淠史杭灌區(qū)量測水設(shè)施建設(shè)的實(shí)踐

朱 蓉

(安徽省淠史杭灌區(qū)管理總局,安徽 六安 237005)

灌區(qū)控制面積14 107km，其中安徽省內(nèi)13 130km。按控制灌溉面積大小，灌區(qū)渠系分為總干渠、干渠、分干渠、支渠、分支渠、斗渠和農(nóng)渠7級固定渠道。受益范圍涉及皖豫2省4市17個縣(區(qū))。

1 建設(shè)背景

黨的十九大提出實(shí)施國家節(jié)水行動，切實(shí)把水資源節(jié)約貫穿到經(jīng)濟(jì)發(fā)展全過程和各領(lǐng)域。根據(jù)《全國大中型灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造實(shí)施方案(2016-2020年)》和國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)的有關(guān)要求，結(jié)合安徽省淠史杭灌區(qū)骨干渠道、渠系建筑物改造，在重要引水口、分水口、用水管理分界斷面、用水計量斷面進(jìn)行灌區(qū)量測水設(shè)施建設(shè)。率先做到“總量控制，定額管理，水權(quán)到縣，縣界計量”。然后逐步推廣擴(kuò)大農(nóng)業(yè)用水計量收費(fèi)范圍，劃小量水單元，大力推廣“計量到斗口、價格到田頭、統(tǒng)一票據(jù)、明碼標(biāo)價、建賬到戶”的“一票收費(fèi)”制。

2 建設(shè)布局

淠史杭灌區(qū)量測水設(shè)施站點(diǎn)建設(shè)數(shù)量共計206座，其中分干渠以上渠道縣界點(diǎn)量測站17個，測量方法采用全自動纜道-流速儀；支渠以上渠系重點(diǎn)進(jìn)口和骨干建筑物量測站點(diǎn)189個(依托現(xiàn)有建筑物采用建筑物法量測的站點(diǎn)176個，對于流量較小的支渠進(jìn)口采用全渠寬量測的站點(diǎn)10個，對于現(xiàn)狀渠首無控制工程的支渠采用雷達(dá)波量測的站點(diǎn)3個)。

3 量測方法在灌區(qū)的應(yīng)用

3.1 全自動纜道-流速儀量測站

量測水設(shè)施共建設(shè)全自動纜道-流速儀量測站17座，主要位于分干渠以上渠道縣(區(qū))交界斷面，自動纜道站是規(guī)范的流速儀測流，在灌區(qū)應(yīng)用受到廣泛認(rèn)可。水文纜道測流系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)由纜道測流基礎(chǔ)設(shè)施和纜道測流控制系統(tǒng)(由各種儀器設(shè)備組成)組成。

(1)基礎(chǔ)設(shè)施。基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)內(nèi)容共分為纜道站房、纜道支架以及標(biāo)準(zhǔn)水位井建設(shè)。纜道測流站房設(shè)計為鋼混結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)型式采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)。纜道支架本端安置纜道站房內(nèi)立柱上，與站房形成一個整體，保證測流儀器、三角行車等設(shè)備部件平時進(jìn)入站房，避免日曬雨淋，方便維護(hù)。水位測井要求能夠?qū)崪y到高低水位的變化，滿足水位的測量規(guī)范和觀測要求。

(2)全自動纜道測流控制系統(tǒng)。纜道測流控制系統(tǒng)主要設(shè)備由纜道控制臺、電力控制、測距儀、測算儀、綜合信號儀等組成。配套設(shè)備由絞車、鉛魚、滑輪等組成。全自動纜道測流綜合控制臺是集交流變頻調(diào)速技術(shù)、可編程控制(PLC)技術(shù)、光柵編碼測距技術(shù)、自動定位控制技術(shù)、纜道測流技術(shù)和纜道無線信號傳輸技術(shù)于一體。主要由電力控制部分、水文纜道測距定位儀、水文流速測算儀、纜道綜合信號儀等組成。該系統(tǒng)能利用水文纜道實(shí)現(xiàn)自動對渠道斷面的流量測量，也可手動測流。

水文纜道由工作索、鋼結(jié)構(gòu)支架、拉線、錨碇、滑輪、驅(qū)動絞車和防雷系統(tǒng)等組成。如圖1所示。

圖1 水文纜道-流速儀測流站

3.2 水工建筑物量測站

采用建筑物法量測的站點(diǎn)共計176個，充分依靠水工建筑物條件實(shí)時測流，是利用現(xiàn)有工程資源進(jìn)行水量測驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)有效方法，水工建筑物法測流適用于建筑物配套標(biāo)準(zhǔn)較高的渠首及干、支渠的量水，配以水位傳感器、閘門開度儀及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)過閘水量的自動量測。

