簡述滁州市南譙區農業灌區取水監測設計

李松

（1.安徽省（水利部淮河水利委員會）水利科學研究院（安徽省水利工程質量檢測中心站），安徽 合肥 233000；2.安徽省大禹水利工程科技有限公司，安徽 合肥 233000）

1 滁州市南譙區農業灌區取水監測概況

滁州市南譙區位于皖東中部，地跨淮河流域和長江流域，境內河流眾多，水系發達。全區現建有大型灌區1 處為駟馬山灌區，灌溉面積16.43 萬畝；中型灌區3 處，沙河集水庫灌區、獨山灌區、紅石溝灌區，灌溉面積5.63 萬畝；非農村集體經濟組織的小型灌區20 處，灌溉面積5.95 萬畝；屬于農村集體經濟組織的小型灌區128 處，灌溉面積8.44 萬畝。

經過近十年的建設，南譙區已基本完成規模以上非農取水口的取水計量在線監測工作，數據均傳輸至安徽省水資源管理平臺。非農業取水監測體系的初步建成，為南譙區水資源管理工作提供有效支撐，提高了管理工作效率。但農業取水監測還未正式開展，為進一步提高南譙區水資源監控能力，提升水資源精細化管理水平，需要進一步開展農業灌區取水監測工作，達到提高水資源管理效率的目的。

2 進一步開展灌區取水監測的必要性

由于取水監測點位置一般較為分散，僅依靠人力實現高水平管理非常困難，只有借助科技手段，實現遠程在線監測，才能進一步提高信息質量，讓水資源調配工作變得更加合理，讓水資源管理制度的考核工作變得更加真實有效。同時根據節水型社會評價標準，滁州南譙區農業灌溉用水計量率（有計量設施的農業取水口灌溉取水量占灌溉總取水量的比例）應不小60%。開展灌區取水自動監測建設可為滁州市南譙區的農業水價綜合改革提供水量數據支撐，為南譙區農業水價綜合改革做好試點，積累經驗，發揮示范帶動作用，有利于農業水價綜合改革的進一步推廣。

3 總體結構設計

灌區量測水監測系統主要由信息采集、傳輸網絡、存儲管理、業務應用以及應用交互五個層面和信息安全體系構成，組網方式為星型網絡拓撲結構。通過在省水資源取水監測平臺部署采集軟件，灌區監測點數據直接發送至安徽省水資源實時監測與管理系統平臺，滁州市南譙區水利局通過水利骨干網直接訪問平臺，下屬管理所通過授權訪問的方式進行。

1）信息采集層。該層面的主要作用是對每個取水點進行信息采集，采集方式主要有人工、實時監測、間接檢測三種。

2）傳輸網絡層。該層面的主要作用是對采集到的信息進行傳輸和分享，使得有關單位能夠及時接收到相關的取水量信息。另外，在與互聯網技術相結合之后，不同部門可以共同對數據進行處理使用。

3）存儲管理層。充分整合資源，借助已建的計算機網絡環境、新建水資源監測數據庫，實現接收各取水戶現場采集傳來的實時取水量信息。

4）業務應用層。提供統一的技術架構和運行環境，為水資源應用系統建設提供通用應用服務和集成服務，為資源整合和信息共享提供運行平臺。實現水資源信息各項業務應用管理。

5）應用交互層。根據系統業務應用模塊，通過授權訪問的方式，為灌區、市水利局乃至省水利廳等用戶提供數據支撐。

6）安全體系。主要包括設備運行安全、網絡傳輸安全、信息備份等。

4 取水監測點典型方案設計

4.1 自動監測站典型設計

根據調研情況分析，本灌區取用水量采集涉及泵站特性曲線推流法、流速面積法、水工建筑物法、管道流量計測流法4 種測流方法。

4.1.1 測站組成結構

灌區監測點建設對象為總干渠渠首進水閘，標準監測站的設備包括數據采集終端、通信設備等。

為了能夠全方位地采集相關信息，水量監控體系的信息采集站點往往設置得比較分散，這就使得信息傳輸通道的建設工作受到一定影響，在選擇信息傳輸通道時，要充分考慮采集站點所在的位置以及周邊的環境因素。考慮到取用水工程的信息流量較小，在選擇通信方式時，可以重點考慮公共移動通信。

