漳河水庫(kù)灌區(qū)量測(cè)水技術(shù)研究

張士菊 邵陳斌 陳崇德

(湖北省漳河工程管理局，湖北 荊門 448156)

1 灌區(qū)量測(cè)水概況

漳河水庫(kù)灌區(qū)位于湖北省江漢平原西北部，地跨荊門、荊州、宜昌三市，灌區(qū)自然面積5544km2，設(shè)計(jì)灌溉面積17.37萬(wàn)hm2，其中有效灌溉面積15.57萬(wàn)hm2，是以漳河水庫(kù)為骨干供水工程，灌區(qū)內(nèi)中小型水利設(shè)施為基礎(chǔ)，電灌站做補(bǔ)充的大、中、小、微相結(jié)合，蓄、引、提、排相配合的水利灌溉網(wǎng)。漳河水庫(kù)灌區(qū)情況千差萬(wàn)別，從地貌上劃分，有山丘區(qū)和平原區(qū)之分；從引水方式上劃分，有自流和提水灌溉之分；從工程類別上劃分，有擋水建筑物和沒有擋水建筑物之分；從工程規(guī)模上劃分，大的渠道過(guò)水能力達(dá)120m3/s，小的渠道過(guò)水能力僅0.1～0.2m3/s；從量測(cè)水類型上劃分，有明渠測(cè)流和管道量水之分；從河流形態(tài)上劃分，有人工渠系和天然河道之分等。因而灌區(qū)量測(cè)水工作比較復(fù)雜。

漳河水庫(kù)灌區(qū)人均徑流總量1208m3,是全國(guó)人均徑流總量的45.9%。同時(shí)由于灌區(qū)存在管理粗放、建筑物配套不完善以及工程老化損壞嚴(yán)重等問(wèn)題，灌溉效益沒有得到充分發(fā)揮。因此，加強(qiáng)科學(xué)管理、合理調(diào)度灌溉水資源、促進(jìn)節(jié)約用水、減輕農(nóng)民負(fù)擔(dān)、提高灌溉水有效利用系數(shù)、降低灌溉成本、不斷改良土壤、確保灌區(qū)糧食生產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)、發(fā)揮灌溉工程綜合效益等都必須要進(jìn)一步做好量測(cè)水工作，這是做好灌區(qū)管理的核心與基礎(chǔ)。

2 漳河水庫(kù)灌區(qū)量測(cè)水現(xiàn)狀

2.1 量測(cè)水的作用與目的

2.1.1 渠系與建筑物

漳河水庫(kù)灌區(qū)渠系工程包括總干、干、支干、分干、支、分、斗、農(nóng)、毛渠等九級(jí)渠道，共13990條，總長(zhǎng)7167.56km；建有渡槽、隧洞、各類水閘等建筑物17857處(座)。樞紐工程取水口見圖1。

圖1 樞紐工程取水口示意圖

2.1.2 灌區(qū)量測(cè)水的作用與目的

a.計(jì)量收費(fèi)。漳河水庫(kù)灌區(qū)實(shí)行“按田配水，計(jì)量收費(fèi)”的管理辦法，對(duì)所有分水口都按規(guī)定進(jìn)行計(jì)量，并按計(jì)量成果及國(guó)家、地方政府相關(guān)政策收取農(nóng)業(yè)灌溉用水量水費(fèi)。

b.準(zhǔn)確配水。依據(jù)各用水戶提出的開閘時(shí)間、用水時(shí)段、用水量以及渠系工程現(xiàn)狀，進(jìn)行綜合計(jì)算后統(tǒng)一調(diào)度，因此要滿足各用水戶的用水需求，量測(cè)水工作必須做到及時(shí)、準(zhǔn)確。

c.加強(qiáng)灌區(qū)管理。灌區(qū)內(nèi)實(shí)行輪灌制度，一般情況下的灌溉，每天有數(shù)千個(gè)分水口門需要計(jì)量，如遇較大干旱，全灌區(qū)每天則有1萬(wàn)個(gè)分水口需要計(jì)量，如果沒有統(tǒng)一的章程和完善的管理辦法，每年的農(nóng)業(yè)灌溉是難以有序進(jìn)行的。

