簡述滁州市南譙區(qū)農(nóng)業(yè)灌區(qū)取水監(jiān)測設(shè)計(jì)

李松

（1.安徽?。ㄋ炕春铀瘑T會）水利科學(xué)研究院（安徽省水利工程質(zhì)量檢測中心站），安徽 合肥 233000；2.安徽省大禹水利工程科技有限公司，安徽 合肥 233000）

1 滁州市南譙區(qū)農(nóng)業(yè)灌區(qū)取水監(jiān)測概況

滁州市南譙區(qū)位于皖東中部，地跨淮河流域和長江流域，境內(nèi)河流眾多，水系發(fā)達(dá)。全區(qū)現(xiàn)建有大型灌區(qū)1 處為駟馬山灌區(qū)，灌溉面積16.43 萬畝；中型灌區(qū)3 處，沙河集水庫灌區(qū)、獨(dú)山灌區(qū)、紅石溝灌區(qū)，灌溉面積5.63 萬畝；非農(nóng)村集體經(jīng)濟(jì)組織的小型灌區(qū)20 處，灌溉面積5.95 萬畝；屬于農(nóng)村集體經(jīng)濟(jì)組織的小型灌區(qū)128 處，灌溉面積8.44 萬畝。

經(jīng)過近十年的建設(shè)，南譙區(qū)已基本完成規(guī)模以上非農(nóng)取水口的取水計(jì)量在線監(jiān)測工作，數(shù)據(jù)均傳輸至安徽省水資源管理平臺。非農(nóng)業(yè)取水監(jiān)測體系的初步建成，為南譙區(qū)水資源管理工作提供有效支撐，提高了管理工作效率。但農(nóng)業(yè)取水監(jiān)測還未正式開展，為進(jìn)一步提高南譙區(qū)水資源監(jiān)控能力，提升水資源精細(xì)化管理水平，需要進(jìn)一步開展農(nóng)業(yè)灌區(qū)取水監(jiān)測工作，達(dá)到提高水資源管理效率的目的。

2 進(jìn)一步開展灌區(qū)取水監(jiān)測的必要性

由于取水監(jiān)測點(diǎn)位置一般較為分散，僅依靠人力實(shí)現(xiàn)高水平管理非常困難，只有借助科技手段，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測，才能進(jìn)一步提高信息質(zhì)量，讓水資源調(diào)配工作變得更加合理，讓水資源管理制度的考核工作變得更加真實(shí)有效。同時(shí)根據(jù)節(jié)水型社會評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，滁州南譙區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水計(jì)量率（有計(jì)量設(shè)施的農(nóng)業(yè)取水口灌溉取水量占灌溉總?cè)∷康谋壤?yīng)不小60%。開展灌區(qū)取水自動(dòng)監(jiān)測建設(shè)可為滁州市南譙區(qū)的農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革提供水量數(shù)據(jù)支撐，為南譙區(qū)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革做好試點(diǎn)，積累經(jīng)驗(yàn)，發(fā)揮示范帶動(dòng)作用，有利于農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革的進(jìn)一步推廣。

3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

灌區(qū)量測水監(jiān)測系統(tǒng)主要由信息采集、傳輸網(wǎng)絡(luò)、存儲管理、業(yè)務(wù)應(yīng)用以及應(yīng)用交互五個(gè)層面和信息安全體系構(gòu)成，組網(wǎng)方式為星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過在省水資源取水監(jiān)測平臺部署采集軟件，灌區(qū)監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)直接發(fā)送至安徽省水資源實(shí)時(shí)監(jiān)測與管理系統(tǒng)平臺，滁州市南譙區(qū)水利局通過水利骨干網(wǎng)直接訪問平臺，下屬管理所通過授權(quán)訪問的方式進(jìn)行。

1）信息采集層。該層面的主要作用是對每個(gè)取水點(diǎn)進(jìn)行信息采集，采集方式主要有人工、實(shí)時(shí)監(jiān)測、間接檢測三種。

