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平原地區(qū)農(nóng)業(yè)供水電磁流量計(jì)的選型與布局設(shè)計(jì)探討
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發(fā)布時(shí)間：2019-05-01 08:00:00
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【摘 要】農(nóng)業(yè)供水計(jì)量是灌溉管理、水量核算、水價(jià)分析的重要前提。合理設(shè)置供水計(jì)量設(shè)施成為農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革的基礎(chǔ)性工作，能促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)持續(xù)節(jié)水。宿豫區(qū)地處黃淮海平原，作為全國(guó)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革試點(diǎn)區(qū)，在農(nóng)業(yè)供水計(jì)量設(shè)施的選型與布局方面進(jìn)行了深入探討，比選出切實(shí)可行的方案并付諸實(shí)施，為平原地區(qū)農(nóng)業(yè)供水計(jì)量設(shè)施的推廣實(shí)施積攢了典型經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其他項(xiàng)目實(shí)施單位具有一定的借鑒作用。
1 終端水價(jià)形成對(duì)供水渠系計(jì)量設(shè)施的要求
1.1 數(shù)量上便于供需雙方考核確認(rèn)
目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉用水多為大水漫灌方式，導(dǎo)致水資源有效利用率低。同時(shí)，計(jì)量設(shè)施少，用水戶長(zhǎng)期使用“大鍋水”，導(dǎo)致用水戶節(jié)水意識(shí)不強(qiáng)。為促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水，減少用水戶水費(fèi)支出，根據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委、財(cái)政部、水利部統(tǒng)一部署，在全國(guó)范圍內(nèi)推行農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革試點(diǎn)工作，實(shí)行農(nóng)業(yè)用水的總量控制和定額管理。為此，需對(duì)農(nóng)業(yè)用水加以準(zhǔn)確計(jì)量，便于供需雙方考核確認(rèn)。計(jì)量設(shè)施從以前的干、支渠首延伸到斗渠首或農(nóng)渠首，為灌溉用水供需雙方考核確認(rèn)提供依據(jù)。
1.2 使用上滿足基層農(nóng)戶取水需求
為減少對(duì)農(nóng)業(yè)輸水的影響，計(jì)量設(shè)施需要計(jì)量準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單直觀、水頭損失小、輸水通暢等。計(jì)量準(zhǔn)確一般要求計(jì)量誤差小于 3%~5% ；簡(jiǎn)單直觀，一般要求具備現(xiàn)場(chǎng)顯示屏或直觀曲線圖 ；水頭損失小則要求不能明顯增加原輸水渠道的水頭損失 ；輸水通暢則要求計(jì)量設(shè)施不能影響渠道過水能力。
1.3 布局上適應(yīng)用水組織分片計(jì)量
因用水組織的行政邊界與水文邊界不完全一致，為了便于計(jì)量用水組織用水量，需對(duì)跨用水組織灌溉的渠道增設(shè)計(jì)量設(shè)施。通過多渠道分段安設(shè)計(jì)量設(shè)施，方便計(jì)算各用水組織的實(shí)際用水量。
1.4 安全上滿足供水單位拆卸統(tǒng)一管理的要求
