通用智能流速儀計數(shù)器在位山灌區(qū)支渠測流的應用

張體剛

(山東省聊城市位山灌區(qū)管理處，山東 聊城 252000)

1 灌區(qū)及測水工作現(xiàn)狀

位山灌區(qū)以自流灌溉為主，閘首設計引水流量240 m3/s，加大流量380 m3/s，現(xiàn)有跨鄉(xiāng)(鎮(zhèn))的分干渠53條，總長797 km，支渠825條，總長5 100 km，控制聊城7個縣(市區(qū))和3個市屬開發(fā)區(qū)89個鄉(xiāng)(鎮(zhèn))大部分耕地灌溉任務。屬于半干旱半濕潤大陸性氣候，降水時空分布不均，人均水資源占有量僅203 m3，為全省人均占有量的2/3，是全國人均占有量的1/10，屬于水資源貧乏區(qū)。灌區(qū)可供水量主要是黃河水，近年來黃河河底下切，造成引水困難，供需矛盾已制約了灌區(qū)的發(fā)展。要解決這一矛盾，就要提高測流精度，提高水的利用率，提高灌溉管理水平，在灌區(qū)內(nèi)大力推行節(jié)約用水。

復灌以來，灌區(qū)一直重視測水工作，干渠測站引進全自動纜道測流系統(tǒng)。但由于歷史原因，支渠建設一直較落后，渠系配套不完善，測流設備跟不上，造成支渠量水測水精度不高，誤差較大。事實證明，這種傳統(tǒng)灌溉測流已不能與建設全國一流的現(xiàn)代化新型生態(tài)灌區(qū)相適應，不能為農(nóng)業(yè)灌溉計劃用水、按方收費,提供翔實數(shù)據(jù)。為進一步加強灌溉用水管理，促進節(jié)約用水，提高灌水質(zhì)量和灌溉效率[1]，為定額供水、合理配水、計量收費等提供可靠數(shù)據(jù)，位山灌區(qū)對支渠量水設施進行了全面升級更新。

2 概要及測量原理

XZ-3型通用智能流速儀計數(shù)器是為測流專門研制的新型測速儀器，適用于0.01～9.999 m/s，測算誤差≤0.01%，溫度范圍在-10℃～50℃。組成部分有RS232通訊口、顯示器、單片機、存儲和時鐘電路、信號接收電路、可充電電池及可調(diào)用數(shù)據(jù)的軟件。儀器可單獨使用，也可組合LS1206B型旋漿式流速儀成套使用，各種信號是由轉(zhuǎn)子流速傳感器所產(chǎn)生，并被接收，具有存儲功能，隨時可以查閱、調(diào)取資料。

流速儀工作時，在水流作用力驅(qū)動下，葉漿產(chǎn)生回轉(zhuǎn)，同時帶動其內(nèi)部轉(zhuǎn)子系統(tǒng)同步旋轉(zhuǎn)，使裝置轉(zhuǎn)子上的磁鋼激勵干簧管產(chǎn)生通斷信號。然后，可依據(jù)其在單位時間內(nèi)產(chǎn)生的信號總數(shù)，由以下公式計算出V值：

式中：V為時段內(nèi)平均流速，m/s；b為槳葉水力螺距，m；a為流速儀常數(shù)，m/s；T為測流歷時，m；N為T時段內(nèi)的總轉(zhuǎn)數(shù)。

3 操作技術(shù)

儀器的操作使用主要由測量操作、測量狀態(tài)顯示、存儲狀態(tài)顯示、設置操作、查詢操作、通訊等幾大項組成。再配合LS1206B型旋漿式流速儀、CG16-1型測桿共同完成整個測流。

