農田灌溉明渠水量計量方法與設備的改進探析

阿孜古麗·納思爾丁

摘 要：農田灌溉需要大量的水，明渠設備落后導致農田灌溉水源浪費。采用明確水量計量方式能夠對于農田灌溉進行水量測量，能夠做到計劃用水，節約用水，并且能夠為灌區管理征收水費提供相應的依據。基于此，在本文中對農田灌溉明渠水量計量方法進行研究，分析如何對設備進行技術改進，以促進農田灌溉節水。

關鍵詞：農田灌溉 明渠量 計量方式 設備改進 探析

1.前言

農田灌溉明渠量計量方法比較多，在實際的水量計量環節中，根據實際的情況選擇針對性的水量計量方法。水量計量設備在長期使用下，其性能將會有所降低，進而導致了明渠水量計量失真。對于明渠水量計量設備進行優化改進，在提升農田水量計量準確方面發揮著重要的作用。同時，伴隨著計算機信息技術的研發，更多的計算機技術軟件能夠應用到農田灌溉明渠水量計量中來。因此，在實現明渠水量計量設備改進的基礎上，還需要合理的利用先進技術。

2.農田灌溉明渠水量計量方法

農田灌溉明渠水量的計量，能夠為農業用水調查提供資料，選擇精確的明渠水量計量方法，能夠使得農業用水測量的更加的準確。一般情況下，農田灌溉明渠水量的計量方法有：設備計量、電水轉換法、儀表計量、流速儀計量等。

2.1設備計量

采取設備計量的方式是在農田灌溉中沒有建筑物之處，將量水設備安置在明渠的上游部分，并且與上有的建筑物之間保持者30米以上的距離。在實際的水量測量中常見的設備有：量水堰、量水槽等。量水堰自身為鋼結構，下部分設砼基礎，在堰的上部分設置水位標尺。其中量水堰的結構分為兩種，一種是三角形，另一種是梯形，總體上該種設備的結構比較簡單，并且實際的造價比較低。這兩種結構的量水堰在水流量的測量上精度都比較高，并且能夠在水流落差比較大的渠道上應用也比較廣泛。梯形的量水堰在其水頭的損失上比較少，能夠更好的應用于含沙量比較小的渠道中。

在泥沙比較大的水渠上進行水量測量，可以采用涼水噴嘴，該結構由擋水板和管嘴兩部分組成，長方形的噴嘴在比降比較大的寬淺明渠上應用。

2.2電水轉換法

電水轉換法測量明渠水量，借助電能與水能之間的轉換，利用農灌提水機具，計算出深井潛水電泵的耗電量、電水轉換系數K，計算出農業灌溉用適量。經過查閱資料得出，潛水電泵的流量、功率、揚程之間的關系為：N=2.73QH/，其中N為潛水泵的運行功率，為泵的實際運行效率，H為潛水泵的揚程。由公式可知在潛水泵的功率一定的情況下，機泵流量與揚程之間成反比例，當揚程不同的情況下，機泵的實際流量不同。而電能與水量之間的轉換，主要在于K值，K值受到是潛水泵的深埋深度影響，當潛水泵的深埋深度大于80米時，K平均值為1.2，當潛水泵的深埋深度為60-80米時，K平均值為1.46，當潛水泵的深埋深度為50-60米，則K的平均值為1.68。在K值規律變化中，深井潛水泵消耗電量1千瓦時，出水量小，揚程大。揚程小時，出水量大。

2.3流速儀計量

利用流速儀測量明渠水量，其所得的結果比較精確，但是所消耗的時間比較多，并且所需要計算比較復雜。該種水量方式多應用到無水工建筑環境中。在實際應用中，借助流速儀進行測速，需要在測流橋的配合下實現，一般情況下，測流橋的寬度保持在2米以上，3米以內。在進行測流時，工作人員需要在人行便橋上對選擇斷面進行測定，繪制出流斷面圖。

3.農田灌溉明渠計量設備的改進

3.1流量遙感計量設備的應用

農田灌溉明渠水量計量設備優化，能夠實現水量的精確化計算，以便于實現農田灌溉節水。在水量的監測上，采用流量遙感計量設備。該設備使用使用便攜式和電源獨立的流量儀器來檢測外來水量。其中便攜式測量系統包含PCM變送器、傳感器。NIVUS流量測量采用創新的測量技術，在實際的明渠水量測量上其結果比較精確。并且PCM便攜系統能夠應用于半管、滿貫等環節的水流量測量。對其測量的原理進行分析，水流量Q=V平均.A。A為所測量通道水位截面積，截面積的變化會隨著水位的變化而變化。為了測量出流體的流速，將顆粒物和氣泡作為介質，保持顆粒物和氣泡的流速一致，以超聲波測量法判斷介質的實際流速。

