磁致伸縮水位流量監(jiān)測系統(tǒng)在大型灌區(qū)的應(yīng)用

范琳

【摘要】基于物聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)無線智能磁致伸縮水位流量計(jì)是一種用于渠道水位測量，并能進(jìn)行流量統(tǒng)計(jì)的儀器。通過在疏勒河流域昌馬灌區(qū)的應(yīng)用，可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)灌區(qū)末級(jí)渠系斗口的實(shí)時(shí)水位、流量及用水量的測量，為灌區(qū)用水管理、水權(quán)分配、陽光水務(wù)及信息化建設(shè)提供了技術(shù)支撐。

【關(guān)鍵詞】無線遠(yuǎn)程水位流量監(jiān)測；末級(jí)渠系管理；水利信息化；灌區(qū)應(yīng)用

1、疏勒河灌區(qū)測量水現(xiàn)狀

1.1灌區(qū)概況

疏勒河流域位于河西走廊西端，全長670km，多年平均地表水資源總量10.82億m3，與地表水不重復(fù)的地下水資源量0.52億m3，水資源總量11.34億m3，人均水資源占有量2172 m3，畝均水資源占有量555 m3。

1.2灌區(qū)用水管理模式現(xiàn)狀

疏勒河灌區(qū)經(jīng)過多年大規(guī)模水利工程建設(shè)，尤其是疏勒河綜合開發(fā)項(xiàng)目的建成，形成了以蓄、引、調(diào)、排為主的骨干工程體系。2015年農(nóng)業(yè)灌溉用水9.6億m3。

在此前提下，采用傳統(tǒng)的灌區(qū)灌溉用水計(jì)量主要由水管人員與用水戶協(xié)會(huì)依據(jù)現(xiàn)場觀測水位～流量曲線圖表，換算成灌溉用水量，并依據(jù)灌溉用水量收取水費(fèi)。由于用水戶協(xié)會(huì)及農(nóng)民用水戶經(jīng)常對(duì)觀測的用水量準(zhǔn)確度不是很認(rèn)可，并且時(shí)時(shí)人工到達(dá)較遠(yuǎn)渠道現(xiàn)場觀測工作強(qiáng)度較大。灌區(qū)急需一種既能符合野外無電、無管理房，又能滿足灌區(qū)渠道精確實(shí)時(shí)水位、流量及用水量的量測水設(shè)備，有效減輕水管人員和用水戶協(xié)會(huì)人員工作強(qiáng)度及解決廣大用水戶對(duì)“人工”測量的用水量不認(rèn)可的問題。

2、磁致伸縮水位流量計(jì)設(shè)備安裝及運(yùn)用分析

基于物聯(lián)網(wǎng)的無線智能磁致伸縮水位流量計(jì)是一種適合末級(jí)渠系量測水的非常有效的量測水設(shè)備，圓滿的解決了末級(jí)渠道野外無電、無管理房的現(xiàn)實(shí)條件，又能有效的實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)量的難題。

2.1主要技術(shù)特點(diǎn)：

（1）遠(yuǎn)程控制，無人值守?？汕度敫鞣N渠道類型的流量計(jì)算參數(shù)。

（2）觀測誤差小，使用費(fèi)用低。該儀器觀測水位誤差為±1mm，只需要一張SIM卡，即可完成其各個(gè)功能，而其費(fèi)用主要是GPRS流量，采用普通的包月方式即可滿足需求。

（3）特低功耗，無需外部供電，采樣時(shí)間短，非采樣時(shí)功耗極低，自帶鋰電池可滿足長時(shí)間工作需求。

（4）內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可以準(zhǔn)確記錄采樣時(shí)刻的時(shí)間。

（5）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程不定時(shí)查詢渠道配水情況，具備定時(shí)上報(bào)、應(yīng)答上報(bào)和疑似故障水位自動(dòng)上報(bào)。

（6）具備數(shù)據(jù)補(bǔ)錄功能，設(shè)備數(shù)據(jù)因?yàn)镾IM卡欠費(fèi)或者其他因素不能正常上報(bào)，恢復(fù)正常后可以通過上位機(jī)選擇補(bǔ)錄數(shù)據(jù)的范圍進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)錄。

2.2水位流量計(jì)的安裝及防護(hù)

（1）磁致伸縮水位計(jì)安裝于渠道旁豎管內(nèi)，豎管與渠道通過旁通管將水流連通。如果遙測水位計(jì)的量程與渠道設(shè)計(jì)的最高水位相當(dāng)，則安裝時(shí)，以遙測水位計(jì)的零點(diǎn)水位為參考點(diǎn)，遙測水位計(jì)的零點(diǎn)必須與測井的零點(diǎn)一致，以此來確定安裝支架的位置；如果遙測水位計(jì)的量程小于渠道設(shè)計(jì)的最高水位，則以遙測水位計(jì)的測量上限為參考點(diǎn)，遙測水位計(jì)的測量上限必須與渠道的最高水位一致，以此來確定安裝支架的位置。

