平原地區(qū)農(nóng)業(yè)供水計量設(shè)施的選型與布局設(shè)計探討
——宿豫區(qū)農(nóng)業(yè)水價綜合改革試點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)與借鑒

王紹民 陸敬榮 易 寧

（宿遷市宿豫區(qū)水務(wù)局 宿遷 223801 江蘇禹王水利建設(shè)工程有限公司 宿遷 223801 宿遷市水務(wù)勘測設(shè)計研究有限公司 宿遷 223800）

1 終端水價形成對供水渠系計量設(shè)施的要求

1.1 數(shù)量上便于供需雙方考核確認(rèn)

目前，我國農(nóng)業(yè)灌溉用水多為大水漫灌方式，導(dǎo)致水資源有效利用率低。同時，計量設(shè)施少，用水戶長期使用“大鍋水”，導(dǎo)致用水戶節(jié)水意識不強(qiáng)。為促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水，減少用水戶水費(fèi)支出，根據(jù)國家發(fā)展改革委、財政部、水利部統(tǒng)一部署，在全國范圍內(nèi)推行農(nóng)業(yè)水價綜合改革試點(diǎn)工作，實(shí)行農(nóng)業(yè)用水的總量控制和定額管理。為此，需對農(nóng)業(yè)用水加以準(zhǔn)確計量，便于供需雙方考核確認(rèn)。計量設(shè)施從以前的干、支渠首延伸到斗渠首或農(nóng)渠首，為灌溉用水供需雙方考核確認(rèn)提供依據(jù)。

1.2 使用上滿足基層農(nóng)戶取水需求

為減少對農(nóng)業(yè)輸水的影響，計量設(shè)施需要計量準(zhǔn)確、簡單直觀、水頭損失小、輸水通暢等。計量準(zhǔn)確一般要求計量誤差小于3%～5%；簡單直觀，一般要求具備現(xiàn)場顯示屏或直觀曲線圖；水頭損失小則要求不能明顯增加原輸水渠道的水頭損失；輸水通暢則要求計量設(shè)施不能影響渠道過水能力。

1.3 布局上適應(yīng)用水組織分片計量

因用水組織的行政邊界與水文邊界不完全一致，為了便于計量用水組織用水量，需對跨用水組織灌溉的渠道增設(shè)計量設(shè)施。通過多渠道分段安設(shè)計量設(shè)施，方便計算各用水組織的實(shí)際用水量。

1.4 安全上滿足供水單位拆卸統(tǒng)一管理的要求

在設(shè)置量水設(shè)施時，應(yīng)重點(diǎn)考慮量水儀表的安全防護(hù)問題，在正常運(yùn)行使用時需能防盜防破壞，在灌溉結(jié)束時需能由管理單位統(tǒng)一拆卸，便于保養(yǎng)維護(hù)。

2 現(xiàn)有灌溉渠系供水計量設(shè)施主要性能比較

2.1 灌溉渠系供水計量方法分類

當(dāng)前，灌溉渠系常用的量水方法有利用水工建筑物、特設(shè)量水設(shè)備、流速儀、水尺、新型管道量水等幾種。現(xiàn)對各種量水方法分述如下：

利用水工建筑物量水：針對已有的固定放水建筑物，根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)尺寸、水文參數(shù)，通過特定流量公式計算出過水流量的量水方法。根據(jù)建筑物形式又分為閘門及孔口出流、倒虹吸管道及渡槽等。

利用特設(shè)量水設(shè)備量水：通過特設(shè)的水位(水深)、流速、水壓及流向測定的設(shè)備進(jìn)行量水。常用的包括各種堰、槽、噴嘴、配水器等。

利用流速儀量水：通常包括利用轉(zhuǎn)子式流速儀、旋杯或旋漿流速儀、聲波流速儀及電磁流速儀量水等。

利用水尺量水：常用的方法是對選定的地點(diǎn)用流速儀測定不同的水流條件下的流量，而后作出“水頭—流量”關(guān)系曲線圖，對照曲線圖，即可用水尺測得的水位計算出流量。

新型管道量水：利用管道量水設(shè)備在滿管有壓狀態(tài)下對順直管道中的水流進(jìn)行量水。常見的有旋翼式水表、螺翼式水表、電磁流量計、超聲波流量計等。

2.2 灌溉渠系供水計量設(shè)施的主要性能比較

2.2.1 水工建筑物量水的主要性能

主要特點(diǎn)：水工建筑物量水較為經(jīng)濟(jì)、簡便。經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在不需額外建設(shè)量水設(shè)施；簡便性體現(xiàn)在測試方法易于掌握，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行的閘位、上下游水位按相應(yīng)公式計算即可。

