農(nóng)田灌溉明渠水量計(jì)量方法與設(shè)備的改進(jìn)探析

阿孜古麗·納思爾丁

摘 要：農(nóng)田灌溉需要大量的水，明渠設(shè)備落后導(dǎo)致農(nóng)田灌溉水源浪費(fèi)。采用明確水量計(jì)量方式能夠?qū)τ谵r(nóng)田灌溉進(jìn)行水量測(cè)量，能夠做到計(jì)劃用水，節(jié)約用水，并且能夠?yàn)楣鄥^(qū)管理征收水費(fèi)提供相應(yīng)的依據(jù)?；诖?，在本文中對(duì)農(nóng)田灌溉明渠水量計(jì)量方法進(jìn)行研究，分析如何對(duì)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，以促進(jìn)農(nóng)田灌溉節(jié)水。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田灌溉 明渠量 計(jì)量方式 設(shè)備改進(jìn) 探析

1.前言

農(nóng)田灌溉明渠量計(jì)量方法比較多，在實(shí)際的水量計(jì)量環(huán)節(jié)中，根據(jù)實(shí)際的情況選擇針對(duì)性的水量計(jì)量方法。水量計(jì)量設(shè)備在長(zhǎng)期使用下，其性能將會(huì)有所降低，進(jìn)而導(dǎo)致了明渠水量計(jì)量失真。對(duì)于明渠水量計(jì)量設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，在提升農(nóng)田水量計(jì)量準(zhǔn)確方面發(fā)揮著重要的作用。同時(shí)，伴隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的研發(fā)，更多的計(jì)算機(jī)技術(shù)軟件能夠應(yīng)用到農(nóng)田灌溉明渠水量計(jì)量中來(lái)。因此，在實(shí)現(xiàn)明渠水量計(jì)量設(shè)備改進(jìn)的基礎(chǔ)上，還需要合理的利用先進(jìn)技術(shù)。

2.農(nóng)田灌溉明渠水量計(jì)量方法

農(nóng)田灌溉明渠水量的計(jì)量，能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)用水調(diào)查提供資料，選擇精確的明渠水量計(jì)量方法，能夠使得農(nóng)業(yè)用水測(cè)量的更加的準(zhǔn)確。一般情況下，農(nóng)田灌溉明渠水量的計(jì)量方法有：設(shè)備計(jì)量、電水轉(zhuǎn)換法、儀表計(jì)量、流速儀計(jì)量等。

2.1設(shè)備計(jì)量

采取設(shè)備計(jì)量的方式是在農(nóng)田灌溉中沒(méi)有建筑物之處，將量水設(shè)備安置在明渠的上游部分，并且與上有的建筑物之間保持者30米以上的距離。在實(shí)際的水量測(cè)量中常見的設(shè)備有：量水堰、量水槽等。量水堰自身為鋼結(jié)構(gòu)，下部分設(shè)砼基礎(chǔ)，在堰的上部分設(shè)置水位標(biāo)尺。其中量水堰的結(jié)構(gòu)分為兩種，一種是三角形，另一種是梯形，總體上該種設(shè)備的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，并且實(shí)際的造價(jià)比較低。這兩種結(jié)構(gòu)的量水堰在水流量的測(cè)量上精度都比較高，并且能夠在水流落差比較大的渠道上應(yīng)用也比較廣泛。梯形的量水堰在其水頭的損失上比較少，能夠更好的應(yīng)用于含沙量比較小的渠道中。

在泥沙比較大的水渠上進(jìn)行水量測(cè)量，可以采用涼水噴嘴，該結(jié)構(gòu)由擋水板和管嘴兩部分組成，長(zhǎng)方形的噴嘴在比降比較大的寬淺明渠上應(yīng)用。

2.2電水轉(zhuǎn)換法

電水轉(zhuǎn)換法測(cè)量明渠水量，借助電能與水能之間的轉(zhuǎn)換，利用農(nóng)灌提水機(jī)具，計(jì)算出深井潛水電泵的耗電量、電水轉(zhuǎn)換系數(shù)K，計(jì)算出農(nóng)業(yè)灌溉用適量。經(jīng)過(guò)查閱資料得出，潛水電泵的流量、功率、揚(yáng)程之間的關(guān)系為：N=2.73QH/，其中N為潛水泵的運(yùn)行功率，為泵的實(shí)際運(yùn)行效率，H為潛水泵的揚(yáng)程。由公式可知在潛水泵的功率一定的情況下，機(jī)泵流量與揚(yáng)程之間成反比例，當(dāng)揚(yáng)程不同的情況下，機(jī)泵的實(shí)際流量不同。而電能與水量之間的轉(zhuǎn)換，主要在于K值，K值受到是潛水泵的深埋深度影響，當(dāng)潛水泵的深埋深度大于80米時(shí)，K平均值為1.2，當(dāng)潛水泵的深埋深度為60-80米時(shí)，K平均值為1.46，當(dāng)潛水泵的深埋深度為50-60米，則K的平均值為1.68。在K值規(guī)律變化中，深井潛水泵消耗電量1千瓦時(shí)，出水量小，揚(yáng)程大。揚(yáng)程小時(shí)，出水量大。

