量水設(shè)備在灌區(qū)管理中的應(yīng)用

王麗君 張 磊 陳方亮

量水設(shè)備在灌區(qū)管理中的應(yīng)用

王麗君 張 磊 陳方亮

一、灌溉用水管理

灌溉用水管理是整個(gè)灌溉管理工作的中心環(huán)節(jié)。用水管理工作的好壞，直接影響灌溉工程的效益和農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)。用水管理的主要任務(wù)是實(shí)行計(jì)劃用水，因此各控制點(diǎn)的量水工作就顯得尤為重要。主要包括檢查量水建筑是否完整，量水設(shè)備是否齊全、精確，特別要做好各級(jí)量水員的技術(shù)培訓(xùn)工作，使其掌握各種量水方法。

農(nóng)業(yè)灌溉用水應(yīng)安裝供水計(jì)量設(shè)施，推進(jìn)農(nóng)業(yè)用水計(jì)量收費(fèi)。灌區(qū)支渠口以上（含支渠口）由供水管理單位安裝計(jì)量設(shè)施，支渠口以下由用水戶安裝。供水和用水雙方應(yīng)現(xiàn)場核定水量，用水戶按照用水量和實(shí)際受益面積向供水工程管理單位或工程經(jīng)營者繳納水費(fèi)。供水管理單位應(yīng)加強(qiáng)計(jì)量設(shè)施自動(dòng)化建設(shè)，逐步實(shí)現(xiàn)供用水管理信息化。

二、排水管理

在灌區(qū)中，排水管理和灌溉管理同等重要。如果重灌輕排，不僅灌溉達(dá)不到預(yù)期的增產(chǎn)效果，而且會(huì)引起地下水位上升，導(dǎo)致土壤鹽堿化或使作物遭受漬害。地下水鹽動(dòng)態(tài)的觀測和分析，是評(píng)價(jià)排水系統(tǒng)是否正常工作的重要手段，也是進(jìn)行灌區(qū)水量平衡不可缺少的依據(jù)。為了定期監(jiān)測地下水位和水質(zhì)的變化情況，在灌區(qū)應(yīng)設(shè)置觀測井網(wǎng)。在明溝的出、入口處也要安設(shè)量水設(shè)備，定期測定溝中的流量和水質(zhì)。

三、灌區(qū)量水設(shè)備選擇的基本要求

1.準(zhǔn)確度高

設(shè)置特設(shè)量水設(shè)備時(shí)，均需縮窄渠道，這樣勢必影響渠道的過流能力，使得量水設(shè)備上游的水位抬高。因此，必須充分估計(jì)可能影響的范圍，并且要復(fù)核渠道兩側(cè)頂高程。量水設(shè)備應(yīng)具有一定的量水精度和準(zhǔn)確度，以滿足需求為原則；測算要簡捷，觀測和計(jì)算要簡單，水頭損失要小，測流范圍要大。

2.適應(yīng)性強(qiáng)，造價(jià)低廉，施工簡易

量水設(shè)備應(yīng)與渠道的過流能力相適應(yīng)，應(yīng)盡量利用當(dāng)?shù)亟ㄖ牧辖ㄔ欤靸r(jià)太高或施工太復(fù)雜的型式都不宜采用。

3.量水設(shè)備不能阻礙漂浮物行進(jìn)，靈敏度要高

渠道中水草等雜物常常浮于表面，如遇量水設(shè)備阻擋，將越積越多，若不及時(shí)處理，不但影響測流精度，還可能因過流能力降低而抬高上游渠道水位，危急渠道及農(nóng)田的安全。同時(shí)量水設(shè)施應(yīng)具有適當(dāng)?shù)撵`敏度，能夠正確及時(shí)感知水情變化。

4.量水設(shè)備經(jīng)久耐用、不易損壞，抗干擾能力強(qiáng)

量水設(shè)備受到人為或自然破壞的現(xiàn)象并不鮮見，如薄壁堰的堰頂存在缺口，就不能應(yīng)用；自動(dòng)觀測設(shè)備中受雷擊破壞等。量水設(shè)備受破壞后會(huì)影響量測精度，從而無法正確計(jì)量，同時(shí)還應(yīng)具有抗水質(zhì)、水溫、泥沙等影響的能力。

5.觀測簡單易行、便于群眾掌握

灌區(qū)末級(jí)渠道往往距灌區(qū)管理單位較遠(yuǎn)，灌區(qū)技術(shù)人員可能難以顧及，觀測一般要由群眾參加，限于群眾專業(yè)技術(shù)水平，不宜采用較難的觀測方法。