適用條件：建筑物本身必須完整無損，并且嚴(yán)格按照設(shè)計尺寸施工，無變形及漏水現(xiàn)象；無紊流及水面波動情況；建筑物符合水力計算的要求，上下游水頭差不小于5cm，在淹沒狀態(tài)時，淹沒度不大于0.95。

設(shè)施選型：因水工建筑物量水設(shè)施所依據(jù)的量水公式中諸多參數(shù)只是理論值，未經(jīng)實(shí)際率定，系統(tǒng)誤差較大，不推薦在末級渠系中使用。

2.2.2 特設(shè)量水設(shè)備量水的主要性能

主要特點(diǎn)：特設(shè)量水設(shè)備測量結(jié)果較為精確，但會對渠道中的水頭造成一定損失。

適用條件：有一定的過水能力；操作、使用、計量、計算簡便可行；明渠上游要有40倍水力半徑的平直段；不能有過大的流速水頭，否則易產(chǎn)生較大的水頭測量誤差。

設(shè)備選型：在常用的堰槽等特設(shè)量水設(shè)備中，長喉槽量水設(shè)施相比其他量水設(shè)施具有水頭損失小、淹沒度高、過泥沙及漂浮物能力強(qiáng)等特點(diǎn)，最適合平原地區(qū)末級渠系明渠量水。

2.2.3 流速儀量水的主要性能

主要特點(diǎn)：流速儀量水測量結(jié)果比較精確，但費(fèi)用較高，并且測量及計算較為費(fèi)時費(fèi)工。

適用條件：測量渠段應(yīng)較為平直、規(guī)整、無障礙；水流條件好，無紊流及渦動、波動現(xiàn)象等。

設(shè)備選型：因流速儀量水計算較為復(fù)雜，測量極為費(fèi)時費(fèi)工，一般只作為其他量水設(shè)施率定校核使用，不推薦其作為灌溉渠系量水設(shè)施使用。

2.2.4 水尺量水的主要性能

主要特點(diǎn)：水尺量水測量方法簡單，容易掌握，因新型水位計的開發(fā)應(yīng)用，便于網(wǎng)絡(luò)智能傳輸。

適用條件：測量渠段平直、穩(wěn)定且渠道比降較大；水流均勻、流速較快。

設(shè)備選型：因水尺量水要求渠段中水流均勻，流速較快，比較適宜渠道比降較大的地區(qū)使用，不適合平原地區(qū)平緩渠道使用。

2.2.5 新型管道量水的主要性能

主要特點(diǎn)：新型管道量水儀器具有測量結(jié)果直觀、精度較高、無額外水頭損失，便于網(wǎng)絡(luò)智能傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。

適用條件：安裝位置前后有較長的平直管道；測量時管道需有滿管水流。

設(shè)備選型：在諸多的新型管道量水設(shè)備中因電磁流量計及超聲波流量計管徑能與被測管徑相同，不會阻礙水流或積聚其他雜物，故用得較多。在實(shí)際選型中因超聲波流量計存在零點(diǎn)漂移及自定義參數(shù)較多的問題，所以在固定式農(nóng)業(yè)供水計量方面用得較少。電磁流量計相對來說性能穩(wěn)定、精度較高，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)供水計量方面使用較多。電磁流量計按原理分有橡膠襯里型、插入型、電磁水表型；按供電方式分有常規(guī)電源型、電池供電型等，均可加裝GPRS通訊模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)自動采集功能。

3 宿豫區(qū)灌溉渠系終端計量設(shè)施的選型與布局

3.1 宿豫區(qū)灌溉渠系終端計量設(shè)施的布局

3.1.1 根據(jù)水源總量控制要求進(jìn)行布局

根據(jù)國家“四部委”文件精神，要求對農(nóng)業(yè)用水試行總量控制和定額管理。為達(dá)到總量控制的目的，需對各控制區(qū)域內(nèi)的灌溉水源出口處設(shè)立量水設(shè)施。宿豫區(qū)在2013年度、2014年度的水價改革項(xiàng)目中，在項(xiàng)目區(qū)的水源地設(shè)立了4處量水設(shè)施。

