江西省農(nóng)業(yè)供水計量設施選型探討

黃麗麗，譚淋露，劉小平，萬怡國

（江西省水利科學研究院，江西 南昌，330029）

0 引言

江西省是農(nóng)業(yè)大省，年農(nóng)業(yè)用水量147.53億m3，約占總用水量的60%[1]，平均農(nóng)業(yè)灌溉水利用系數(shù)為0.503，節(jié)水潛力大，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)供水計量是實現(xiàn)總量控制和定額管理的依據(jù)，能夠保障農(nóng)業(yè)水價發(fā)揮價格杠桿作用，合理促進農(nóng)業(yè)節(jié)水，較大程度緩解灌區(qū)串灌、漫灌等無序用水現(xiàn)象。2019年5月，國家發(fā)展和改革委員會辦公廳以發(fā)改價格【2019】855號文印發(fā)《關于加快推進農(nóng)業(yè)水價綜合改革的通知》，提出包括供水計量設施配套等6項重點改革內(nèi)容的年度考核要求，強調(diào)完善供水計量設施，加快推進農(nóng)業(yè)水價綜合改革工作。

江西省境內(nèi)約60%的地形為山地丘陵，耕地大多處于山地丘陵地區(qū)，生產(chǎn)單元大多呈碎片式分布，田間設施和精準計量設施基礎薄弱。部分改革實施區(qū)域通過結合高標準農(nóng)田建設項目、高效節(jié)水灌溉工程等，增設了少量計量設施，然而大部分地區(qū)計量設施體系仍不完備，無法滿足大面積推進農(nóng)業(yè)水價綜合改革的需求，嚴重制約了社會經(jīng)濟的發(fā)展。目前我省各縣（市、區(qū)）已在逐步開展農(nóng)業(yè)供水計量體系規(guī)劃，以期能夠加快實現(xiàn)各地農(nóng)業(yè)供水計量，而在農(nóng)業(yè)供水計量設施的選型中，除應實現(xiàn)測量水量的目的外，還應充分考慮降低資金投入、方便后期維修養(yǎng)護等要求，本文著眼于結合江西省實際情況，探討不同條件下計量設施的選型要求，以供各地參考。

1 江西省農(nóng)業(yè)供水計量設施情況

江西省灌區(qū)大部分建成于20世紀60年代左右，由于當時的條件限制，對供水計量設施建設不太重視，之后因南方農(nóng)業(yè)供水水資源相對豐沛、對量水精度要求不高等原因，絕大部分灌區(qū)未建立供水計量設施，僅豐東灌區(qū)等部分大型灌區(qū)在渠道進水口和干渠、分干渠安裝了供水計量設施，或是市、縣等行政區(qū)分界處建立了控制性的供水計量設施。

2016年農(nóng)業(yè)水價綜合改革開展后，我省逐步建設了一些供水計量設施，但多地出現(xiàn)安裝位置不合理或設備選型不規(guī)范的問題。以新干縣為例，2017～2019年新干縣共建設供水計量設施20處，多集中在干、支渠首端，支渠以下均未設置量水設施，計量設施覆蓋率較低。以黃泥埠灌區(qū)為例，主要水源為黃泥埠水庫，其中黃泥埠水庫總干渠薄壁量水堰、黃泥埠水庫右支明渠量水堰計量重復安裝，現(xiàn)已失效，無法量測；且黃泥埠水庫處于雷區(qū)，2018年在低壓管道灌溉上安裝的4處管道流量計受雷擊破壞已基本失效。灌區(qū)補充水源為溧江鎮(zhèn)凰山提灌站，從贛江提水，實際灌溉面積100hm2，2018年安裝了管道流量計1個，超聲波明渠流量計2個，投資不菲，然而用水戶仍然按實際耗電量繳納電費，計量設施形同虛設。

2 常用的農(nóng)業(yè)供水計量方法

針對不同灌區(qū)的工程狀況，農(nóng)業(yè)供水計量方法也存在很大差異，目前最常用的方法有：水工建筑物量水、特設量水設備量水、流速儀量水、儀表量水等。

水工建筑物量水，顧名思義是指將渠系上配套建筑物運行時的閘位、上下游水位按照水力學原理、經(jīng)驗公式計算得出流量[2]。

特設量水設備是指為供水計量而設立的設施，不作它用，一般有量水堰和量水槽兩種形式[3]。

流速儀是測量水流速度的儀器。利用流速儀測流，精度高，但費時長，設備貴，多在無水工建筑物及特設量水設備的情況下使用[4]，在明渠供水計量時還需輔助水位測量。由于其精度高，可用于率定其它供水計量方式[5]。

儀表類流量計是用于測量管道或明渠中流體流量的量水設施[6]。隨著供水計量設施的逐步發(fā)展，流量計種類已逾百余種，常見的有水位計、超聲波流量計、電磁流量計等。

除上述傳統(tǒng)方法以外，陳艷[7]、仝道斌[8]等提出了以電折水、用水計量的方法，此方法與利用水工建筑物量水類似，操作簡便，不額外增加費用，有較好的使用前景。

3 農(nóng)業(yè)供水計量設施選型探討及示例

3.1 計量設施選型分類

根據(jù)江西省的農(nóng)業(yè)供取水特點及計量要求，將所需計量點分為取水計量、分水計量、配水計量以及用水計量。

（1）取水計量設置范圍：農(nóng)村用水戶自建、自用、自管以外的水利工程取水口。

（2）分水計量設置范圍：大中型灌區(qū)支渠口。

（3）配水計量設置范圍：大中型灌區(qū)斗渠口；涉及多個村委（用水戶協(xié)會）灌區(qū)的渠道供用水分界斷面。

（4）用水計量設置范圍：設施農(nóng)業(yè)區(qū)、高效節(jié)水區(qū)、高標準農(nóng)田區(qū)等用水組織、用水戶取水口。

省內(nèi)渠道形式分為兩種，明渠與管道，由于結構形式不同，計量設施的安裝選型不同。在明渠計量中，取水計量與分水計量選型要求相似，配水與用水選型要求相似。因此本文將省內(nèi)計量分為明渠取水與分水計量、明渠配水計量與用水計量、管道計量3類予以討論。