d.驗(yàn)證供水方案有效性。每年年初，管理部門根據(jù)當(dāng)年的來(lái)水預(yù)報(bào)趨勢(shì)和各部門的用水預(yù)測(cè)以及工程狀況編制興利調(diào)度計(jì)劃，按月進(jìn)行水庫(kù)水量平衡分析。因此做好灌區(qū)的量測(cè)水工作，可對(duì)供水方案的時(shí)效性進(jìn)行驗(yàn)證，并可指導(dǎo)以后灌區(qū)興利方案的制定。

e.渠道系統(tǒng)信息化的基礎(chǔ)。按照用水計(jì)劃，調(diào)節(jié)、控制各級(jí)渠道的分水流量，為自動(dòng)化節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)管理打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

f.驗(yàn)證渠道水力學(xué)參數(shù)。根據(jù)量水成果，可以分析計(jì)算各級(jí)渠道的輸水能力和輸水損失，提出渠道維修計(jì)劃；可以計(jì)算渠系水和田間水的利用率，提出進(jìn)一步改進(jìn)的各項(xiàng)措施[1]；可以為計(jì)劃用水提供必要的數(shù)據(jù)支撐，促進(jìn)節(jié)約用水；可以為新建、擴(kuò)建或改建灌區(qū)提供規(guī)劃設(shè)計(jì)的基本資料[2]等。

g.為地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供可靠的依據(jù)。

2.2 量測(cè)水站設(shè)備的要求

a.量測(cè)水設(shè)備選擇的總體要求。為特定的地點(diǎn)或條件選擇合適的量水設(shè)備，必須考慮并權(quán)衡該位置不利的因素和不確定的變量[3]。

b.量測(cè)水設(shè)備選擇的一般要求包括：?量測(cè)水設(shè)備的精度大于95%；?選擇量水方法不僅要考慮主要設(shè)備的初期建設(shè)費(fèi)用，還要考慮長(zhǎng)期使用過(guò)程中的管理費(fèi)用，做到經(jīng)濟(jì)、方便、實(shí)用；?量水設(shè)備必須符合國(guó)家或部門的相關(guān)規(guī)程規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)；?適應(yīng)渠道內(nèi)不斷變化的水流條件和流量變化；?減少量水所消耗的水頭，確保該處渠道過(guò)流能力；?測(cè)量設(shè)備的選擇必須考慮擬建點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)條件等。

c.量測(cè)水設(shè)備運(yùn)行的要求包括：?所選設(shè)備的測(cè)量范圍必須涵蓋可能出現(xiàn)的運(yùn)行工況，如水位變化等；?可以采用每日測(cè)得的流量計(jì)算當(dāng)天的用水量以及累計(jì)用水量；?建筑物開度變化后，等待下游渠道水位穩(wěn)定時(shí)間較短，通過(guò)堰、槽量水則可快速測(cè)定流量；?泥沙和雜物的通過(guò)，對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行影響較小。

d.量測(cè)水設(shè)備的安裝與維修要求包括：?設(shè)備安裝應(yīng)適應(yīng)現(xiàn)有的工程狀況或?qū)ΜF(xiàn)有工程的改造難度較?。?帶有運(yùn)動(dòng)部件或傳感器的測(cè)量設(shè)備應(yīng)適應(yīng)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境；?現(xiàn)場(chǎng)校核、故障排除及維修難度較小。

e.量測(cè)水設(shè)備的管理要求包括：?標(biāo)準(zhǔn)化量測(cè)水設(shè)備經(jīng)過(guò)一段的運(yùn)行，應(yīng)符合設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)、率定方法及運(yùn)行性能；?選擇量測(cè)水方法時(shí)應(yīng)考慮該處量測(cè)水方法的歷史沿革和用戶對(duì)新方法的接受能力；?儀器設(shè)備具有一定的保護(hù)和防止被惡意破壞的能力。

f.對(duì)環(huán)境影響的要求包括：?選擇的量測(cè)水設(shè)備對(duì)附近工程互不影響；?對(duì)渠道斷面、流速、沖淤平衡、防洪安全無(wú)影響；?對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)影響。

