磁致伸縮水位流量監(jiān)測系統(tǒng)在大型灌區(qū)的應用

范琳

【摘要】基于物聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)網(wǎng)無線智能磁致伸縮水位流量計是一種用于渠道水位測量，并能進行流量統(tǒng)計的儀器。通過在疏勒河流域昌馬灌區(qū)的應用，可以有效實現(xiàn)對灌區(qū)末級渠系斗口的實時水位、流量及用水量的測量，為灌區(qū)用水管理、水權分配、陽光水務及信息化建設提供了技術支撐。

【關鍵詞】無線遠程水位流量監(jiān)測；末級渠系管理；水利信息化；灌區(qū)應用

1、疏勒河灌區(qū)測量水現(xiàn)狀

1.1灌區(qū)概況

疏勒河流域位于河西走廊西端，全長670km，多年平均地表水資源總量10.82億m3，與地表水不重復的地下水資源量0.52億m3，水資源總量11.34億m3，人均水資源占有量2172 m3，畝均水資源占有量555 m3。

1.2灌區(qū)用水管理模式現(xiàn)狀

疏勒河灌區(qū)經(jīng)過多年大規(guī)模水利工程建設，尤其是疏勒河綜合開發(fā)項目的建成，形成了以蓄、引、調(diào)、排為主的骨干工程體系。2015年農(nóng)業(yè)灌溉用水9.6億m3。

在此前提下，采用傳統(tǒng)的灌區(qū)灌溉用水計量主要由水管人員與用水戶協(xié)會依據(jù)現(xiàn)場觀測水位～流量曲線圖表，換算成灌溉用水量，并依據(jù)灌溉用水量收取水費。由于用水戶協(xié)會及農(nóng)民用水戶經(jīng)常對觀測的用水量準確度不是很認可，并且時時人工到達較遠渠道現(xiàn)場觀測工作強度較大。灌區(qū)急需一種既能符合野外無電、無管理房，又能滿足灌區(qū)渠道精確實時水位、流量及用水量的量測水設備，有效減輕水管人員和用水戶協(xié)會人員工作強度及解決廣大用水戶對“人工”測量的用水量不認可的問題。

2、磁致伸縮水位流量計設備安裝及運用分析

基于物聯(lián)網(wǎng)的無線智能磁致伸縮水位流量計是一種適合末級渠系量測水的非常有效的量測水設備，圓滿的解決了末級渠道野外無電、無管理房的現(xiàn)實條件，又能有效的實現(xiàn)實時計量的難題。

2.1主要技術特點：

（1）遠程控制，無人值守。可嵌入各種渠道類型的流量計算參數(shù)。

（2）觀測誤差小，使用費用低。該儀器觀測水位誤差為±1mm，只需要一張SIM卡，即可完成其各個功能，而其費用主要是GPRS流量，采用普通的包月方式即可滿足需求。

（3）特低功耗，無需外部供電，采樣時間短，非采樣時功耗極低，自帶鋰電池可滿足長時間工作需求。

（4）內(nèi)置實時時鐘，可以準確記錄采樣時刻的時間。

（5）實現(xiàn)遠程不定時查詢渠道配水情況，具備定時上報、應答上報和疑似故障水位自動上報。

（6）具備數(shù)據(jù)補錄功能，設備數(shù)據(jù)因為SIM卡欠費或者其他因素不能正常上報，恢復正常后可以通過上位機選擇補錄數(shù)據(jù)的范圍進行數(shù)據(jù)補錄。

2.2水位流量計的安裝及防護

（1）磁致伸縮水位計安裝于渠道旁豎管內(nèi)，豎管與渠道通過旁通管將水流連通。如果遙測水位計的量程與渠道設計的最高水位相當，則安裝時，以遙測水位計的零點水位為參考點，遙測水位計的零點必須與測井的零點一致，以此來確定安裝支架的位置；如果遙測水位計的量程小于渠道設計的最高水位，則以遙測水位計的測量上限為參考點，遙測水位計的測量上限必須與渠道的最高水位一致，以此來確定安裝支架的位置。