3.2 明渠取水計量與分水計量

我省大中型灌區(qū)大多為明渠，其取水計量與分水計量的要求為精確計量、自動化、經(jīng)濟簡便，可多考慮自動化設施，管理方便，并能實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

現(xiàn)有自動化明渠計量方式多為自動計量水位、流速或二者相結合，表1已列出現(xiàn)有自動化明渠計量的各種方法。如表1所示，雷達/超聲波流量計與雷達/超聲波水位計+電磁流速儀因采用的是自動化設施測量水位和流速以計量流量而量精度高，運行維護簡單，但造價略高，其中雷達流量計需在流速大于0.3m/s的情況下使用，超聲波流量計價格略貴；標準斷面/渠系建筑物/巴歇爾槽+雷達/超聲波水位計量因依托的是水位～流量關系曲線而成本相對略低，但測量精度略低。

因此建議經(jīng)濟條件較為寬裕時，流速穩(wěn)定在0.3m/s以上使用雷達流量計，其安裝方便；流速在0.3m/s以下，且不處于雷區(qū)時，建議使用電磁流速儀搭配雷達或超聲波水位計；經(jīng)濟條件不允許時，建議根據(jù)渠道條件采用標準斷面/巴歇爾槽+雷達/超聲波水位計量。

以泰和縣坪洲水庫右干渠為例，此處需進行取水計量，目前未安裝計量設施。如照片1所示，渠道較為規(guī)整、通暢，漿砌石襯砌，水質(zhì)較好，水中漂浮物和水草較少，干旱時期流速不能穩(wěn)定在0.3m/s以上，因而選擇采用雷達水位計加電磁流速儀作為計量設施。

3.3 明渠配水計量與用水計量

我省小微灌區(qū)的計量與大中型灌區(qū)的配水、用水計量要求為：能初步滿足計量要求，鼓勵充分利用現(xiàn)有建筑。

非自動化明渠計量方式均為利用水工建筑物或特設量水設備量水，表2將常用的非自動化明渠計量設施方法列出。如表2所示，非自動化明渠計量設施利用建筑物或設備運行時的閘位、上下游水位等按照水力學原理、經(jīng)驗公式計算得出流量[2]，是十分經(jīng)濟、簡便的量水設施。長喉道量水槽僅平原地區(qū)予以考慮，大部分山區(qū)多考慮標準斷面、渠系建筑物與巴歇爾槽量水，巴歇爾槽在渠段順直段較短的情況下更具優(yōu)勢。

表1 自動化明渠計量設施方法對比表

照片1 坪洲水庫右干渠斷面情況圖

建議省內(nèi)各地依據(jù)地形情況選擇以標準斷面與渠系建筑物量水為主，巴歇爾槽量水為輔。

如安源區(qū)石硤沖水庫灌區(qū)，其水源為石硤沖水庫，流經(jīng)3個行政村。其中溫盤村東渠道斷面為矩形，采用混凝土襯砌，尺寸為1.2m×1.2m，長2.1km，其主要農(nóng)作物為水稻。由于渠道斷面比較穩(wěn)定均直，有襯砌措施，宜采用標準斷面量水的方法安裝配水計量措施。

3.4 管道計量

省內(nèi)部分灌區(qū)為管道灌溉，用水計量要求為：能夠滿足計量要求。

由于地形等限制條件，多地采用管道進行灌溉，如表3所示，管道計量較為適宜的方法有電磁流量計、外夾式超聲波流量計、以電折水。其中：電磁流量計上游所需直管段相對較小，且測量精度高，工作穩(wěn)定；外夾式超聲波流量計抗干擾能力較弱、安裝方式對測量效果影響較大，多用于大管道流量測量；以電折水無需安裝設備，可廣泛用于泵站中。

表2 非自動化明渠計量設施方法對比表

表3 管道計量設施方法對比表

建議小型泵站多考慮采用以電折水方式計量，其余管道測流多考慮電磁流量計測流。

如安義縣東陽鎮(zhèn)黃城水庫灌區(qū)西干渠低壓管道灌溉，灌溉面積25.40hm2，設計流量0.2m3/s，PE管管徑為DN320，管道露天放置。選擇采用電磁流量計作為計量設施，需開挖計量井，設置旁通管，就近有村莊，可接入市電。

4 結論及建議

經(jīng)過分析總結農(nóng)業(yè)供水計量方法，結合江西省實際情況，綜合考慮投資和運行費用、計量精度等因素，提出以下建議：

（1）大中型灌區(qū)明渠取水計量與分水計量，流速穩(wěn)定在0.3m/s以上使用雷達流量計，其安裝方便；流速在0.3m/s以下時，附近無電磁場干擾時，建議使用電磁流速儀搭配雷達或超聲波水位計；經(jīng)濟條件略為緊張時，建議根據(jù)渠道條件采用標準斷面/巴歇爾槽+雷達/超聲波水位計量。

（2）大中型灌區(qū)配水計量與用水計量、小微灌區(qū)計量依據(jù)地形情況多考慮以標準斷面與渠系建筑物量水，上下游無長順直段的情況考慮巴歇爾槽量水。

（3）建議小型泵站多考慮采用以電折水方式計量，其余管道測流多考慮電磁流量計測流。