2.3 量測(cè)水站點(diǎn)的現(xiàn)狀

2.3.1 灌區(qū)量測(cè)水站點(diǎn)的建設(shè)

根據(jù)漳河水庫(kù)灌區(qū)量測(cè)水實(shí)際需求，結(jié)合近年來(lái)漳河灌區(qū)信息化建設(shè)成果，按照“總體規(guī)劃、分步實(shí)施，急用先建，建一處成一處發(fā)揮效益一處”的原則[4]，以總干渠、四干渠城區(qū)段常年供水渠道為重點(diǎn)，采用管道量水、水工建筑物量水、堰槽量水、多普勒明渠流量在線監(jiān)測(cè)、電磁明渠流量監(jiān)測(cè)、H-ADCP等不同量測(cè)水方式，實(shí)現(xiàn)漳河灌區(qū)總干渠、四干渠常年供水渠段主要進(jìn)水閘、節(jié)制閘、分水口流量的精準(zhǔn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

四干渠東、北干渠分水閘以上渠段，一干、二干、三干及西干渠首、分干渠以上的交接斷面，以及上述渠道的重要分水口的流量在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

在湖北省中心試驗(yàn)站(在漳河灌區(qū)內(nèi))開展測(cè)、視、控、調(diào)一體化、智能化的試點(diǎn)工作，探索小型渠道量測(cè)水新方法和技術(shù)，為全省小型渠道量測(cè)水提供參考借鑒。

2.3.2 已建設(shè)的量測(cè)水設(shè)施統(tǒng)計(jì)

已建設(shè)的量測(cè)水設(shè)施統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 已建量測(cè)水設(shè)施統(tǒng)計(jì) 單位：個(gè)

2.3.3 量測(cè)水方案的選擇

a.在有水工建筑物的站點(diǎn)建設(shè)量測(cè)水設(shè)施，優(yōu)選考慮采用建筑物法測(cè)流。

b.水電站、泵站取水管道量測(cè)水，優(yōu)先考慮采用管道測(cè)流。

c.對(duì)寬度大于50m的渠道采用超聲波時(shí)差法流速儀測(cè)流，對(duì)寬度為10～50m的渠道應(yīng)優(yōu)先選用時(shí)差法超聲波流速儀測(cè)流，或選用多普勒流速儀測(cè)流。

d.對(duì)寬度1～10m的渠道，采用超聲波時(shí)差法流量計(jì)。

e.管道測(cè)流優(yōu)先考慮采用電磁流量計(jì)，或采用插入式超聲波流量計(jì)。

f.標(biāo)準(zhǔn)斷面水位流量關(guān)系法不具備長(zhǎng)期率定(比測(cè))條件和能力的一般不采用。

g.渠首存在自然跌水的地方，可采用末端深度測(cè)流法測(cè)流，或?qū)η肋M(jìn)行整治，形成標(biāo)準(zhǔn)堰流，提高測(cè)量精度[5]。

2.3.4 量測(cè)水設(shè)施主要類型

分渠以上的渠道量水，采用電磁流量計(jì)；多普勒渠道流量計(jì)；標(biāo)準(zhǔn)段面法(水位-流量關(guān)系)，渠道水位+閘門開度，自由出流；時(shí)差法；電波流速儀+水位測(cè)流量等。

斗、農(nóng)、毛渠等末級(jí)渠系量水，采用前閘后堰，即閘門開度與三角薄壁堰控制流量；堰閘一體，即通過(guò)調(diào)節(jié)支渠水位來(lái)調(diào)節(jié)流量；前閘后管道；電動(dòng)蝶閥+管道流量；前閘后槽；翻斗堰等，見圖2～圖4。

圖2 三角堰剖面

圖3 寬頂堰剖面

圖4 前閘后槽(太陽(yáng)能閘控+無(wú)喉道)

