安徽省潁上縣三道沖灌區(qū)明渠流量監(jiān)測設(shè)計研究

李 康

一、概述

不論是農(nóng)業(yè)灌溉方式的改進、城市污水處理能力的提高還是江河水資源現(xiàn)狀的監(jiān)測，都需要流量監(jiān)測的支持。隨著灌區(qū)流量測量精度要求不斷提高，很多方法由于施測計算復(fù)雜、成本較高等因素逐漸被淘汰，因此對明渠流量監(jiān)測系統(tǒng)進行研究具有一定工程意義。

目前國內(nèi)學(xué)者對明渠流量的監(jiān)測問題進行了相關(guān)研究。王玉曉等為了保證明渠流量智能化精確計量，針對多泥沙明渠設(shè)計了一套流量智能化精確計量方案;郇志浩通過分析目前常用明渠流量測量方式的優(yōu)缺點，選取采用“水面流速法”測量明渠流量及需要測量的三個必要參量;葉紅等運用流體力學(xué)、工程學(xué)及信息控制技術(shù)，設(shè)計了一種基于阿里云服務(wù)模式下無線遠(yuǎn)程監(jiān)測的明渠流量計矩形堰閘，實現(xiàn)了堰閘與云端的數(shù)據(jù)交換;王維志等通過對明渠流量計法、機組測電法和水位流量關(guān)系法三種流量監(jiān)測方法進行對比研究，提出針對不同類型農(nóng)業(yè)取水站，采用不同的流量監(jiān)測手段;邸琰茗等選擇了計量堰遠(yuǎn)傳流量監(jiān)測方法在北運河上游溫榆河魯疃閘、龍道河、花馬溝等3 個排水口進行日流量監(jiān)測；賈文水提出了一種新的超聲波流量監(jiān)測系統(tǒng)的框架;李浩基于我國灌區(qū)目前存在的一系列測流的難題，設(shè)計一套適合灌區(qū)信息化建設(shè)的測流系統(tǒng);董志鶴等根據(jù)污水流量計在現(xiàn)場的應(yīng)用過程，提出安裝、校準(zhǔn)等方面存在的具體問題。

本文以潁上縣三道沖灌區(qū)工程為例，設(shè)計了無喉道量水槽計量與超聲波明渠計量設(shè)施，并對比了兩種設(shè)施的優(yōu)缺點，研究成果可為相關(guān)工程提供參考。

二、工程概況

潁上縣三道沖灌區(qū)地處安徽省淮北平原，潁河下游右岸，總面積102km2，轄垂崗鄉(xiāng)和王崗鎮(zhèn)2 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，灌區(qū)現(xiàn)由潁上縣機電排灌所管理，主要通過三道沖排灌站進行提水灌溉。灌區(qū)骨干工程存在的主要問題是：（1）渠系滲漏嚴(yán)重，灌溉水利用率較低?，F(xiàn)有干支渠均為砂礓黑土高填方土渠，滲漏十分嚴(yán)重;群眾扒開的防水缺口多，跑、冒水現(xiàn)象嚴(yán)重;渠內(nèi)坡雜草叢生，輸水困難;灌水時沿渠溝塘汪洋一片，田間灌溉水利用系數(shù)較低。（2）現(xiàn)有工程損壞、老化嚴(yán)重?？偢汕喝罌_灌區(qū)站首至木板橋1.21km 主干渠道建成年份不明，總干渠現(xiàn)狀淤泥較厚，雜草灌木較多，另有村民渠邊私自建房，已對渠道輸水產(chǎn)生嚴(yán)重影響，渠南側(cè)道路因村民開挖種植農(nóng)作物，破壞嚴(yán)重，道路現(xiàn)已不能通行。干渠：蔡郢閘至前蔡灌溉涵段干渠經(jīng)過蔡郢村居民區(qū)，渠道內(nèi)淤泥較多，加之居民建房占用渠坡面，對灌溉用水產(chǎn)生一定影響;順堤溝西干渠和南干渠，淤泥厚，水草多，部分渠段已產(chǎn)生堵水現(xiàn)象，因此對灌區(qū)進行治理十分必要。

三、用水量測設(shè)施設(shè)計

根據(jù)試點項目的水價改革、計量收費目標(biāo)，綜合考慮項目區(qū)灌溉渠道的特點，本次試點項目擬在總干渠和蔡郢閘至前蔡灌溉涵處各建1 處明渠流量計，在18 處二級提水泵站泵管出口處配套管段式流量計，管段式流量計參考阜陽市潁上縣2017年農(nóng)業(yè)水價綜合改革項目成型設(shè)備進行設(shè)計。明渠流量監(jiān)測設(shè)施設(shè)計的兩種方案如下：

（一）無喉道量水槽計量設(shè)施

本次設(shè)計配套遠(yuǎn)程智能計量監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)精確計量。新建流量自動監(jiān)測站單站2 座，每間配備遠(yuǎn)程自動計量傳送設(shè)施一套（RTU），監(jiān)控設(shè)備若干；新建遠(yuǎn)程控制中心兩處，分別為大石鄉(xiāng)政府及花涼亭灌區(qū)太湖縣管理所。根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合量水槽建設(shè)，配置流量自動監(jiān)測站。堰槽法流量自動監(jiān)測站典型配置包括：無喉道槽1 套、水位計、遙測終端機、避雷設(shè)備、供電設(shè)備、GPRS 模塊和安裝輔材等。單站設(shè)備配置表見表1。

表1 堰槽法流量自動監(jiān)測站單站設(shè)備配置表

無喉道量水槽是在巴歇爾量水槽基礎(chǔ)上改進成功的一種新型量水設(shè)施，其最大優(yōu)點就是結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟、便于修建，且水頭損失小，特別是觀測精度較高，用于灌溉渠道量水，無論是自由出流還是淹沒流，效果均較好。缺點是投資較大，設(shè)備維護任務(wù)較多。

（二）超聲波明渠計量設(shè)施

根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合U 型槽建設(shè)，配置流量自動監(jiān)測站設(shè)置。超聲波明渠流量自動監(jiān)測站典型配置包括：明渠流量計1 套、傳感器、儀表、太陽能供電裝置、無線傳輸模塊和安裝輔材等。單站設(shè)備配置見表2。

表2 超聲波明渠流量自動監(jiān)測站單站設(shè)備配置表

超聲波明渠計量設(shè)施其最大優(yōu)點就是安裝簡單，不需修建量水建筑物；設(shè)備易管理，投資少；設(shè)備運行穩(wěn)定，渠系設(shè)備維護任務(wù)較少。綜上考慮，結(jié)合項目區(qū)維護管理特點，考慮量測精度等因素，本次工程明渠流量計量設(shè)施采用方案二，即超聲波明渠計量設(shè)施，購置超聲波明渠流量計定型成品，本次設(shè)計根據(jù)流量要求選擇LDM-51 型兩套（含水位流量等配套設(shè)施）。

四、結(jié)論

本文以潁上縣三道沖灌區(qū)工程為例，設(shè)計了無喉道量水槽計量與超聲波明渠計量設(shè)施，并對比了兩種設(shè)施的優(yōu)缺點。研究結(jié)果表明，無喉道量水槽結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟、便于修建，且水頭損失小，但投資大，設(shè)備維護任務(wù)較多。相比之下，超聲波明渠計量設(shè)施其最大優(yōu)點是安裝簡單，不需修建量水建筑物；設(shè)備易管理，投資少。結(jié)合項目區(qū)維護管理特點，考慮量測精度等因素，本次工程明渠流量計量設(shè)施采用方案二即超聲波明渠計量設(shè)施■