基于前池水位高程的簡易灌區(qū)量水法

劉德斌 馬莉 潘德峰

摘要

農(nóng)業(yè)灌溉用水的計量是灌區(qū)量中的重要環(huán)節(jié)，針對灌區(qū)已經(jīng)安裝好的泵站，提出了利用前池水位法測定泵站運行流量的方法。在東臺三灶灌區(qū)，通過對泵站工作時的運行流量Q及與之對應的前池水位hq進行實測后，擬合出hqQ回歸曲線，根據(jù)曲線和實測hq值可進行灌區(qū)灌水量計算。實測結果表明，在泵站正常運行流量范圍內(nèi)，hqQ呈良好的二次曲線關系，5次前池水位測定即可擬合出滿足計算流量精度要求的hqQ回歸曲線，因此前池水位法是一種簡便易行的灌區(qū)量水方法。

關鍵詞 灌區(qū)量水；前池水位；水泵流量；曲線擬合

中圖分類號 S275.1 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）27-09625-02

A Simple Irrigation Water Measurement Method Based on the Water Level of Forebay

LIU Debin， MA Li， PAN Defeng

（Institute of Water Science in Coastal Regions of Jiangsu Province， Dongtai， Jiangsu 224200）

Abstract Measurement of the agricultural irrigation water is important in the irrigation district. For the installed pumping stations， a method based on the water level of forebay was suggested to determine the pump station operation flow. In Dongtai's Sanzao irrigation area， the pump flow Q and the corresponding water level of forebay hq were measured and hqQ curve was fitted， and then the total irrigation water could be calculated with the curve and hq value. The results showed that in the pump running flow range， hqQ was well fitted with a conic curve， and five water level of forebay values can make an hqQ curve meeting the calculation requirements well. The water level of forebay method is a simple method to calculate the irrigation water.

Key words Irrigation water measurement； Water level of forebay； Pump flow； Curve fitting

農(nóng)業(yè)灌溉用水的計量是灌區(qū)量水工作中的一個重要環(huán)節(jié)^[1]，是衡量一個地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉用水水平的主要因素之一。分析目前灌區(qū)量水困難的主要原因有兩點：一是測定時間跨度長，測定工作量大，需根據(jù)作物生長需要和天氣情況，不定期提水灌溉，對泵站全部灌溉均進行測定較困難；二是測定精度要求高，且過程繁瑣?，F(xiàn)有灌區(qū)灌溉水量測量，普遍采用的方法是測標準渠道斷面的水位及斷面特征點的流速， 進而推求過水斷面面積及過水斷面的平均流速，并以此為依據(jù)計算渠道過水流量及累積灌溉水量^[2]。這對渠道斷面流量測量的精度提出了較高要求，否則最終測算的灌區(qū)灌水量與實際值會有很大偏差。

目前灌區(qū)常用的水量量測手段主要有^[3]，利用水工建筑物量水、利用流速儀測流、利用量水構筑物等，但這些方法在實際應用中各有其局限性^[4]。蔡長舉^[5]等人提出了利用輸水灌溉時，干渠內(nèi)的水位與泵站流量間的關系，測算泵站流量的觀點，但此方法的干渠水位易受下游用水量的影響，其誤差較大。感應式水位流量計由于受使用條件的限制^[6]，近期較難大范圍推廣。超聲波流量計由于測量時誤差大，且對待測液體深度有特定要求^[7]，不宜大面積推廣。以東臺三灶灌區(qū)為例，灌區(qū)種植品種為淮稻5號，在對水稻生長季內(nèi)泵站運行流量Q及對應前池水位hq進行實測基礎上，探求出兩者間關系，進而為簡化灌區(qū)量水測算工作提供一定實踐經(jīng)驗。

1 測量原理

水泵的揚程與流量間的變化關系曲線稱為QH特征曲線。一般泵站為固定式提水電灌站，泵站出水口高程已經(jīng)固定。設泵站出水口處的高程為M，泵站提水灌溉的前池水位hq，則前池水位hq與揚程間存在以下公式：

通過現(xiàn)場實測泵站運行流量Q與前池水位hq數(shù)值，采用線性回歸方法分析兩者間的關系，擬合出泵站運行時流量Q與前池水位hq間的回歸方程。并以此為依據(jù)，對泵站實測次數(shù)進行相應的減少優(yōu)化，可在保證測算結果滿足一定的精度條件下，提高灌區(qū)量水的效率。

2 試驗設計

2.1 試區(qū)概況

試驗所在地東臺三灶灌區(qū)屬里下河圩區(qū)，灌區(qū)常水位1.1 m（廢黃河零點，下同）左右。若遇插秧需水高峰期（6月中下旬），水位最低可降至0.6～0.7 m間，主汛期（7～8月）受過境外來水的推托作用，水位可上升至2.7～2.8 m間，水位變化幅度大。灌區(qū)田間地面高程普遍在4.1 m左右。由于受基礎設施和灌溉條件等因素限制，泵站出水口高程設置為4.95 m。灌區(qū)渠道除泵站出水口處有一長度為120 m左右的混凝土防滲外，其余均為土渠。該電灌泵站由于使用年限久遠，泵站銘牌缺失，具體型號及參數(shù)不詳。

2.2 測定參數(shù)

為保證測算精度，此次試驗水稻生長季全部灌溉的運行流量Q及前池水位hq均進行測定。

（1）運行流量Q。采用流速儀法測定，所用設備為南京水利水文自動化研究所生產(chǎn)的LGY-II型便攜式流速儀。實測時，在泵站出水口約100 m左右位置選擇一處形狀規(guī)則、流態(tài)穩(wěn)定的斷面，通過量測標準渠道斷面的水位及斷面特征點的流速，推求過水斷面面積及過水斷面的平均流速，再以此計算渠道過水流量及累積水量。為保證測算結果的準確性，同時在提水泵站的出水口管道上，另安裝了一臺UFT-100型超聲波流速儀，以便對所測流量結果進行校核。

（2）前池水位hq。在提水泵站前池位置布設水尺用以測量前池水位，水尺量程為0.0～3.0 m，測量精度為0.01 m。布設時需與附近東臺抽水站的水尺進行校準。泵站穩(wěn)定運行時，對前池水位值進行觀測并記錄。

3 結果與分析

3.1 灌區(qū)灌水量測量

2011年水稻生長季內(nèi)，東臺三灶灌區(qū)共提水灌溉13次，測定所得前池水位、運行流量、灌水時長和灌水量等數(shù)據(jù)見表1。

應考慮前池水位hq在灌區(qū)水位最高值與最低值之間均勻分布為佳。

4 結語

（1）試驗表明，在泵站正常運行流量范圍內(nèi)，灌區(qū)泵站的運行流量Q與前池水位hq兩者間具有良好的二次曲線關系，前池水位法可作為灌區(qū)量水的簡便一種手段。

（2）通過試算得出，東臺三灶灌區(qū)水稻生長季灌水總量為5.692×10⁴m³，將13次減少成5次的試算結果5.716×10⁴m³與實測灌水量5.692×10⁴m³之間相差為0.41%，提升灌區(qū)量水效率60%以上。

參考文獻

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