(1)現(xiàn)場選址。建筑物量測站測流充分利用渠道上已有進(jìn)水閘、節(jié)制閘、泄水閘等水工建筑物，通過實(shí)測水頭(水頭差)、閘門開啟高度等水力因素，經(jīng)率定分析或利用經(jīng)驗(yàn)公式確定流量系數(shù)或效率系數(shù)，用水力學(xué)公式計算得到流量。在進(jìn)出水口一定距離選擇安裝上下游水位計，采用RTU接入水位計?，F(xiàn)地通信方式采用RS485或無線通信模塊傳輸方式。

(2)監(jiān)測站結(jié)構(gòu)。監(jiān)測站由上下游水位計、閘位計、遙測終端機(jī)、通訊模塊、太陽能供電設(shè)備、防雷器以及保護(hù)箱等組成,監(jiān)測站結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 建筑物量測水自動測流監(jiān)測站結(jié)構(gòu)框圖

3.3 雷達(dá)波量測站

對于現(xiàn)狀渠首無控制工程的支渠，共建設(shè)3個雷達(dá)波量測站。

(1)現(xiàn)場選址。雷達(dá)波測流法測流是在渠道分干渠、支渠出水口一定距離(與水閘的距離控制在5-15倍渠寬)選擇順直的渠段上安裝雷達(dá)波流量計且直行段長度大于渠段最大水深20倍以上。采用1臺RTU同時接流速、水位計。通信方式采用4G通信模塊無線傳輸方式。

(2)雷達(dá)波監(jiān)測站結(jié)構(gòu)。測流系統(tǒng)是一種固定式定點(diǎn)雷達(dá)測流系統(tǒng)，核心為雷達(dá)水位流量一體化傳感器，這是一種可同時測量水位及表面流速的非接觸式智能傳感器。其原理是基于內(nèi)置的專業(yè)水力模型，綜合預(yù)置的斷面邊界條件、實(shí)時測量的局部表面流速及實(shí)時水位3個要素，先模擬出斷面流場分布之后，再通過推算斷面平均流速及過水面積，最終計算出斷面瞬時流量的智能化傳感器。

3.4 全渠寬量測站

全渠寬測流段土建部分孔口尺寸根據(jù)孔口凈面積和渠道過水面積大致相等的原則確定。

(1)現(xiàn)場選址。在渠道放水涵出水口一定距離(與水閘的距離控制在5-15倍渠寬)選擇順直的渠段上安裝全渠寬流量計。

(2)監(jiān)測站結(jié)構(gòu)。全渠寬明渠流量測量系統(tǒng)運(yùn)用流速-面積法測量原理為基本測量方式。工作原理是通過在過流斷面上鋪設(shè)全渠寬勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生垂直全渠寬磁場，測量水流動時切割磁場產(chǎn)生的電勢差即是過水?dāng)嗝嫠匈|(zhì)點(diǎn)的電位的集合。所以測量的流速是斷面的流速平均值，即測量斷面的平均流速。斷面平均流速乘以斷面的面積即可得到渠道的即時流量。斷面的面積是水位的函數(shù)，可利用不同原理形式的液位計測量斷面的水位。

4 措施

實(shí)踐表明，為加強(qiáng)量測水設(shè)施運(yùn)行管理宜采取的措施如下：①明確管理機(jī)構(gòu)、落實(shí)養(yǎng)護(hù)職責(zé)。②制定管理標(biāo)準(zhǔn)、做好量測水資料整編。③落實(shí)養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)，做好維修養(yǎng)護(hù)。④開展人才培訓(xùn)，提高管理運(yùn)行人員技術(shù)素質(zhì)。各類干渠要制訂相應(yīng)的細(xì)則，落實(shí)任務(wù)，齊抓共管，使量測水設(shè)施的運(yùn)行管理再上新臺階。

5 結(jié)束語

淠史杭灌區(qū)量測水設(shè)施實(shí)施改善了灌區(qū)生產(chǎn)生活條件，有利于推進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水發(fā)展，推動最嚴(yán)格的水資源管理制度建設(shè)，提升灌區(qū)量測水現(xiàn)代化水平和水資源使用效率，增強(qiáng)防汛減災(zāi)能力，為灌區(qū)高質(zhì)量發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)。