當前，使用率較高的一些公共移動通信方式有GPRS、CDMA 等等，這些符合國家標準的通信方式都可以考慮選擇。另外，為了應對突發情況，自動監測站點應具備備份功能。

4.1.2 站點供電保障

1）市電供電

對于管道式取水監測點，監測設備安裝位置優先選址于泵站或灌區啟閉室等建筑物內，具備穩定的市電供電條件。市電供電不會因為天氣及其他原因影響監測站正常工作，且易于管理，不會輕易被破壞。

2）高能蓄電池供電

對于部分監測渠道，不能提供供電的場所，可采用數據采集、傳輸一體化微功耗計量及監測設備，配置高能蓄電池，采用定時休眠和遠程喚醒的工作方式，解決系統的供電問題。

3）太陽能供電

對于不能提供供電，但適合建設太陽能設備的場所，采用太陽能供電系統，為監測設備、采集傳輸設備供電。在監測站原有的配備基礎上，增加一套太陽能發電設備。

4.2 泵站特性曲線推流法

該方法適用于無裸露取水管道的泵站，灌區中勝利排灌站灌區陸莊一級站（老站）適用此測流方法。

在實際應用中，繼電器與水泵控制柜開關連接，通過繼電器觸點監測水泵的開啟與閉合，水泵功率、揚程以及對應的特征曲線通過RTU 設置，配備傳輸設備、電源模塊等，從而實現流量的自動采集與傳輸。

4.3 流速面積法

這種方法適用于標準的渠道斷面，采用坐底式安裝方法在渠道監測斷面的渠底部安裝一臺多普勒流速傳感器（多普勒明渠流量計），監測一條垂線的平均流速。通過使用流速傳感器的液位裝置，可以非常精確地得到水位的相關信息，進而省略了安裝水位監測設備這一步驟，能夠進一步降低工作成本。長洼水庫灌區、樟木山水庫灌區、小油坊水庫灌區共4 處監測點因擁有較好的硬化標準斷面，可以采用此方法進行測流。

4.4 水工建筑物法

這種方法通常需要灌區渠首有渠道和閘門，并且附近不存在其他阻水因素。當水流為淹沒出流時，由于淹沒系數σs有不同種類計算方法，該參數的不確定性影響了流量計算的精度。此外，在淹沒出流時，需要同時測量上下游水位，因此盡量不在淹沒出流時使用此方法，僅在自由出流時適用。灌區中二郎水庫灌區、姑塘村放水閘灌區、滁河灌區、龍豐水庫灌區、紅花橋水庫灌區、大林水庫灌區、黑郎廟水庫灌區、下王水庫灌區、東方紅水庫灌區、九板橋水庫灌區、爛泥沖水庫灌區、繞子官塘水庫灌區、廣北水庫灌區、丁家壩水庫灌區、羅城水庫灌區、獨山水庫灌區等16 個灌區共25 處取水點適用此測流方法。

在進行閘門測流時，實際情況的不同，選擇的計算公式也會有所不同，但都應準確測量出水工建筑物上游水位，并觀察水流的具體情況，因為這些因素會影響到計算公式的選擇。流量系數的計算方法同樣要利用相對應的水力學公式計算得出，所需要考慮的流量系數影響因素包括建筑物出流量、水頭等等。

4.5 管道流量計測流法

灌區通過管道取水，管道裸露在外并且有一定長度的順直管道，可直接采用安裝管道流量計的方式計量取水量，計量準確且經濟可靠。灌區中的清流河灌區與紅石溝水庫灌區共5 處取水監測點符合管道流量計的安裝條件。

流體的流速就等于超聲波脈沖順流和逆流傳播時的速度差，而利用超聲波脈沖進行流速的測量準確度較高，常用插入式流量計。

5 結語

灌區監測點按要求完成數據調試，與安徽省水資源農業取水監測平臺對接，現可通過平臺查詢所建設取水監測站點的取水情況，大大提高了工作效率和精度，達到了進一步提高南譙區水資源監控能力，提升南譙區水資源精細化管理水平，強化灌區取水口監測計量工作的目的