施。特别是征求当地老百姓的意见，对于建量水设施后可能造成阻水的，可以考虑建标准断面[6]，平时加强实测率定水位流量关系。

b.量测水设施与渠道工程建设统筹考虑、同时设计、同时施工。

c.严把质量关。严格控制量测水设施的位置和尺寸、上下游工程条件，特别是巴歇尔、无喉槽等，严格按规范标准施工，确保施工质量。

d.加强宣传。供用水双方都要认识到量测水设施的重要性及其在灌溉配水调度、水费计收等方面的积极作用，并真正从中受益。

4 结 语

渠道输水是灌区农田灌溉的主要形式，受历史条件限制、地域性差异和灌区条件复杂等因素影响，目前已有的量测水设施不能满足灌区量测水的新要求。因此,根据灌区实际需求，研制结构简单、量测精准、适应度高、应用便捷、造价低廉的渠道量测水设施,并对灌区量测水设施统一规划、逐步实施、不断完善，适应现代化节水型灌区的建设与发展要求，对于灌区节水和实现水资源高效利用以及可持续发展具有重要意义。