3.1.2 根據(jù)試點(diǎn)項(xiàng)目區(qū)分類進(jìn)行布局

在宿豫區(qū)水價改革項(xiàng)目中，按照水源類型及土地性質(zhì)，已將項(xiàng)目區(qū)劃分為自流、提水、末級渠系、回歸水利用、土地流轉(zhuǎn)等供水區(qū)。在2013年度、2014年度項(xiàng)目中，五種灌溉區(qū)域內(nèi)共設(shè)置了57處量水設(shè)施。

3.1.3 根據(jù)終端水價考核需要進(jìn)行布局

農(nóng)業(yè)水價綜合改革項(xiàng)目的核心工作是轉(zhuǎn)變用水方式和考核辦法，由傳統(tǒng)的用“大鍋水”轉(zhuǎn)變?yōu)椤翱偭靠刂坪投~管理”。在2013年度項(xiàng)目中的15處量水設(shè)施中有11處是專為終端計量設(shè)置的，在2014年度項(xiàng)目中的42處量水設(shè)施中有37處是專為終端計量所設(shè)置的。

3.2 宿豫區(qū)灌溉渠系終端計量設(shè)施的選型

3.2.1 根據(jù)輸水條件、投資大小選型

宿豫區(qū)地處蘇北平原，各干、支渠首多有提水泵站或開敞式渠首閘對水源進(jìn)行控制，斗、農(nóng)渠首多有涵管式斗、農(nóng)門對水源進(jìn)行控制。在渠道較長、水頭富余度略大、比降大于1∶5000的渠道中可選用長喉槽進(jìn)行量水。而對于渠道短小、水位緊張、流態(tài)不穩(wěn)定，渠首又有較長的涵管式斗、農(nóng)門建筑物時，可選用等管徑的電磁水表進(jìn)行量水。根據(jù)實(shí)際投資測算，在管道直徑小于或等于600mm時，使用電磁水表量水比用長喉槽量水有較大的投資優(yōu)勢，而在管道直徑大于或等于1000mm時，使用長喉槽量水又比用電磁水表量水有較大的投資優(yōu)勢。

3.2.2 根據(jù)供電條件、現(xiàn)場顯示要求選型

在農(nóng)業(yè)灌溉條件方面，大多沒有市電供電電源，在選用各類量水儀表時，要按有無市電電源進(jìn)行適當(dāng)選型。在有市電電源時可選防護(hù)等級略低的IP64級以上、較為經(jīng)濟(jì)的量水儀表；在無市電電源時需考慮選用大容量鋰電池進(jìn)行供電，供電時間不少于3年時間，防護(hù)等級相應(yīng)達(dá)到IP66級以上。另外，優(yōu)先選用具有現(xiàn)場顯示功能的儀表。

3.2.3 按照“高精度、免維護(hù)、低成本”要求選型

一般而言使用傳統(tǒng)常規(guī)計量設(shè)施能將量水精度控制在3%～5%（等同于3.0級～5.0級）之間已經(jīng)比較好了。在宿豫區(qū)水價改革項(xiàng)目中除了3套明渠流量計、8套長喉槽量水儀器的系統(tǒng)量水精度為2.5級外，46套電磁水表量水精度達(dá)到1.0級以上，均能勝任農(nóng)業(yè)供水計量的精度要求。

另外，項(xiàng)目區(qū)中所有量水儀表均具有“免維護(hù)”的特點(diǎn)，可以在野外長期運(yùn)行，極大地降低了管理人員的管理難度，減少了管理量水設(shè)施的工作量。

3.2.4 按照“智能采集、網(wǎng)絡(luò)共享”要求選型

為了更進(jìn)一步減少管理單位的運(yùn)行成本，便于快捷地對計量用水進(jìn)行統(tǒng)計、分析、成本核算，宿豫區(qū)水價改革項(xiàng)目區(qū)中所有量水儀表均依托當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)科技發(fā)展技術(shù)，運(yùn)用GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊，將現(xiàn)場采集的灌溉水參數(shù)智能傳輸?shù)窖b有專用接收處理軟件的服務(wù)器中，并利用專用處理軟件對服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，便于管理單位與用水戶隨時查詢、分析、統(tǒng)計。

4 結(jié)語

宿豫區(qū)農(nóng)業(yè)水價綜合改革基于以上要求首批所選取的57套計量設(shè)施，至今已運(yùn)行3年以上，受到省內(nèi)外諸多市縣的觀摩借鑒，效果良好。為方便各級渠道計量選型，現(xiàn)總結(jié)出計量設(shè)施選型口訣如下：

一看渠水二看電，三看屏顯加曲線；

干支渠首控總量，規(guī)則斗渠長喉堰；

小渠最好電磁表，電池供電方便跑；

選型不光性價比，智能共享有最好