2）傳輸網(wǎng)絡(luò)層。該層面的主要作用是對采集到的信息進(jìn)行傳輸和分享，使得有關(guān)單位能夠及時(shí)接收到相關(guān)的取水量信息。另外，在與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合之后，不同部門可以共同對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理使用。

3）存儲管理層。充分整合資源，借助已建的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、新建水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)接收各取水戶現(xiàn)場采集傳來的實(shí)時(shí)取水量信息。

4）業(yè)務(wù)應(yīng)用層。提供統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)和運(yùn)行環(huán)境，為水資源應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)提供通用應(yīng)用服務(wù)和集成服務(wù)，為資源整合和信息共享提供運(yùn)行平臺。實(shí)現(xiàn)水資源信息各項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用管理。

5）應(yīng)用交互層。根據(jù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊，通過授權(quán)訪問的方式，為灌區(qū)、市水利局乃至省水利廳等用戶提供數(shù)據(jù)支撐。

6）安全體系。主要包括設(shè)備運(yùn)行安全、網(wǎng)絡(luò)傳輸安全、信息備份等。

4 取水監(jiān)測點(diǎn)典型方案設(shè)計(jì)

4.1 自動(dòng)監(jiān)測站典型設(shè)計(jì)

根據(jù)調(diào)研情況分析，本灌區(qū)取用水量采集涉及泵站特性曲線推流法、流速面積法、水工建筑物法、管道流量計(jì)測流法4 種測流方法。

4.1.1 測站組成結(jié)構(gòu)

灌區(qū)監(jiān)測點(diǎn)建設(shè)對象為總干渠渠首進(jìn)水閘，標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測站的設(shè)備包括數(shù)據(jù)采集終端、通信設(shè)備等。

為了能夠全方位地采集相關(guān)信息，水量監(jiān)控體系的信息采集站點(diǎn)往往設(shè)置得比較分散，這就使得信息傳輸通道的建設(shè)工作受到一定影響，在選擇信息傳輸通道時(shí)，要充分考慮采集站點(diǎn)所在的位置以及周邊的環(huán)境因素?？紤]到取用水工程的信息流量較小，在選擇通信方式時(shí)，可以重點(diǎn)考慮公共移動(dòng)通信。

當(dāng)前，使用率較高的一些公共移動(dòng)通信方式有GPRS、CDMA 等等，這些符合國家標(biāo)準(zhǔn)的通信方式都可以考慮選擇。另外，為了應(yīng)對突發(fā)情況，自動(dòng)監(jiān)測站點(diǎn)應(yīng)具備備份功能。

4.1.2 站點(diǎn)供電保障

1）市電供電

對于管道式取水監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測設(shè)備安裝位置優(yōu)先選址于泵站或灌區(qū)啟閉室等建筑物內(nèi)，具備穩(wěn)定的市電供電條件。市電供電不會因?yàn)樘鞖饧捌渌蛴绊懕O(jiān)測站正常工作，且易于管理，不會輕易被破壞。

2）高能蓄電池供電

對于部分監(jiān)測渠道，不能提供供電的場所，可采用數(shù)據(jù)采集、傳輸一體化微功耗計(jì)量及監(jiān)測設(shè)備，配置高能蓄電池，采用定時(shí)休眠和遠(yuǎn)程喚醒的工作方式，解決系統(tǒng)的供電問題。

3）太陽能供電

對于不能提供供電，但適合建設(shè)太陽能設(shè)備的場所，采用太陽能供電系統(tǒng)，為監(jiān)測設(shè)備、采集傳輸設(shè)備供電。在監(jiān)測站原有的配備基礎(chǔ)上，增加一套太陽能發(fā)電設(shè)備。

4.2 泵站特性曲線推流法

該方法適用于無裸露取水管道的泵站，灌區(qū)中勝利排灌站灌區(qū)陸莊一級站（老站）適用此測流方法。

在實(shí)際應(yīng)用中，繼電器與水泵控制柜開關(guān)連接，通過繼電器觸點(diǎn)監(jiān)測水泵的開啟與閉合，水泵功率、揚(yáng)程以及對應(yīng)的特征曲線通過RTU 設(shè)置，配備傳輸設(shè)備、電源模塊等，從而實(shí)現(xiàn)流量的自動(dòng)采集與傳輸。