2.3流速儀計(jì)量

利用流速儀測(cè)量明渠水量，其所得的結(jié)果比較精確，但是所消耗的時(shí)間比較多，并且所需要計(jì)算比較復(fù)雜。該種水量方式多應(yīng)用到無(wú)水工建筑環(huán)境中。在實(shí)際應(yīng)用中，借助流速儀進(jìn)行測(cè)速，需要在測(cè)流橋的配合下實(shí)現(xiàn)，一般情況下，測(cè)流橋的寬度保持在2米以上，3米以內(nèi)。在進(jìn)行測(cè)流時(shí)，工作人員需要在人行便橋上對(duì)選擇斷面進(jìn)行測(cè)定，繪制出流斷面圖。

3.農(nóng)田灌溉明渠計(jì)量設(shè)備的改進(jìn)

3.1流量遙感計(jì)量設(shè)備的應(yīng)用

農(nóng)田灌溉明渠水量計(jì)量設(shè)備優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)水量的精確化計(jì)算，以便于實(shí)現(xiàn)農(nóng)田灌溉節(jié)水。在水量的監(jiān)測(cè)上，采用流量遙感計(jì)量設(shè)備。該設(shè)備使用使用便攜式和電源獨(dú)立的流量?jī)x器來(lái)檢測(cè)外來(lái)水量。其中便攜式測(cè)量系統(tǒng)包含PCM變送器、傳感器。NIVUS流量測(cè)量采用創(chuàng)新的測(cè)量技術(shù)，在實(shí)際的明渠水量測(cè)量上其結(jié)果比較精確。并且PCM便攜系統(tǒng)能夠應(yīng)用于半管、滿貫等環(huán)節(jié)的水流量測(cè)量。對(duì)其測(cè)量的原理進(jìn)行分析，水流量Q=V平均.A。A為所測(cè)量通道水位截面積，截面積的變化會(huì)隨著水位的變化而變化。為了測(cè)量出流體的流速，將顆粒物和氣泡作為介質(zhì)，保持顆粒物和氣泡的流速一致，以超聲波測(cè)量法判斷介質(zhì)的實(shí)際流速。

改進(jìn)流量遙測(cè)系統(tǒng)，管理人員需要根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，隨時(shí)調(diào)整運(yùn)行調(diào)度計(jì)劃，充分的發(fā)揮出干渠的輸水能力，將實(shí)際的輪灌時(shí)間縮短，并且有效的節(jié)約水資源。

3.2明渠水量計(jì)量器的改進(jìn)

伴隨著電子技術(shù)以及微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展，能夠用于測(cè)量水庫(kù)、河道水位的儀表已經(jīng)有了一些較為成熟的定型產(chǎn)品，但是能夠真正用于農(nóng)田灌溉明渠輸水量測(cè)量和計(jì)量的定型產(chǎn)品并不多。目前，國(guó)外的測(cè)量?jī)x表也基本上已渠道水位和流量為目標(biāo)，對(duì)于水量分析甚少涉及。南京水利科學(xué)院研制出適合灌溉渠水量測(cè)量的計(jì)量設(shè)備，該種技術(shù)設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中具有較好的量水精度，在價(jià)格上也比較合理，并且能夠應(yīng)用與不同類型的渠道體型種。明渠測(cè)流槽上具有排沙能力強(qiáng)、測(cè)量精度高以及施工方便的特點(diǎn)，水量計(jì)量主要由進(jìn)口段、槽壁平行喉道、擴(kuò)散出口段三部分組成。在明渠水量上游測(cè)點(diǎn)位置上和下游測(cè)點(diǎn)上需要留有一定長(zhǎng)度的平直段，該平直段主要是負(fù)責(zé)進(jìn)行渠道體型尺寸和水流特性的實(shí)際測(cè)定。