（2）遙測水位計支架安裝過程中產(chǎn)生的水位誤差，可通過水位校準功能來修正。

（3）由于水位流量計應用于野外，為防止人為對水位流量計的破壞，應設置必要的保護裝置。由于測井設置在渠道旁，井內(nèi)有旁通管與渠底連通，水位流量計也在測井內(nèi)，測井頂部設計有鋼板蓋和鎖栓，平時鎖上蓋板即可。這種防護設計即能滿足水位流量計施測安裝技術要求同時也兼顧了防盜防破壞的功能。

2.3數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、應用

水位流量計的數(shù)據(jù)傳輸采用無線傳輸網(wǎng)絡進行。只要手機信號覆蓋區(qū)域，均可用SIM卡對水位、流量作實時、定時傳輸。可通過安裝智能手機端的APP應用程序或手機短信實時對水位流量計進行數(shù)據(jù)的傳輸和參數(shù)的設置。

渠道水量計算的關鍵是水位—流量關系曲線。渠道水量可根據(jù)采集的水位和水位—流量曲線進行水量的累積計算并可以直接顯示。采集數(shù)據(jù)經(jīng)傳送至中心服務器接收處理后將采集的水位及計算的流量、用水量數(shù)據(jù)在磁致伸縮水位流量計網(wǎng)絡監(jiān)測終端顯示、存儲、也可任意導出匯總。網(wǎng)絡監(jiān)測終端可直接顯示、存儲每臺水位流量計的實時數(shù)據(jù)；歷史數(shù)據(jù)查詢，可按天按時段任意查看統(tǒng)計導出；水位過程線。為了方便水管人員及廣大用水戶還開發(fā)了智能手機端APP應用程序，用水戶除了能在互聯(lián)網(wǎng)電腦終端查看水情外，更可方便的隨時實地用手機進行實時水位流量查看。

3、磁致伸縮水位流量監(jiān)測系統(tǒng)應用

2016年8月實施了疏勒河灌區(qū)信息化系統(tǒng)斗口水量實時監(jiān)測系統(tǒng)建設項目，完成斗口磁致伸縮水位儀計量點133套，共計198個斗口監(jiān)測計量點，91萬畝農(nóng)田灌溉用水實現(xiàn)了自動觀測和斗口水情遠程實時在線監(jiān)測，水管人員、灌區(qū)用水戶均可通過終端查閱實時用水量和歷史水情。

長期以來，灌區(qū)在末級渠系管理上屬于最難的一個環(huán)節(jié)，點多面廣、渠道眾多，計量難度極大，雖然做過多種嘗試，但是成效并不明顯。

而基于磁致伸縮水位計的斗口水位流量監(jiān)測系統(tǒng)安裝運行后，一是提高了灌區(qū)管理水平，用水管理實現(xiàn)了信息化模式轉(zhuǎn)變。通過座談和簡單的培訓，協(xié)會管水人員隨時隨地通過手機或電腦上網(wǎng)，就可以在線查看各渠道實時水位流量信息，得到了協(xié)會管水人員和農(nóng)戶的認可；二是減輕了水利職工的勞動強度。基層一線職工通過電腦、手機隨時掌握各渠道水情，不用到現(xiàn)場便可完成相關工作任務；三是促使灌區(qū)“陽光水務”活動進一步深化。更加有利于灌區(qū)用水戶和社會各界人士監(jiān)督灌區(qū)的水事活動，使“陽光水務”更加公開、透明；四是不論是實行最嚴格水資源管理制度，加快實現(xiàn)斗口實時準確計量系統(tǒng)，全面實現(xiàn)斗口準確計量是水權分配制度建設的基礎性工作。

4、結語

該系統(tǒng)采用先進的磁致伸縮傳感器和最新微控制器和無線通訊模塊，自動采集渠道運行過程中水位數(shù)據(jù)，并通過標準的巴歇爾量水堰得出的水位流量關系曲線準確的計算出實時流量數(shù)據(jù)和用水量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡管理的測量水管理。通過在疏勒河灌區(qū)逐步推廣應用，該系統(tǒng)不但測量數(shù)據(jù)連續(xù)、精確，而且所采集的水位、流量、用水量統(tǒng)計也非常方便存儲、查詢、導出等應用，這也為灌區(qū)末級渠系管理、水權分配及水利信息化建設提供了技術支撐。