2.4 量測(cè)水方法的優(yōu)缺點(diǎn)評(píng)價(jià)

a.流速儀量水。流速儀測(cè)流存在工作繁瑣、歷時(shí)長(zhǎng)、纜道或測(cè)流橋等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)費(fèi)用高等缺點(diǎn)，但它以良好的穩(wěn)定性以及高精度的成果贏得了供用水雙方的認(rèn)可，因而在灌區(qū)骨干渠道普遍使用。

b.ADCP(走航式)量水。對(duì)干渠、支干、分干渠等渠道的交接斷面量測(cè)水成果存在爭(zhēng)議的，用ADCP量水實(shí)測(cè)比對(duì)，使供需雙方相互滿意。

c.ADCP(固定式)量水。在總干渠渠首測(cè)流斷面安裝了固定的ADCP量水設(shè)施，目前正在與纜道流速儀法、走航式ADCP測(cè)流法等方法同時(shí)進(jìn)行比測(cè)和率定。

d.堰槽量水。利用已建的長(zhǎng)喉槽、巴歇爾量水槽、無(wú)喉道量水槽等測(cè)流(采用實(shí)時(shí)在線)。該方法具有成果精度高、容易掌握、方便群眾監(jiān)督、設(shè)置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、測(cè)算簡(jiǎn)捷、損失水頭小、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在漳河水庫(kù)灌區(qū)支渠以下渠道配水中廣泛使用。

e.水工建筑物量水。為做好灌區(qū)信息化建設(shè)，先后建成了總干渠閘群實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、灌區(qū)重要節(jié)制閘和流量交接斷面處水情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，并通過(guò)GPRS傳送至信息中心，計(jì)算機(jī)軟件以該斷面流速儀實(shí)測(cè)率定的水位流量關(guān)系曲線推流，主要用于支渠以下涵閘量水。

f.儀表量水。主要為三干渠農(nóng)業(yè)改革示范區(qū)內(nèi)超聲波管道流量計(jì)。此方法精度高，但土建部分較為復(fù)雜，且運(yùn)行過(guò)程中要注意防止雜物堵塞。

各測(cè)流方法優(yōu)缺點(diǎn)見表2。

g.量測(cè)水精度統(tǒng)計(jì)分析。量測(cè)水精度統(tǒng)計(jì)見表3，從表3中可以看出，量測(cè)水精度滿足了灌區(qū)灌溉的要求，為灌區(qū)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

2.5 量測(cè)水管理

a.量測(cè)水設(shè)施的管理。?干渠進(jìn)口量測(cè)水由各干渠管理處負(fù)責(zé)，其中渠首閘、一干、西干渠進(jìn)口由樞紐工程管理處負(fù)責(zé)，二干、三干、四干渠進(jìn)口由總干渠

表2 各測(cè)流方法優(yōu)缺點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

表3 量測(cè)水精度統(tǒng)計(jì)

管理處負(fù)責(zé)；?水位流量實(shí)測(cè)時(shí)，交接雙方代表到場(chǎng)，并簽字確認(rèn)；?每日8時(shí)完成實(shí)測(cè)或流量調(diào)整水流平穩(wěn)后加測(cè)，實(shí)測(cè)與加測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)報(bào)管理局；?總干、二干、三干、四干及一干、西干渠管理段之間交接斷面、分水口的量測(cè)水，由所屬管理處或管理段負(fù)責(zé)；?管理局負(fù)責(zé)技術(shù)指導(dǎo)，并根據(jù)需要開展水位流量巡測(cè)工作。

b.爭(zhēng)議解決。對(duì)有爭(zhēng)議的實(shí)測(cè)結(jié)果，由管理局派出專家并攜帶走航式ADCP儀，現(xiàn)場(chǎng)分析問(wèn)題，并組織雙方量水人員共同實(shí)測(cè)，化解矛盾。

