山東省農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)研究與示范基地建設(shè)

丁若冰

（山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟南 250014）

隨著現(xiàn)代化灌區(qū)建設(shè)的需求和農(nóng)業(yè)水價綜合改革工作的推進(jìn)，灌區(qū)量測水技術(shù)正日益得到普遍重視。為此，山東省水利科學(xué)研究院以用戶需求為先導(dǎo)，以國家規(guī)范為依據(jù)，廣泛吸收國內(nèi)灌區(qū)測水量水、自動實時監(jiān)控的實際運行經(jīng)驗，采用國內(nèi)外前沿科研成果和技術(shù)，建設(shè)了山東省農(nóng)業(yè)灌溉量水技術(shù)研究與示范基地。該示范基地具備了科學(xué)研究、技術(shù)推廣、檢測認(rèn)證、人員培訓(xùn)和節(jié)水教育五大功能。

1 基地建設(shè)內(nèi)容

1.1 概述

山東省農(nóng)業(yè)灌溉量水技術(shù)研究與示范基地位于山東省灌溉試驗中心站內(nèi)，占地8000m2（80m×100m），由監(jiān)控室、量水試驗區(qū)、視頻監(jiān)控和管理平臺組成。

量水試驗區(qū)共布設(shè)梯形渠、矩形渠、U型渠、涵管、管道和土渠6種常規(guī)輸水渠型，匯集水工建筑物量水、堰槽量水、涵管無壓流（不滿管）超聲波流量計、機井“水電雙控”裝置、激光明渠流量計、電磁管道流量計和超聲波流量計等幾十種先進(jìn)實用的量水測控技術(shù)手段，采用物聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、云計算和INT/GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)刃畔⒒夹g(shù)，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)灌溉量水的遠(yuǎn)程測控，促進(jìn)了山東省農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

該基地所有量水設(shè)施均可實現(xiàn)遠(yuǎn)程測控和視頻監(jiān)控功能，工作人員可通過LCD液晶顯示屏、電腦、手持式移動終端和手機，查看各量水設(shè)施的水位、瞬時流量和累積流量等數(shù)據(jù)，以及測控一體化閘門、水電雙控裝置和管段測控一體化流量計等設(shè)備。監(jiān)控室配置65英寸LCD顯示屏1臺、筆記本電腦1臺和50M光纖專線寬帶1條。視頻監(jiān)控配置高清數(shù)字球機2臺，“無死角”觀察試驗場全貌，配置高清數(shù)字可調(diào)焦槍機4臺，分別觀察4條明渠的情況，以及相應(yīng)的無線網(wǎng)橋、交換機和硬盤錄像機等設(shè)備。

1.2 量水試驗區(qū)

1）梯形渠。渠上寬2500mm，底寬600mm，渠深800mm。出平水塔一定距離安裝1座“測控一體化”平板閘，依次建設(shè)巴歇爾量水槽、無喉道量水槽、長喉道量水槽和跌坎量水共4個量水設(shè)施。

2）矩形渠。渠寬600mm，渠深800mm。出平水塔一定距離安裝1座平板閘，依次建設(shè)梯形薄壁量水堰、矩形薄壁量水堰、三角形薄壁量水堰和機翼型量水堰共4個量水設(shè)施。

3）U型渠。出平水塔一定距離安裝1個閘閥，依次建設(shè)U形直壁量水堰、拋物線形量水堰板和U形渡槽量水共3個量水設(shè)施。

4）水泥管道和土渠。DN600水泥輸水管與相應(yīng)的土渠連接。出平水塔一定距離安裝1個閘閥，依次建設(shè)涵管無壓流（不滿管）量水、閘閥（可調(diào)整流量，改變涵管中的過水流態(tài)）、倒虹吸量水，通過倒虹吸與下游的土渠相連接，在土渠上選擇一個人工量水?dāng)嗝?，設(shè)定水位標(biāo)尺，人工率定確定H-Q曲線，通過人工測量水深，得到流量值。

5）PVC輸水管道。出平水塔一定距離安裝1個球閥，依次安裝水電雙控測控柜、插入式超聲波流量計、外夾式超聲波流量計、卡式超聲波流量計、灌溉水表和管段式遠(yuǎn)程測控一體化裝置。