在設(shè)置量水設(shè)施時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮量水儀表的安全防護(hù)問題，在正常運(yùn)行使用時(shí)需能防盜防破壞，在灌溉結(jié)束時(shí)需能由管理單位統(tǒng)一拆卸，便于保養(yǎng)維護(hù)。
2 現(xiàn)有灌溉渠系供水計(jì)量設(shè)施主要性能比較
2.1 灌溉渠系供水計(jì)量方法分類
當(dāng)前，灌溉渠系常用的量水方法有利用水工建筑物、特設(shè)量水設(shè)備、流速儀、水尺、新型管道量水等幾種?，F(xiàn)對(duì)各種量水方法分述如下 ：
利用水工建筑物量水 ：針對(duì)已有的固定放水建筑物，根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)尺寸、水文參數(shù)，通過特定流量公式計(jì)算出過水流量的量水方法。根據(jù)建筑物形式又分為閘門及孔口出流、倒虹吸管道及渡槽等。利用特設(shè)量水設(shè)備量水 ：通過特設(shè)的水位 ( 水深 )、流速、水壓及流向測(cè)定的設(shè)備進(jìn)行量水。常用的包括各種堰、槽、噴嘴、配水器等。
利用流速儀量水 ：通常包括利用轉(zhuǎn)子式流速儀、旋杯或旋漿流速儀、聲波流速儀及電磁流速儀量水等。利用水尺量水 ：常用的方法是對(duì)選定的地點(diǎn)用流速儀測(cè)定不同的水流條件下的流量，而后作出“水頭—流量”關(guān)系曲線圖，對(duì)照曲線圖，即可用水尺測(cè)得的水位計(jì)算出流量。新型管道量水 ：利用管道量水設(shè)備在滿管有壓狀態(tài)下對(duì)順直管道中的水流進(jìn)行量水。常見的有旋翼式水表、螺翼式水表、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等。
2.2 灌溉渠系供水計(jì)量設(shè)施的主要性能比較
2.2.1 水工建筑物量水的主要性能
主要特點(diǎn) ：水工建筑物量水較為經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便。經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在不需額外建設(shè)量水設(shè)施 ；簡(jiǎn)便性體現(xiàn)在測(cè)試方法易于掌握，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行的閘位、上下游水位按相應(yīng)公式計(jì)算即可。
適用條件 ：建筑物本身必須完整無損，并且嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸施工，無變形及漏水現(xiàn)象；無紊流及水面波動(dòng)情況；建筑物符合水力計(jì)算的要求，上下游水頭差不小于 5cm，在淹沒狀態(tài)時(shí)，淹沒度不大于 0.95。設(shè)施選型 ：因水工建筑物量水設(shè)施所依據(jù)的量水公式中諸多參數(shù)只是理論值，未經(jīng)實(shí)際率定，系統(tǒng)誤差較大，不推薦在末級(jí)渠系中使用。
2.2.2 特設(shè)量水設(shè)備量水的主要性能
主要特點(diǎn) ：特設(shè)量水設(shè)備測(cè)量結(jié)果較為精確，但會(huì)對(duì)渠道中的水頭造成一定損失。
適用條件 ：有一定的過水能力 ；操作、使用、計(jì)量、計(jì)算簡(jiǎn)便可行 ；明渠上游要有 40 倍水力半徑的平直段 ；不能有過大的流速水頭，否則易產(chǎn)生較大的水頭測(cè)量誤差。設(shè)備選型 ：在常用的堰槽等特設(shè)量水設(shè)備中，長(zhǎng)喉槽量水設(shè)施相比其他量水設(shè)施具有水頭損失小、淹沒度高、過泥沙及漂浮物能力強(qiáng)等特點(diǎn)，最適合平原地區(qū)末級(jí)渠系明渠量水。
2.2.3 流速儀量水的主要性能
主要特點(diǎn)：流速儀量水測(cè)量結(jié)果比較精確，但費(fèi)用較高，并且測(cè)量及計(jì)算較為費(fèi)時(shí)費(fèi)工。
