常用流量計簡介及其在大中型灌區節水改造中應用前景分析

李金萍 王 浩

(1、枝江市堤防養護站，湖北 宜昌443002 2、三峽大學 水利與環境學院，湖北 宜昌443002 )

黨的十九大報告提出實施鄉村振興戰略, 強調堅持農業農村優先發展,要體現在公共資源配置上,特別是要加快農田水利、水利設施建設、完善管護運行機制。通過農業水價綜合改革,可以逐步調節城鄉居民生活、農業灌溉、工業生產和生態用水水價，使之基本趨于合理,進一步挖掘年節水能力,明晰水流產權,根治水污染防治。其中，節水灌區改造、量水及用水設施配套，是關鍵環節。

流量計（設施）在實施農業灌區取水計量，分水到戶（田）中發揮著基礎性作用。在灌區節水改造以及農業水價綜合改革中，應用極為廣泛。目前，市場上有多種測量流量的流量計，但它們原理、特點和局限性都不盡相同，沒有一種流量計可以適用所用情況。因此，應用是需要結合當地條件進行合理選擇。本文介紹了灌區節水改造中常見的一些流量計，以期為用戶在選擇時提供理論支撐和基礎性的幫助。

1 常用流量計（設施）

1.1 堰式流量計

堰式流量計是測量明渠流量的一種裝置，其原理為在明渠中安裝流水堰，水流將被堰板攔住而升高水位，并越過堰板。測定越板的水流的水位，根據水位- 流量關系曲線確定下泄流量。常用的堰式流量計有3 類：三角堰、矩形堰和全寬堰。三角堰用于測量小流量；矩形堰用于測量中流量；全寬堰用于測量大流量。堰式流量計價格低廉、使用簡單，因而在明渠流量測量中被廣泛采用。堰式流量計的使用也有局限性。它不能用于帶有固體顆粒的流體，因為這些固體物質會損壞堰口或者沉積在堰板上游，影響流量的測量。

因此，堰式流量計不合適泥沙含量大的水流或灌區。

1.2 纜道測流

由水文纜道、全自動纜道綜合控制臺、纜道綜合信號系統、聯機通信模塊、計算機控制系統等部分組成，集交流變頻調速技術、光柵編碼測距技術、纜道測流技術、纜道無線信號傳輸技術和計算機聯機測控處理及數據整編技術于一體，該系統可以通過計算機控制水文纜道實現全自動、半自動方式對人工、天然河道任意斷面流量監測。

纜道測流精度高，但昂貴的價格限制它的廣泛應用。故此，纜道測流適合于重要斷面的測流。

1.3 梯形喉口無喉道量水槽

由收縮段和擴散段組成，槽底為原渠底，無底坎，兩段之間為梯形喉口。該種量水槽水流邊界變化較為平緩，有效改善小流量時測量誤差和大流量時的水頭損失。該測流設施對地形有一定要求，適合用灌區渠系中的渠道（支渠、斗渠）測流。

1.4 孔板流量計

孔板流量計是將標準孔板與多參數差壓變送器（或差壓變送器、溫度變送器及壓力變送器）配套組成的高量程比差壓流量裝置，可測量氣體、蒸汽、液體等流體的流量，具有結構簡單，維修方便，性能穩定，廣泛應用于石油、化工、冶金、電力、供熱、供水等領域的過程控制和測量。

該測流裝置測試對象為有壓流動，在使用前需將明渠流轉化為有壓流。

1.5 文丘里流量計

文丘里流量計是一種常用的測量有壓管道流量的裝置，屬壓差式流量計，常用于測量空氣、天然氣、煤氣、水等流體的流量。它包括“收縮段”、“喉道”和“擴散段”3 部分，安裝在需要測定流量的管道上,用于測量封閉管道中單相穩定流體的流量。流量測量范圍最大/最小流量比很小，一般在3～5 之間。