儀器共有7個功能鍵，見圖1。流速儀計數(shù)器參數(shù)(信號型式、信號周期、a值、b值)在設定完成后，裝上流速儀，接儀器無芯航空插座，便自動連通電源，顯示屏顯示測量、查詢、設置功能，光標默認在測量位置，按“換屏/確認鍵”進入垂點、延時、歷時等界面，按“位移”和“置數(shù)”鍵進行垂點、歷時(60 s或100 s)設置；在確認置數(shù)準確后，按下“換屏/確認鍵”進入測速狀態(tài)，歷時和流速信號數(shù)開始滾動，待歷時達到設定值時，流速數(shù)據(jù)已經(jīng)自動計算出來，同時會有報警聲，提示測流員是否保存當前流速數(shù)據(jù)，可按“置數(shù)”鍵進行選擇，測量完成。接上通訊插頭，連接計算機串口，存儲區(qū)數(shù)據(jù)發(fā)送回計算機，自動生成Excel表。

圖1 功能鍵示意圖

4 對比施測流量

以位山灌區(qū)牛王支渠為例，牛王支渠是襯砌渠道，測點斷面為矩形，長寬為固值。在同一時間、同一地點、同一水位、水流平穩(wěn)情況下，使用XZ-3型通用智能流速儀計數(shù)器施測流量，傳統(tǒng)灌溉測流施測流量資料30份，最大流量4.86 m3/s，最小流量0.50 m3/s，基本控制了該支渠歷年來的流量變化。然后將兩種方法施測流量數(shù)據(jù)對比分析，見表1。Q1表示XZ-3型通用智能流速儀計數(shù)器施測流量，Q2表示傳統(tǒng)灌溉測流施測流量。

表1 測流流量對比數(shù)據(jù)表

續(xù)表1

由表1中數(shù)據(jù)可以計算出兩者流量誤差：

1) 系統(tǒng)誤差(%)：

X均=-3.09/30=-0.10

2) 標準差(%)：

3) 隨機不確定度(%)：4.36

通過分析可知，系統(tǒng)誤差X均=-0.10% ，隨機不確定度未超出5%，滿足《河流流量測驗規(guī)范》(GB50179-1993)要求，XZ-3型通用智能流速儀計數(shù)器測流數(shù)據(jù)偏離程度比較小，施測流量數(shù)據(jù)可以作為灌區(qū)計量供水收費的重要依據(jù)[2]。

5 應用效果

5.1 自動化程度高

就支渠原始測流法而言，一個測流的過程至少需要3至4人配合完成，一人操作設備，一人查看時間，一人記錄數(shù)據(jù)，在需用時間上更是不定。而該智能設備的使用實現(xiàn)了流速的自動采集、計算、傳輸、生成Excel表，還可以根據(jù)需要輸出斷面流速分布。現(xiàn)在最多2個測流人員進行操作設備幾分鐘就可以獨自完成全部工作，操作簡單，穩(wěn)定可靠，適用性強，同時大大減輕了枯燥繁瑣的重復勞動，提高了工作效率。

5.2 測流精度得到提高

該設備運用前，測深流速憑秒表掐時、套用公式手算，運行系統(tǒng)為可控制，施測流量數(shù)據(jù)誤差較大；該儀器啟用后，實現(xiàn)了流速計算自動化，消除了人為因素帶來的誤差和老式測流設備存在的遲頓問題，縮小了儀器自身誤差，全面提高了測、報、整、算等整個測流過程精度[2]。

5.3 實現(xiàn)了節(jié)約用水

和以往相比，能夠在最短時間里完成測流，得到支渠流量的大小，并且把數(shù)據(jù)反饋于灌區(qū)，使灌區(qū)能夠及時掌握，合理分配、調(diào)控水資源，避免了支渠取水、配水流量的忽大忽小，從而將支渠水的有效利用系數(shù)提高3至10個百分點，年節(jié)水達30×104m3，達到優(yōu)化配置、高效利用的目的，對有效控水、科學管水、節(jié)約用水有極其重要意義。

6 結(jié) 語

新時代需要有新觀念來看待支渠管理的諸多問題。傳統(tǒng)灌溉測流已不能繼續(xù)支撐位山灌區(qū)綠色持續(xù)健康發(fā)展，灌區(qū)在應對未來水資源短缺的主要策略就是提高測流精度，合理分配水資源，用最少水來澆灌最多農(nóng)田，節(jié)約用水。可見，建設支渠測流信息化是新時代灌區(qū)發(fā)展的要求。