明渠水量計(jì)量裝置主要由水位測(cè)量傳感器、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)流槽、水量計(jì)以及打印機(jī)等部分。水位傳感器的形式以浮子非碼盤絕對(duì)測(cè)量為主，按照所預(yù)定的采集測(cè)量周期，對(duì)系統(tǒng)中實(shí)時(shí)采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行列表輸出。水量計(jì)的主機(jī)硬件設(shè)計(jì)采用的是美國(guó)51單片機(jī)系列，在系統(tǒng)邏輯控制以及數(shù)據(jù)采集處理上優(yōu)化很多。該水量計(jì)的功能有三：第一，能夠?qū)崿F(xiàn)開明渠水量的實(shí)際測(cè)量，測(cè)量精度較大。第二，能夠計(jì)算出明渠上瞬時(shí)流量。第三，能夠?qū)崿F(xiàn)明渠累計(jì)水量的測(cè)量，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理，得到瞬間流量和累計(jì)水流量、水位、流量、等參數(shù)。

4.農(nóng)田灌溉明渠自動(dòng)量水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1硬件設(shè)計(jì)

在進(jìn)行農(nóng)田灌溉明渠自動(dòng)量水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，硬件設(shè)計(jì)上主要包含了傳感器設(shè)計(jì)、主控制器電路設(shè)計(jì)、電源模塊電路設(shè)計(jì)、信號(hào)采集模塊電路設(shè)計(jì)、現(xiàn)實(shí)部分電路設(shè)計(jì)、通信接口電路設(shè)計(jì)等。其中傳感器的設(shè)計(jì)在比較關(guān)鍵，在該農(nóng)田灌溉明渠自動(dòng)量水系統(tǒng)中，所選用的傳感器為毫米級(jí)數(shù)字式水位傳感器，該傳感器在水量測(cè)量中的應(yīng)用能夠起到比較好計(jì)量工能，經(jīng)過(guò)多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的設(shè)置，對(duì)多路檢測(cè)電路進(jìn)行電壓比較，然后進(jìn)行奪路選擇電路的運(yùn)行，在微處理器的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)變送輸出電路的功能。在檢測(cè)-電壓比較電路部分的設(shè)計(jì)中，以電壓比較器為核心設(shè)計(jì)電路，完成檢測(cè)點(diǎn)的確定，并且輸出相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)“0”或者“1”。微處理器部分是整個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)處理和控制中心，能夠完成對(duì)于多路模擬開關(guān)的控制，并且對(duì)于數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

在主控制器的電路設(shè)計(jì)上，單片機(jī)的選擇更具水量測(cè)量系統(tǒng)中傳感器的使用環(huán)境以及能耗的要求，從工作電壓、性能、運(yùn)行速度、抗干擾性等多方面進(jìn)行分析，一般可以選擇MSP430系列單片機(jī)。

4.2軟件設(shè)計(jì)

對(duì)于明渠自動(dòng)量水系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)進(jìn)行研究，包含軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言、信息采集部分的軟件設(shè)計(jì)、顯示部分的軟件設(shè)計(jì)、主程序的軟件設(shè)計(jì)。以水利信息采集部分的軟件設(shè)計(jì)為例進(jìn)行分析，在毫米級(jí)的數(shù)字式水位傳感器的信號(hào)采集上，通過(guò)MSP430F149單片機(jī)的IO完成，單片機(jī)只需要檢查輸出電路信號(hào)是否為標(biāo)準(zhǔn)電平即可。當(dāng)其輸出為數(shù)字信號(hào)時(shí)，單品只需要判斷IO口的輸入信號(hào)情況，基于這樣的判斷方式將模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程省略，并且降低了實(shí)際工作量。

5.結(jié)論

綜上所述， 農(nóng)田灌溉明渠水量的計(jì)量，能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)用水調(diào)查提供資料，選擇精確的明渠水量計(jì)量方法，能夠使得農(nóng)業(yè)用水測(cè)量的更加的準(zhǔn)確。一般情況下，農(nóng)田灌溉明渠水量的計(jì)量方法有：設(shè)備計(jì)量、電水轉(zhuǎn)換法、儀表計(jì)量、流速儀計(jì)量等。在本文中對(duì)于農(nóng)田灌溉明渠水量計(jì)量的設(shè)備進(jìn)行研究，如，在水量的監(jiān)測(cè)上，采用流量遙感計(jì)量設(shè)備，該設(shè)備使用使用便攜式和電源獨(dú)立的流量?jī)x器來(lái)檢測(cè)外來(lái)水量。并且對(duì)先進(jìn)的水量計(jì)量軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

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