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(jì)南 250014）

隨著現(xiàn)代化灌區(qū)建設(shè)的需求和農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革工作的推進(jìn)，灌區(qū)量測(cè)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(guó)家規(guī)范為依據(jù)，廣泛吸收國(guó)內(nèi)灌區(qū)測(cè)水量水、自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，采用國(guó)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(cè)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(yàn)中心站內(nèi)，占地8000m2（80m×100m），由監(jiān)控室、量水試驗(yàn)區(qū)、視頻監(jiān)控和管理平臺(tái)組成。

量水試驗(yàn)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(wú)壓流（不滿管）超聲波流量計(jì)、機(jī)井“水電雙控”裝置、激光明渠流量計(jì)、電磁管道流量計(jì)和超聲波流量計(jì)等幾十種先進(jìn)實(shí)用的量水測(cè)控技術(shù)手段，采用物聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和INT/GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)刃畔⒒夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)灌溉量水的遠(yuǎn)程測(cè)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控和視頻監(jiān)控功能，工作人員可通過(guò)LCD液晶顯示屏、電腦、手持式移動(dòng)終端和手機(jī)，查看各量水設(shè)施的水位、瞬時(shí)流量和累積流量等數(shù)據(jù)，以及測(cè)控一體化閘門、水電雙控裝置和管段測(cè)控一體化流量計(jì)等設(shè)備。監(jiān)控室配置65英寸LCD顯示屏1臺(tái)、筆記本電腦1臺(tái)和50M光纖專線寬帶1條。視頻監(jiān)控配置高清數(shù)字球機(jī)2臺(tái)，“無(wú)死角”觀察試驗(yàn)場(chǎng)全貌，配置高清數(shù)字可調(diào)焦槍機(jī)4臺(tái)，分別觀察4條明渠的情況，以及相應(yīng)的無(wú)線網(wǎng)橋、交換機(jī)和硬盤錄像機(jī)等設(shè)備。

1.2 量水試驗(yàn)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(cè)控一體化”平板閘，依次建設(shè)巴歇爾量水槽、無(wú)喉道量水槽、長(zhǎng)喉道量水槽和跌坎量水共4個(gè)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(jī)翼型量水堰共4個(gè)量水設(shè)施。

3）U型渠。出平水塔一定距離安裝1個(gè)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(gè)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(gè)閘閥，依次建設(shè)涵管無(wú)壓流（不滿管）量水、閘閥（可調(diào)整流量，改變涵管中的過(guò)水流態(tài)）、倒虹吸量水，通過(guò)倒虹吸與下游的土渠相連接，在土渠上選擇一個(gè)人工量水?dāng)嗝妫O(shè)定水位標(biāo)尺，人工率定確定H-Q曲線，通過(guò)人工測(cè)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(gè)球閥，依次安裝水電雙控測(cè)控柜、插入式超聲波流量計(jì)、外夾式超聲波流量計(jì)、卡式超聲波流量計(jì)、灌溉水表和管段式遠(yuǎn)程測(cè)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(guò)水量。

1.3 軟件平臺(tái)

基于山東省水利信息化綜合管理平臺(tái)框架下的農(nóng)田灌溉量水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由SL系列遠(yuǎn)程量水測(cè)控終端、激光水位計(jì)、激光閘門開度儀、多普勒雷達(dá)流速儀、超聲波流量計(jì)、量水堰槽和太陽(yáng)能供電裝置等構(gòu)成遠(yuǎn)程量水測(cè)控系統(tǒng)，將物聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、測(cè)水量水、激光測(cè)量、通信和智能控制等技術(shù)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)模擬對(duì)河道、明渠、涵管、泵站、機(jī)井和供水管網(wǎng)的遠(yuǎn)程用水監(jiān)測(cè)、計(jì)量、統(tǒng)計(jì)、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(qiáng)的擴(kuò)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(cè)控一體化系統(tǒng)

系統(tǒng)由閘門遠(yuǎn)程量水測(cè)控終端、激光水位計(jì)、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(guò)對(duì)閘門上、下游水位和閘門開度的監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)分析，結(jié)合水力學(xué)公式可計(jì)算出過(guò)閘斷面流量，獲得水位過(guò)程曲線、瞬時(shí)流量曲線、累計(jì)水量等灌溉特征指標(biāo)。

2.2 明渠量水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

系統(tǒng)由測(cè)流堰槽、激光量水監(jiān)測(cè)終端和太陽(yáng)能供電裝置組成，使用激光量水監(jiān)測(cè)終端進(jìn)行量水，通過(guò)對(duì)測(cè)流堰槽上、下游水位的監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)分析，自動(dòng)判別測(cè)流槽內(nèi)水的流態(tài)，根據(jù)不同流態(tài)分別精確計(jì)算流量，獲得水位過(guò)程曲線、瞬時(shí)流量曲線、累計(jì)水量等灌溉特征指標(biāo)。采用激光非接觸式量水，測(cè)量精度高，使用壽命長(zhǎng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。可通過(guò)軟件平臺(tái)、手持式移動(dòng)終端或手機(jī)APP顯示、設(shè)置和控制流量、水量、電量以及測(cè)流點(diǎn)的工作狀態(tài)等指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

2.3 泵站、機(jī)井量水測(cè)控一體化系統(tǒng)

系統(tǒng)由超聲波流量計(jì)、遠(yuǎn)程量水測(cè)控終端、射頻供電裝置等組成。特點(diǎn)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(shí)長(zhǎng)和起止時(shí)間等參數(shù)實(shí)現(xiàn)智能控制，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。采用國(guó)際創(chuàng)新的雙頻全息時(shí)間測(cè)量技術(shù)，高響應(yīng)超聲波測(cè)量核心技術(shù)采樣速率高達(dá)256次/s，可實(shí)現(xiàn)測(cè)量值±0.5%誤差內(nèi)的高精度測(cè)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(jì)、涵管量水監(jiān)測(cè)終端、供電裝置組成的輸水涵管量水系統(tǒng)，自動(dòng)判別管內(nèi)水的流態(tài)，可對(duì)實(shí)時(shí)檢測(cè)到的水流速度和水深變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和修正，從而獲得較為精確的測(cè)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)是可同時(shí)滿足有壓流和無(wú)壓流不同流態(tài)的流量測(cè)量。

2.5 輸水管網(wǎng)分布式量水測(cè)控一體化系統(tǒng)

系統(tǒng)由分布式管道量水測(cè)控主機(jī)、無(wú)線量水一體化測(cè)控終端和射頻供水裝置組成，可對(duì)灌溉水量及時(shí)間等信息遠(yuǎn)程采集與分析處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸水管道（口）的遠(yuǎn)程量水與控制。主要特點(diǎn)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(guò)電腦、手持信息終端或智能手機(jī)，遠(yuǎn)程監(jiān)控灌溉。在自動(dòng)模式下，可按照預(yù)先設(shè)定的灌溉時(shí)間和水量（或時(shí)長(zhǎng)）自動(dòng)進(jìn)行灌溉；在手動(dòng)模式下，工作人員可通過(guò)測(cè)控機(jī)面板的按鍵進(jìn)行灌溉控制。

3 結(jié)語(yǔ)

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(cè)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(yàn)場(chǎng)，具備技術(shù)驗(yàn)證、工程模擬、設(shè)備率定等多種用途，設(shè)計(jì)理念和技術(shù)參數(shù)達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，對(duì)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。