以上量水設(shè)施均預(yù)留各量水設(shè)施的上游、下游距離，距離符合規(guī)范要求和最大過水量。

1.3 軟件平臺

基于山東省水利信息化綜合管理平臺框架下的農(nóng)田灌溉量水監(jiān)測系統(tǒng)，由SL系列遠(yuǎn)程量水測控終端、激光水位計、激光閘門開度儀、多普勒雷達(dá)流速儀、超聲波流量計、量水堰槽和太陽能供電裝置等構(gòu)成遠(yuǎn)程量水測控系統(tǒng)，將物聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、測水量水、激光測量、通信和智能控制等技術(shù)有機結(jié)合，實現(xiàn)模擬對河道、明渠、涵管、泵站、機井和供水管網(wǎng)的遠(yuǎn)程用水監(jiān)測、計量、統(tǒng)計、分析與控制，充分體現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉的現(xiàn)代化管理水平。系統(tǒng)具備較強的擴展性和冗余性，隨著用戶需求的不斷變化和增加，可以靈活增加、調(diào)整系統(tǒng)功能。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 閘門量水測控一體化系統(tǒng)

系統(tǒng)由閘門遠(yuǎn)程量水測控終端、激光水位計、激光閘門開度儀、閘門啟閉器和射頻供電裝置等組成，利用渠道的節(jié)制閘進(jìn)行量水，通過對閘門上、下游水位和閘門開度的監(jiān)測和動態(tài)分析，結(jié)合水力學(xué)公式可計算出過閘斷面流量，獲得水位過程曲線、瞬時流量曲線、累計水量等灌溉特征指標(biāo)。

2.2 明渠量水監(jiān)測系統(tǒng)

系統(tǒng)由測流堰槽、激光量水監(jiān)測終端和太陽能供電裝置組成，使用激光量水監(jiān)測終端進(jìn)行量水，通過對測流堰槽上、下游水位的監(jiān)測和動態(tài)分析，自動判別測流槽內(nèi)水的流態(tài)，根據(jù)不同流態(tài)分別精確計算流量，獲得水位過程曲線、瞬時流量曲線、累計水量等灌溉特征指標(biāo)。采用激光非接觸式量水，測量精度高，使用壽命長，運行穩(wěn)定可靠?？赏ㄟ^軟件平臺、手持式移動終端或手機APP顯示、設(shè)置和控制流量、水量、電量以及測流點的工作狀態(tài)等指標(biāo)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

2.3 泵站、機井量水測控一體化系統(tǒng)

系統(tǒng)由超聲波流量計、遠(yuǎn)程量水測控終端、射頻供電裝置等組成。特點是具有水電雙控功能，可根據(jù)用戶設(shè)定的電量、水量、灌溉時長和起止時間等參數(shù)實現(xiàn)智能控制，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。采用國際創(chuàng)新的雙頻全息時間測量技術(shù)，高響應(yīng)超聲波測量核心技術(shù)采樣速率高達(dá)256次/s，可實現(xiàn)測量值±0.5%誤差內(nèi)的高精度測量。

2.4 輸水涵管（洞）量水系統(tǒng)

由超聲波流速傳感器、激光水位計、涵管量水監(jiān)測終端、供電裝置組成的輸水涵管量水系統(tǒng)，自動判別管內(nèi)水的流態(tài)，可對實時檢測到的水流速度和水深變化進(jìn)行動態(tài)分析和修正，從而獲得較為精確的測量統(tǒng)計數(shù)據(jù)。優(yōu)點是可同時滿足有壓流和無壓流不同流態(tài)的流量測量。

2.5 輸水管網(wǎng)分布式量水測控一體化系統(tǒng)

系統(tǒng)由分布式管道量水測控主機、無線量水一體化測控終端和射頻供水裝置組成，可對灌溉水量及時間等信息遠(yuǎn)程采集與分析處理，實現(xiàn)對輸水管道（口）的遠(yuǎn)程量水與控制。主要特點是由農(nóng)田灌溉信息化系統(tǒng)統(tǒng)一管理。如在遠(yuǎn)程模式下，可通過電腦、手持信息終端或智能手機，遠(yuǎn)程監(jiān)控灌溉。在自動模式下，可按照預(yù)先設(shè)定的灌溉時間和水量（或時長）自動進(jìn)行灌溉；在手動模式下，工作人員可通過測控機面板的按鍵進(jìn)行灌溉控制。

3 結(jié)語

山東省農(nóng)業(yè)灌溉量水技術(shù)研究與示范基地匯集多種量水技術(shù)、設(shè)施、設(shè)備于一體，建設(shè)了兼具科學(xué)研究、技術(shù)推廣、檢測認(rèn)證、人員培訓(xùn)、節(jié)水教育五大功能的全品類農(nóng)業(yè)灌溉量水模擬試驗場，具備技術(shù)驗證、工程模擬、設(shè)備率定等多種用途，設(shè)計理念和技術(shù)參數(shù)達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，對山東農(nóng)業(yè)灌溉量水技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用起到了示范作用。