改進流量遙測系統，管理人員需要根據計算機系統的監測數據，隨時調整運行調度計劃，充分的發揮出干渠的輸水能力，將實際的輪灌時間縮短，并且有效的節約水資源。

3.2明渠水量計量器的改進

伴隨著電子技術以及微處理機技術的發展，能夠用于測量水庫、河道水位的儀表已經有了一些較為成熟的定型產品，但是能夠真正用于農田灌溉明渠輸水量測量和計量的定型產品并不多。目前，國外的測量儀表也基本上已渠道水位和流量為目標，對于水量分析甚少涉及。南京水利科學院研制出適合灌溉渠水量測量的計量設備，該種技術設備在實際應用中具有較好的量水精度，在價格上也比較合理，并且能夠應用與不同類型的渠道體型種。明渠測流槽上具有排沙能力強、測量精度高以及施工方便的特點，水量計量主要由進口段、槽壁平行喉道、擴散出口段三部分組成。在明渠水量上游測點位置上和下游測點上需要留有一定長度的平直段，該平直段主要是負責進行渠道體型尺寸和水流特性的實際測定。

明渠水量計量裝置主要由水位測量傳感器、標準測流槽、水量計以及打印機等部分。水位傳感器的形式以浮子非碼盤絕對測量為主，按照所預定的采集測量周期，對系統中實時采集來的數據進行列表輸出。水量計的主機硬件設計采用的是美國51單片機系列，在系統邏輯控制以及數據采集處理上優化很多。該水量計的功能有三：第一，能夠實現開明渠水量的實際測量，測量精度較大。第二，能夠計算出明渠上瞬時流量。第三，能夠實現明渠累計水量的測量，經過單片機的處理，得到瞬間流量和累計水流量、水位、流量、等參數。

4.農田灌溉明渠自動量水系統設計

4.1硬件設計

在進行農田灌溉明渠自動量水系統的設計中，硬件設計上主要包含了傳感器設計、主控制器電路設計、電源模塊電路設計、信號采集模塊電路設計、現實部分電路設計、通信接口電路設計等。其中傳感器的設計在比較關鍵，在該農田灌溉明渠自動量水系統中，所選用的傳感器為毫米級數字式水位傳感器，該傳感器在水量測量中的應用能夠起到比較好計量工能，經過多個檢測點的設置，對多路檢測電路進行電壓比較，然后進行奪路選擇電路的運行，在微處理器的驅動下，實現數據變送輸出電路的功能。在檢測-電壓比較電路部分的設計中，以電壓比較器為核心設計電路，完成檢測點的確定，并且輸出相應的數字信號“0”或者“1”。微處理器部分是整個傳感器的數據處理和控制中心，能夠完成對于多路模擬開關的控制，并且對于數據進行處理。

在主控制器的電路設計上，單片機的選擇更具水量測量系統中傳感器的使用環境以及能耗的要求，從工作電壓、性能、運行速度、抗干擾性等多方面進行分析，一般可以選擇MSP430系列單片機。

4.2軟件設計

對于明渠自動量水系統的軟件系統進行研究，包含軟件設計語言、信息采集部分的軟件設計、顯示部分的軟件設計、主程序的軟件設計。以水利信息采集部分的軟件設計為例進行分析，在毫米級的數字式水位傳感器的信號采集上，通過MSP430F149單片機的IO完成，單片機只需要檢查輸出電路信號是否為標準電平即可。當其輸出為數字信號時，單品只需要判斷IO口的輸入信號情況，基于這樣的判斷方式將模數轉換過程省略，并且降低了實際工作量。

5.結論

綜上所述， 農田灌溉明渠水量的計量，能夠為農業用水調查提供資料，選擇精確的明渠水量計量方法，能夠使得農業用水測量的更加的準確。一般情況下，農田灌溉明渠水量的計量方法有：設備計量、電水轉換法、儀表計量、流速儀計量等。在本文中對于農田灌溉明渠水量計量的設備進行研究，如，在水量的監測上，采用流量遙感計量設備，該設備使用使用便攜式和電源獨立的流量儀器來檢測外來水量。并且對先進的水量計量軟件設計進行分析。

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