該設備具有結構簡單、適用工況范圍廣、易于實時監控等優點,缺點是難以滿足變化幅度大的流量測量。

1.6 均質管流量計

基于皮托管流量計發展起來的一種新型差壓式流量計，通過測量截面多點的流速來獲取截面的平均流速，可以應用于非對稱性流速分布管段的流量測量。

該設備具有結構簡單，安裝方便，價格低廉和節能的優點，在管道中測流效果較好，用于明渠流動測流需經過進一步的改造。

1.7 容積式流量計

利用測量元件, 把流經儀表內的流體,分隔為單個的固定容積部分,并連續不斷地排出。其測量原理類似于一種標準容積的容器,連續地對流體流動的介質，進行固定容積的測量和計算。

容積式流量計，具有對上游流動狀態變化不敏感，可用于高粘度液體的測量，結構復雜，體積龐大，該設備在明渠流動測流中具有廣闊的前景。

1.8 電磁流量計

電磁流量計的測量原理是根據法拉第電磁感應定律測量流速，再測量流通截面液位高度得流通面積，兩者相乘得到所測流量。

優點是壓損極小，可測流量范圍大。精確度較高，可測量電導率≥5μs/cm 的酸、堿、鹽溶液、水、污水、腐蝕性液體以及泥漿、礦漿、紙漿等的流體流量。缺點是，不能測量氣體、蒸汽以及純凈水的流量，同時，儀器精密，價格比較昂貴。

1.9 超聲波流量計

基于傳播速度差法的多聲道結構。其基本原理可以歸納為聲波在流體中順流和逆流的傳播時間差與流體流速成正比。根據接受到的頻率時間差，可計算出流體的流速，采用流速- 面積法得到流量。

優點是，測量準確度很高，幾乎不受被測介質的各種參數的干擾，尤其可以解決其它儀表不能的強腐蝕性、非導電性、放射性及易燃易爆介質的流量測量問題，已在中型灌區有著廣泛的應用。缺點是，價格貴、安裝時對地形有一定要求。

2 討論

2.1 適用性

以上9 種流量計（設施）在當前灌區取水計量工作中，已經有所應用，但是均不同程度的受到限制。堰流式流量計無法適應大流量明渠流動；纜道測流僅適合干支渠；梯形喉口無喉道量水槽對地形要求高；孔板流量計、均質管流量計及文丘里流量計只對管道流效果好；電磁流量計、超聲波流量計價昂貴的價格影響了推廣應用；容積式流量計，結構較為復雜，體積龐大。

2.2 測流原理

從測流原里來看，以上九種流量計可分為：壓力接觸式、無壓接觸式、非接觸式以及容積式。纜道測流、孔板流量計、文丘里流量計、均質管流量計屬于壓力接觸式；堰式流量計、梯形喉口無喉道量水槽屬于無壓接觸式；纜道測流、電磁流量計、超聲波流量計屬于非接觸式；容積式流量計屬于容積式。

2.3 在灌區中的應用現狀及前景

壓力接觸式流量計測流精度高，但是需要的配套設備及相關水流條件也高，適合于重要斷面的測流；無壓接觸式流量設施，造價低，可以在地形滿足要求的灌區干支渠采用；非接觸式是目前應用最受青睞的一種測流計，但價格昂貴，只有部分大型灌區或重要渠首取水計量時采用；容積式流量計目前在灌區中應用較少，隨著技術的進步，將來會有較大應用前景。

測流技術與數據傳輸技術相結合，是今后發展的一個方向，將來會有大發展。

3 結論

流量計發展至今已有一個世紀的歷史，種類繁多，用途廣泛，并且越來越精密。近年來由于電子技術的引入，賦予了流量計自我診斷的功用，更好的性能極大滿足了行業用戶的需求，同時創造了更大的市場空間。在未來流量計自動化程度會更高，可以結合通訊技術讓使用者可以遠程實時獲取現場的流量數據和歷史數據。