4.3 流速面積法

這種方法適用于標(biāo)準(zhǔn)的渠道斷面，采用坐底式安裝方法在渠道監(jiān)測斷面的渠底部安裝一臺多普勒流速傳感器（多普勒明渠流量計(jì)），監(jiān)測一條垂線的平均流速。通過使用流速傳感器的液位裝置，可以非常精確地得到水位的相關(guān)信息，進(jìn)而省略了安裝水位監(jiān)測設(shè)備這一步驟，能夠進(jìn)一步降低工作成本。長洼水庫灌區(qū)、樟木山水庫灌區(qū)、小油坊水庫灌區(qū)共4 處監(jiān)測點(diǎn)因擁有較好的硬化標(biāo)準(zhǔn)斷面，可以采用此方法進(jìn)行測流。

4.4 水工建筑物法

這種方法通常需要灌區(qū)渠首有渠道和閘門，并且附近不存在其他阻水因素。當(dāng)水流為淹沒出流時(shí)，由于淹沒系數(shù)σs有不同種類計(jì)算方法，該參數(shù)的不確定性影響了流量計(jì)算的精度。此外，在淹沒出流時(shí)，需要同時(shí)測量上下游水位，因此盡量不在淹沒出流時(shí)使用此方法，僅在自由出流時(shí)適用。灌區(qū)中二郎水庫灌區(qū)、姑塘村放水閘灌區(qū)、滁河灌區(qū)、龍豐水庫灌區(qū)、紅花橋水庫灌區(qū)、大林水庫灌區(qū)、黑郎廟水庫灌區(qū)、下王水庫灌區(qū)、東方紅水庫灌區(qū)、九板橋水庫灌區(qū)、爛泥沖水庫灌區(qū)、繞子官塘水庫灌區(qū)、廣北水庫灌區(qū)、丁家壩水庫灌區(qū)、羅城水庫灌區(qū)、獨(dú)山水庫灌區(qū)等16 個(gè)灌區(qū)共25 處取水點(diǎn)適用此測流方法。

在進(jìn)行閘門測流時(shí)，實(shí)際情況的不同，選擇的計(jì)算公式也會有所不同，但都應(yīng)準(zhǔn)確測量出水工建筑物上游水位，并觀察水流的具體情況，因?yàn)檫@些因素會影響到計(jì)算公式的選擇。流量系數(shù)的計(jì)算方法同樣要利用相對應(yīng)的水力學(xué)公式計(jì)算得出，所需要考慮的流量系數(shù)影響因素包括建筑物出流量、水頭等等。

4.5 管道流量計(jì)測流法

灌區(qū)通過管道取水，管道裸露在外并且有一定長度的順直管道，可直接采用安裝管道流量計(jì)的方式計(jì)量取水量，計(jì)量準(zhǔn)確且經(jīng)濟(jì)可靠。灌區(qū)中的清流河灌區(qū)與紅石溝水庫灌區(qū)共5 處取水監(jiān)測點(diǎn)符合管道流量計(jì)的安裝條件。

流體的流速就等于超聲波脈沖順流和逆流傳播時(shí)的速度差，而利用超聲波脈沖進(jìn)行流速的測量準(zhǔn)確度較高，常用插入式流量計(jì)。

5 結(jié)語

灌區(qū)監(jiān)測點(diǎn)按要求完成數(shù)據(jù)調(diào)試，與安徽省水資源農(nóng)業(yè)取水監(jiān)測平臺對接，現(xiàn)可通過平臺查詢所建設(shè)取水監(jiān)測站點(diǎn)的取水情況，大大提高了工作效率和精度，達(dá)到了進(jìn)一步提高南譙區(qū)水資源監(jiān)控能力，提升南譙區(qū)水資源精細(xì)化管理水平，強(qiáng)化灌區(qū)取水口監(jiān)測計(jì)量工作的目的