適用條件 ：測(cè)量渠段應(yīng)較為平直、規(guī)整、無障礙 ；水流條件好，無紊流及渦動(dòng)、波動(dòng)現(xiàn)象等。設(shè)備選型 ：因流速儀量水計(jì)算較為復(fù)雜，測(cè)量極為費(fèi)時(shí)費(fèi)工，一般只作為其他量水設(shè)施率定校核使用，不推薦其作為灌溉渠系量水設(shè)施使用。
2.2.4 水尺量水的主要性能
主要特點(diǎn) ：水尺量水測(cè)量方法簡(jiǎn)單，容易掌握，因新型水位計(jì)的開發(fā)應(yīng)用，便于網(wǎng)絡(luò)智能傳輸。
適用條件 ：測(cè)量渠段平直、穩(wěn)定且渠道比降較大 ；水流均勻、流速較快。
設(shè)備選型：因水尺量水要求渠段中水流均勻，流速較快，比較適宜渠道比降較大的地區(qū)使用，不適合平原地區(qū)平緩渠道使用。
2.2.5 新型管道量水的主要性能
主要特點(diǎn) ：新型管道量水儀器具有測(cè)量結(jié)果直觀、精
度較高、無額外水頭損失，便于網(wǎng)絡(luò)智能傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。
適用條件 ：安裝位置前后有較長(zhǎng)的平直管道 ；測(cè)量時(shí)管道需有滿管水流。
設(shè)備選型 ：在諸多的新型管道量水設(shè)備中因電磁流量計(jì)及超聲波流量計(jì)管徑能與被測(cè)管徑相同，不會(huì)阻礙水流或積聚其他雜物，故用得較多。在實(shí)際選型中因超聲波流量計(jì)存在零點(diǎn)漂移及自定義參數(shù)較多的問題，所以在固定式農(nóng)業(yè)供水計(jì)量方面用得較少。電磁流量計(jì)相對(duì)來說性能穩(wěn)定、精度較高，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)供水計(jì)量方面使用較多。電磁流量計(jì)按原理分有橡膠襯里型、插入型、電磁水表型；按供電方式分有常規(guī)電源型、電池供電型等，均可加裝GPRS 通訊模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)自動(dòng)采集功能。
3 宿豫區(qū)灌溉渠系終端計(jì)量設(shè)施的選型與布局
3.1 宿豫區(qū)灌溉渠系終端計(jì)量設(shè)施的布局
3.1.1 根據(jù)水源總量控制要求進(jìn)行布局
根據(jù)國(guó)家“四部委”文件精神，要求對(duì)農(nóng)業(yè)用水試行總量控制和定額管理。為達(dá)到總量控制的目的，需對(duì)各控制區(qū)域內(nèi)的灌溉水源出口處設(shè)立量水設(shè)施。宿豫區(qū)在 2013年度、2014 年度的水價(jià)改革項(xiàng)目中，在項(xiàng)目區(qū)的水源地設(shè)立了 4 處量水設(shè)施。
3.1.2 根據(jù)試點(diǎn)項(xiàng)目區(qū)分類進(jìn)行布局
在宿豫區(qū)水價(jià)改革項(xiàng)目中，按照水源類型及土地性質(zhì)，已將項(xiàng)目區(qū)劃分為自流、提水、末級(jí)渠系、回歸水利用、土地流轉(zhuǎn)等供水區(qū)。在 2013 年度、2014 年度項(xiàng)目中，五種灌溉區(qū)域內(nèi)共設(shè)置了 57 處量水設(shè)施。
3.1.3 根據(jù)終端水價(jià)考核需要進(jìn)行布局
農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革項(xiàng)目的核心工作是轉(zhuǎn)變用水方式和考核辦法，由傳統(tǒng)的用“大鍋水”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;總量控制和定額管理”。在 2013 年度項(xiàng)目中的 15 處量水設(shè)施中有 11 處是專為終端計(jì)量設(shè)置的，在 2014 年度項(xiàng)目中的 42 處量水設(shè)施中有 37 處是專為終端計(jì)量所設(shè)置的。
3.2 宿豫區(qū)灌溉渠系終端計(jì)量設(shè)施的選型