四、灌區(qū)的主要量水設(shè)施

1.利用水工建筑物量水

利用水工建筑物量水是較為經(jīng)濟(jì)、簡便、避免二次水頭損失的量水方法，在有可能用水工建筑物量水的地方，應(yīng)優(yōu)先考慮使用。其原理為通過量測過水建筑物上下游的水位，根據(jù)不同流態(tài)的流量計(jì)算公式，選用適當(dāng)?shù)牧髁肯禂?shù)，推求出過水流量和累計(jì)水量。其優(yōu)點(diǎn)是既可減少因灌溉系統(tǒng)設(shè)置量水設(shè)施所產(chǎn)生的水頭損失，又可節(jié)省大量附加量水設(shè)備的建設(shè)費(fèi)用。因此，若流量系數(shù)經(jīng)過率定達(dá)到一定精度，應(yīng)盡可能利用水工建筑物量水。常用的量水水工建筑物有閘涵、渡槽、虹吸、跌水等。

利用涵閘量水，只要在放水閘門或涵管處安設(shè)水尺，測得相應(yīng)水位；利用渡槽量水，在渡槽進(jìn)、出口和中間槽壁上各設(shè)一個(gè)水尺，水尺的零點(diǎn)與該處槽底高程相平；利用倒虹吸量水，水尺應(yīng)安設(shè)在倒虹吸上下游距進(jìn)出口各約4倍渠道正常水深處，上下游水尺零點(diǎn)與進(jìn)口底緣相平；利用跌水量水，水尺應(yīng)安設(shè)在建筑物上游3～4倍渠道正常水深處，水尺零點(diǎn)與跌水底坎相平，以便直接讀出上游水頭。利用水尺測量出各建筑物上下游的水位后，即可根據(jù)水力學(xué)原理，求出相

應(yīng)流量。

2.利用特設(shè)量水設(shè)備

特設(shè)量水設(shè)備是專門為量水而設(shè)立的，不作他用。一般分為量水堰和量水槽兩類。

量水堰分為薄壁堰、寬頂堰、實(shí)用堰，量水槽分為長喉道量水槽以及短喉道量水槽。比較常用的薄壁堰量水堰包括三角堰、矩形堰、梯形堰；短喉道量水槽包括巴歇爾量水槽、無喉道量水槽等。一般由行進(jìn)渠槽、量水建筑物和下游段三部分組成。通過量水建筑物主體段過水?dāng)嗝娴目茖W(xué)收縮，使其上下游形成一定的水位差，從而得到較為穩(wěn)定的水位流量關(guān)系，不可避免地會(huì)帶來一定的水頭損失，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)具體邊界條件和不同的精度要求，選擇相應(yīng)的特設(shè)設(shè)備。其優(yōu)點(diǎn)是制作成本低廉、直觀、技術(shù)容易掌握，管理費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用較低。缺點(diǎn)是難以做到實(shí)時(shí)讀數(shù)，人工強(qiáng)度大，人為誤差大，動(dòng)態(tài)信息不能即時(shí)掌控，時(shí)段流量和累計(jì)流量計(jì)算較麻煩，難以做到信息的自動(dòng)傳輸、存儲(chǔ)。

3.利用儀表類工具進(jìn)行量水

灌區(qū)內(nèi)輸水渠道以及排澇河道的流量信息采集，最基本的就是過水深信息采集，水深數(shù)據(jù)獲得之后，通過各種堰流公式或渠道斷面形式的流量計(jì)算公式或者是直接采用流量計(jì)就可以得到流量信息。計(jì)量計(jì)算的依據(jù)主要是采用水位—流量關(guān)系法和流速—面積法，利用的儀器主要有水位傳感器、流量計(jì)以及流速儀。

常用的水位傳感器有3種：超聲波水位計(jì)、投入式水位計(jì)和浮子水位計(jì)。

流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、量測直觀、計(jì)量簡便、能累計(jì)水量。此類設(shè)備對(duì)過水?dāng)嗝嬗袃蓚€(gè)要求：一是必須規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)、容易計(jì)算面積；二是必須滿管出流，出水口被下游最低水位所淹沒。其缺點(diǎn)是易被渠中水草等雜物纏繞。

流速儀測流可以不改變渠道布置、不設(shè)任何建筑物，但對(duì)測流斷面選擇要求較高，要求渠段平直、水流均勻、無漩渦和回流，水流方向與斷面垂直等。由于流速測點(diǎn)多，測量繁雜，不宜經(jīng)常使用，通常用于其他測量方法的流量系數(shù)率定。

五、結(jié)語

在灌區(qū)中，排水管理和灌溉管理同等重要，是實(shí)行計(jì)劃用水和準(zhǔn)確引水、輸水、配水、灌水和排水的重要手段。灌區(qū)配套量水設(shè)備是節(jié)約灌溉用水、提高灌水質(zhì)量和灌溉效率的有力措施，在合理分配灌溉水量、加強(qiáng)灌區(qū)計(jì)劃用水、定期測定排水溝流量等方面有著不可或缺的作用，只有因地制宜，才能充分發(fā)揮其各自的最大效益■

（作者單位：徐州市水利建筑設(shè)計(jì)研究院 221000）