（2）遙測水位計(jì)支架安裝過程中產(chǎn)生的水位誤差，可通過水位校準(zhǔn)功能來修正。

（3）由于水位流量計(jì)應(yīng)用于野外，為防止人為對(duì)水位流量計(jì)的破壞，應(yīng)設(shè)置必要的保護(hù)裝置。由于測井設(shè)置在渠道旁，井內(nèi)有旁通管與渠底連通，水位流量計(jì)也在測井內(nèi)，測井頂部設(shè)計(jì)有鋼板蓋和鎖栓，平時(shí)鎖上蓋板即可。這種防護(hù)設(shè)計(jì)即能滿足水位流量計(jì)施測安裝技術(shù)要求同時(shí)也兼顧了防盜防破壞的功能。

2.3數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、應(yīng)用

水位流量計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸采用無線傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。只要手機(jī)信號(hào)覆蓋區(qū)域，均可用SIM卡對(duì)水位、流量作實(shí)時(shí)、定時(shí)傳輸?？赏ㄟ^安裝智能手機(jī)端的APP應(yīng)用程序或手機(jī)短信實(shí)時(shí)對(duì)水位流量計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和參數(shù)的設(shè)置。

渠道水量計(jì)算的關(guān)鍵是水位—流量關(guān)系曲線。渠道水量可根據(jù)采集的水位和水位—流量曲線進(jìn)行水量的累積計(jì)算并可以直接顯示。采集數(shù)據(jù)經(jīng)傳送至中心服務(wù)器接收處理后將采集的水位及計(jì)算的流量、用水量數(shù)據(jù)在磁致伸縮水位流量計(jì)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測終端顯示、存儲(chǔ)、也可任意導(dǎo)出匯總。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測終端可直接顯示、存儲(chǔ)每臺(tái)水位流量計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；歷史數(shù)據(jù)查詢，可按天按時(shí)段任意查看統(tǒng)計(jì)導(dǎo)出；水位過程線。為了方便水管人員及廣大用水戶還開發(fā)了智能手機(jī)端APP應(yīng)用程序，用水戶除了能在互聯(lián)網(wǎng)電腦終端查看水情外，更可方便的隨時(shí)實(shí)地用手機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)水位流量查看。

3、磁致伸縮水位流量監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

2016年8月實(shí)施了疏勒河灌區(qū)信息化系統(tǒng)斗口水量實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目，完成斗口磁致伸縮水位儀計(jì)量點(diǎn)133套，共計(jì)198個(gè)斗口監(jiān)測計(jì)量點(diǎn)，91萬畝農(nóng)田灌溉用水實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)觀測和斗口水情遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，水管人員、灌區(qū)用水戶均可通過終端查閱實(shí)時(shí)用水量和歷史水情。

長期以來，灌區(qū)在末級(jí)渠系管理上屬于最難的一個(gè)環(huán)節(jié)，點(diǎn)多面廣、渠道眾多，計(jì)量難度極大，雖然做過多種嘗試，但是成效并不明顯。

而基于磁致伸縮水位計(jì)的斗口水位流量監(jiān)測系統(tǒng)安裝運(yùn)行后，一是提高了灌區(qū)管理水平，用水管理實(shí)現(xiàn)了信息化模式轉(zhuǎn)變。通過座談和簡單的培訓(xùn)，協(xié)會(huì)管水人員隨時(shí)隨地通過手機(jī)或電腦上網(wǎng)，就可以在線查看各渠道實(shí)時(shí)水位流量信息，得到了協(xié)會(huì)管水人員和農(nóng)戶的認(rèn)可；二是減輕了水利職工的勞動(dòng)強(qiáng)度?；鶎右痪€職工通過電腦、手機(jī)隨時(shí)掌握各渠道水情，不用到現(xiàn)場便可完成相關(guān)工作任務(wù)；三是促使灌區(qū)“陽光水務(wù)”活動(dòng)進(jìn)一步深化。更加有利于灌區(qū)用水戶和社會(huì)各界人士監(jiān)督灌區(qū)的水事活動(dòng)，使“陽光水務(wù)”更加公開、透明；四是不論是實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度，加快實(shí)現(xiàn)斗口實(shí)時(shí)準(zhǔn)確計(jì)量系統(tǒng)，全面實(shí)現(xiàn)斗口準(zhǔn)確計(jì)量是水權(quán)分配制度建設(shè)的基礎(chǔ)性工作。

4、結(jié)語

該系統(tǒng)采用先進(jìn)的磁致伸縮傳感器和最新微控制器和無線通訊模塊，自動(dòng)采集渠道運(yùn)行過程中水位數(shù)據(jù)，并通過標(biāo)準(zhǔn)的巴歇爾量水堰得出的水位流量關(guān)系曲線準(zhǔn)確的計(jì)算出實(shí)時(shí)流量數(shù)據(jù)和用水量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理的測量水管理。通過在疏勒河灌區(qū)逐步推廣應(yīng)用，該系統(tǒng)不但測量數(shù)據(jù)連續(xù)、精確，而且所采集的水位、流量、用水量統(tǒng)計(jì)也非常方便存儲(chǔ)、查詢、導(dǎo)出等應(yīng)用，這也為灌區(qū)末級(jí)渠系管理、水權(quán)分配及水利信息化建設(shè)提供了技術(shù)支撐。