3 存在的問(wèn)題及解決的辦法

3.1 存在的主要問(wèn)題

a.量測(cè)水設(shè)施配套不全。漳河水庫(kù)灌區(qū)為三邊工程，當(dāng)初建設(shè)時(shí)量測(cè)水設(shè)施大量欠缺。在灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程中，興建與恢復(fù)了部分量測(cè)水設(shè)施，根據(jù)目前的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，現(xiàn)有量水設(shè)施須改造2235處，還須新建量水設(shè)施14777處。

b.量水設(shè)施老化失修。灌區(qū)量水設(shè)施經(jīng)多年運(yùn)行，老化陳舊。如總干渠首測(cè)流設(shè)施，運(yùn)行20多年一直沒有更新，且每年灌溉開始前都要進(jìn)行維修，測(cè)流一次需要1個(gè)多小時(shí)；四干因渠道配套建設(shè)不完整，大部分渠道都是單邊整治，選定符合測(cè)流要求的標(biāo)準(zhǔn)段面較難。

c.量水設(shè)施建設(shè)不規(guī)范。部分量測(cè)水設(shè)施在建設(shè)過(guò)程中存在以施工方便為主，忽略了現(xiàn)場(chǎng)工程條件及量水設(shè)施尺寸要求的現(xiàn)象，部分量水設(shè)施位置選擇不當(dāng)，沒有嚴(yán)格按規(guī)范要求施工，出現(xiàn)水位流量關(guān)系理論計(jì)算與實(shí)測(cè)情況相差較大的情況。

d.量水設(shè)施水流條件改變。量水設(shè)施附近群眾為了取用水方便，隨意用木板、編織袋裝土打垱攔水，造成量水設(shè)施水流不暢，水位壅高，改變了原有水力條件，影響量水精度。

e.測(cè)流設(shè)施缺乏。目前，走航式ADCP僅1臺(tái)，便攜式流速儀數(shù)量有限，交接斷面主要采用纜道測(cè)流，ADCP及便攜式流速儀主要用于巡測(cè)。由于灌區(qū)渠系復(fù)雜，供用水集中，購(gòu)置ADCP及便攜式流速儀等需求十分迫切。

3.2 建議

a.加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)勘察設(shè)計(jì)。建議以灌區(qū)現(xiàn)代化改造試點(diǎn)為契機(jī)，在規(guī)則設(shè)計(jì)階段，組織專班對(duì)灌區(qū)量測(cè)水現(xiàn)狀情況進(jìn)行一次徹底的調(diào)查，明確哪些地方建、哪些地方不建、建什么樣的量水設(shè)施。特別是征求當(dāng)?shù)乩习傩盏囊庖姡瑢?duì)于建量水設(shè)施后可能造成阻水的，可以考慮建標(biāo)準(zhǔn)斷面[6]，平時(shí)加強(qiáng)實(shí)測(cè)率定水位流量關(guān)系。

b.量測(cè)水設(shè)施與渠道工程建設(shè)統(tǒng)籌考慮、同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工。

c.嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。嚴(yán)格控制量測(cè)水設(shè)施的位置和尺寸、上下游工程條件，特別是巴歇爾、無(wú)喉槽等，嚴(yán)格按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)施工，確保施工質(zhì)量。

d.加強(qiáng)宣傳。供用水雙方都要認(rèn)識(shí)到量測(cè)水設(shè)施的重要性及其在灌溉配水調(diào)度、水費(fèi)計(jì)收等方面的積極作用，并真正從中受益。

4 結(jié) 語(yǔ)

渠道輸水是灌區(qū)農(nóng)田灌溉的主要形式，受歷史條件限制、地域性差異和灌區(qū)條件復(fù)雜等因素影響，目前已有的量測(cè)水設(shè)施不能滿足灌區(qū)量測(cè)水的新要求。因此,根據(jù)灌區(qū)實(shí)際需求，研制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、量測(cè)精準(zhǔn)、適應(yīng)度高、應(yīng)用便捷、造價(jià)低廉的渠道量測(cè)水設(shè)施,并對(duì)灌區(qū)量測(cè)水設(shè)施統(tǒng)一規(guī)劃、逐步實(shí)施、不斷完善，適應(yīng)現(xiàn)代化節(jié)水型灌區(qū)的建設(shè)與發(fā)展要求，對(duì)于灌區(qū)節(jié)水和實(shí)現(xiàn)水資源高效利用以及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。