3.2.1 根據(jù)輸水條件、投資大小選型
宿豫區(qū)地處蘇北平原，各干、支渠首多有提水泵站或開敞式渠首閘對(duì)水源進(jìn)行控制，斗、農(nóng)渠首多有涵管式斗、農(nóng)門對(duì)水源進(jìn)行控制。在渠道較長(zhǎng)、水頭富余度略大、比降大于 1 ︰ 5000 的渠道中可選用長(zhǎng)喉槽進(jìn)行量水。而對(duì)于渠道短小、水位緊張、流態(tài)不穩(wěn)定，渠首又有較長(zhǎng)的涵管式斗、農(nóng)門建筑物時(shí)，可選用等管徑的電磁水表進(jìn)行量水。
根據(jù)實(shí)際投資測(cè)算，在管道直徑小于或等于 600mm 時(shí)，使用電磁水表量水比用長(zhǎng)喉槽量水有較大的投資優(yōu)勢(shì)，而在管道直徑大于或等于 1000mm 時(shí)，使用長(zhǎng)喉槽量水又比用電磁水表量水有較大的投資優(yōu)勢(shì)。
3.2.2 根據(jù)供電條件、現(xiàn)場(chǎng)顯示要求選型
在農(nóng)業(yè)灌溉條件方面，大多沒有市電供電電源，在選用各類量水儀表時(shí)，要按有無市電電源進(jìn)行適當(dāng)選型。在有市電電源時(shí)可選防護(hù)等級(jí)略低的 IP64 級(jí)以上、較為經(jīng)濟(jì)的量水儀表 ；在無市電電源時(shí)需考慮選用大容量鋰電池進(jìn)行供電，供電時(shí)間不少于 3 年時(shí)間，防護(hù)等級(jí)相應(yīng)達(dá)到IP66 級(jí)以上。另外，優(yōu)先選用具有現(xiàn)場(chǎng)顯示功能的儀表。
3.2.3 按照“高精度、免維護(hù)、低成本”要求選型
一般而言使用傳統(tǒng)常規(guī)計(jì)量設(shè)施能將量水精度控制在3%~5%（等同于 3.0 級(jí) ~5.0 級(jí)）之間已經(jīng)比較好了。在宿豫區(qū)水價(jià)改革項(xiàng)目中除了 3 套明渠流量計(jì)、8 套長(zhǎng)喉槽量水儀器的系統(tǒng)量水精度為 2.5 級(jí)外，46 套電磁水表量水精度達(dá)到 1.0 級(jí)以上，均能勝任農(nóng)業(yè)供水計(jì)量的精度要求。另外，項(xiàng)目區(qū)中所有量水儀表均具有“免維護(hù)”的特點(diǎn)，可以在野外長(zhǎng)期運(yùn)行，極大地降低了管理人員的管理難度，減少了管理量水設(shè)施的工作量。
3.2.4 按照“智能采集、網(wǎng)絡(luò)共享”要求選型
為了更進(jìn)一步減少管理單位的運(yùn)行成本，便于快捷地對(duì)計(jì)量用水進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、成本核算，宿豫區(qū)水價(jià)改革項(xiàng)目區(qū)中所有量水儀表均依托當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)科技發(fā)展技術(shù)，運(yùn)用 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸模塊，將現(xiàn)場(chǎng)采集的灌溉水參數(shù)智能傳輸?shù)窖b有專用接收處理軟件的服務(wù)器中，并利用專用處理軟件對(duì)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，便于管理單位與用水戶隨時(shí)查詢、分析、統(tǒng)計(jì)。
4 結(jié)語(yǔ)
宿豫區(qū)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革基于以上要求首批所選取的57 套計(jì)量設(shè)施，至今已運(yùn)行 3 年以上，受到省內(nèi)外諸多市縣的觀摩借鑒，效果良好。為方便各級(jí)渠道計(jì)量選型，現(xiàn)總結(jié)出計(jì)量設(shè)施選型口訣如下 ：
一看渠水二看電，三看屏顯加曲線 ；
干支渠首控總量，規(guī)則斗渠長(zhǎng)喉堰 ；
小渠最好電磁表，電池供電方便跑 ；
選型不光性價(jià)比，智能共享有最好。
