量水設備在灌區管理中的應用

王麗君 張 磊 陳方亮

量水設備在灌區管理中的應用

王麗君 張 磊 陳方亮

一、灌溉用水管理

灌溉用水管理是整個灌溉管理工作的中心環節。用水管理工作的好壞，直接影響灌溉工程的效益和農業的增產。用水管理的主要任務是實行計劃用水，因此各控制點的量水工作就顯得尤為重要。主要包括檢查量水建筑是否完整，量水設備是否齊全、精確，特別要做好各級量水員的技術培訓工作，使其掌握各種量水方法。

農業灌溉用水應安裝供水計量設施，推進農業用水計量收費。灌區支渠口以上（含支渠口）由供水管理單位安裝計量設施，支渠口以下由用水戶安裝。供水和用水雙方應現場核定水量，用水戶按照用水量和實際受益面積向供水工程管理單位或工程經營者繳納水費。供水管理單位應加強計量設施自動化建設，逐步實現供用水管理信息化。

二、排水管理

在灌區中，排水管理和灌溉管理同等重要。如果重灌輕排，不僅灌溉達不到預期的增產效果，而且會引起地下水位上升，導致土壤鹽堿化或使作物遭受漬害。地下水鹽動態的觀測和分析，是評價排水系統是否正常工作的重要手段，也是進行灌區水量平衡不可缺少的依據。為了定期監測地下水位和水質的變化情況，在灌區應設置觀測井網。在明溝的出、入口處也要安設量水設備，定期測定溝中的流量和水質。

三、灌區量水設備選擇的基本要求

1.準確度高

設置特設量水設備時，均需縮窄渠道，這樣勢必影響渠道的過流能力，使得量水設備上游的水位抬高。因此，必須充分估計可能影響的范圍，并且要復核渠道兩側頂高程。量水設備應具有一定的量水精度和準確度，以滿足需求為原則；測算要簡捷，觀測和計算要簡單，水頭損失要小，測流范圍要大。

2.適應性強，造價低廉，施工簡易

量水設備應與渠道的過流能力相適應，應盡量利用當地建筑材料建造，造價太高或施工太復雜的型式都不宜采用。

3.量水設備不能阻礙漂浮物行進，靈敏度要高

渠道中水草等雜物常常浮于表面，如遇量水設備阻擋，將越積越多，若不及時處理，不但影響測流精度，還可能因過流能力降低而抬高上游渠道水位，危急渠道及農田的安全。同時量水設施應具有適當的靈敏度，能夠正確及時感知水情變化。

4.量水設備經久耐用、不易損壞，抗干擾能力強

量水設備受到人為或自然破壞的現象并不鮮見，如薄壁堰的堰頂存在缺口，就不能應用；自動觀測設備中受雷擊破壞等。量水設備受破壞后會影響量測精度，從而無法正確計量，同時還應具有抗水質、水溫、泥沙等影響的能力。

5.觀測簡單易行、便于群眾掌握

灌區末級渠道往往距灌區管理單位較遠，灌區技術人員可能難以顧及，觀測一般要由群眾參加，限于群眾專業技術水平，不宜采用較難的觀測方法。

四、灌區的主要量水設施

1.利用水工建筑物量水

利用水工建筑物量水是較為經濟、簡便、避免二次水頭損失的量水方法，在有可能用水工建筑物量水的地方，應優先考慮使用。其原理為通過量測過水建筑物上下游的水位，根據不同流態的流量計算公式，選用適當的流量系數，推求出過水流量和累計水量。其優點是既可減少因灌溉系統設置量水設施所產生的水頭損失，又可節省大量附加量水設備的建設費用。因此，若流量系數經過率定達到一定精度，應盡可能利用水工建筑物量水。常用的量水水工建筑物有閘涵、渡槽、虹吸、跌水等。

利用涵閘量水，只要在放水閘門或涵管處安設水尺，測得相應水位；利用渡槽量水，在渡槽進、出口和中間槽壁上各設一個水尺，水尺的零點與該處槽底高程相平；利用倒虹吸量水，水尺應安設在倒虹吸上下游距進出口各約4倍渠道正常水深處，上下游水尺零點與進口底緣相平；利用跌水量水，水尺應安設在建筑物上游3～4倍渠道正常水深處，水尺零點與跌水底坎相平，以便直接讀出上游水頭。利用水尺測量出各建筑物上下游的水位后，即可根據水力學原理，求出相

應流量。

2.利用特設量水設備

特設量水設備是專門為量水而設立的，不作他用。一般分為量水堰和量水槽兩類。

量水堰分為薄壁堰、寬頂堰、實用堰，量水槽分為長喉道量水槽以及短喉道量水槽。比較常用的薄壁堰量水堰包括三角堰、矩形堰、梯形堰；短喉道量水槽包括巴歇爾量水槽、無喉道量水槽等。一般由行進渠槽、量水建筑物和下游段三部分組成。通過量水建筑物主體段過水斷面的科學收縮，使其上下游形成一定的水位差，從而得到較為穩定的水位流量關系，不可避免地會帶來一定的水頭損失，使用時應根據具體邊界條件和不同的精度要求，選擇相應的特設設備。其優點是制作成本低廉、直觀、技術容易掌握，管理費用和運行費用較低。缺點是難以做到實時讀數，人工強度大，人為誤差大，動態信息不能即時掌控，時段流量和累計流量計算較麻煩，難以做到信息的自動傳輸、存儲。

3.利用儀表類工具進行量水

灌區內輸水渠道以及排澇河道的流量信息采集，最基本的就是過水深信息采集，水深數據獲得之后，通過各種堰流公式或渠道斷面形式的流量計算公式或者是直接采用流量計就可以得到流量信息。計量計算的依據主要是采用水位—流量關系法和流速—面積法，利用的儀器主要有水位傳感器、流量計以及流速儀。

常用的水位傳感器有3種：超聲波水位計、投入式水位計和浮子水位計。

流量計的優點是結構簡單、量測直觀、計量簡便、能累計水量。此類設備對過水斷面有兩個要求：一是必須規則標準、容易計算面積；二是必須滿管出流，出水口被下游最低水位所淹沒。其缺點是易被渠中水草等雜物纏繞。

流速儀測流可以不改變渠道布置、不設任何建筑物，但對測流斷面選擇要求較高，要求渠段平直、水流均勻、無漩渦和回流，水流方向與斷面垂直等。由于流速測點多，測量繁雜，不宜經常使用，通常用于其他測量方法的流量系數率定。

五、結語

在灌區中，排水管理和灌溉管理同等重要，是實行計劃用水和準確引水、輸水、配水、灌水和排水的重要手段。灌區配套量水設備是節約灌溉用水、提高灌水質量和灌溉效率的有力措施，在合理分配灌溉水量、加強灌區計劃用水、定期測定排水溝流量等方面有著不可或缺的作用，只有因地制宜，才能充分發揮其各自的最大效益■

（作者單位：徐州市水利建筑設計研究院 221000）