平原地區(qū)農(nóng)業(yè)供水電池供電電磁流量計的選型與布局設(shè)計探討

摘要：農(nóng)業(yè)供水計量是灌溉管理、水量核算、水價分析的重要前提。合理設(shè)置供水計量設(shè)施成為農(nóng)業(yè)水價綜合改革的基礎(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**農(nóng)業(yè)水價綜合改革試點區(qū)，在農(nóng)業(yè)供水計量設(shè)施的選型與布局方面進(jìn)行了深入探討，比選出切實可行的方案并付諸實施，為平原地區(qū)農(nóng)業(yè)供水計量設(shè)施的推廣實施積攢了典型經(jīng)驗，對其他項目實施單位具有一定的借鑒作用。
1　終端水價形成對供水渠系計量設(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，計量設(shè)施少，用水戶長期使用“大鍋水”，導(dǎo)致用水戶節(jié)水意識不強。為促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水，減少用水戶水費支出，根據(jù)**發(fā)展改革委、財政部、水利部統(tǒng)一部署，在**范圍內(nèi)推行農(nóng)業(yè)水價綜合改革試點工作，實行農(nóng)業(yè)用水的總量控制和定額管理。為此，需對農(nóng)業(yè)用水加以準(zhǔn)確計量，便于供需雙方考核確認(rèn)。計量設(shè)施從以前的干、支渠*延伸到斗渠*或農(nóng)渠*，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
為減少對農(nóng)業(yè)輸水的影響，計量設(shè)施需要計量準(zhǔn)確、簡單直觀、水頭損失小、輸水通暢等。計量準(zhǔn)確一般要求計量誤差小于3%~5% ；簡單直觀，一般要求具備現(xiàn)場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，為了便于計量用水組織用水量，需對跨用水組織灌溉的渠道增設(shè)計量設(shè)施。通過多渠道分段安設(shè)計量設(shè)施，方便計算各用水組織的實際用水量。
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，應(yīng)重點考慮量水儀表的安全防護(hù)問題，在正常運行使用時需能防盜防破壞，在灌溉結(jié)束時需能由管理單位統(tǒng)一拆卸，便于保養(yǎng)維護(hù)。
2　現(xiàn)有灌溉渠系供水計量設(shè)施主要性能比較
2.1 灌溉渠系供水計量方法分類
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。現(xiàn)對各種量水方法分述如下 ：
利用水工建筑物量水 ：針對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 ：常用的方法是對選定的地點用流速儀測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，對照曲線圖，即可用水尺測得的水位計算出流量。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、電池供電電磁流量計、超聲波流量計等。
2.2 灌溉渠系供水計量設(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 ：水工建筑物量水較為經(jīng)濟、簡便。經(jīng)濟性體現(xiàn)在不需額外建設(shè)量水設(shè)施 ；簡便性體現(xiàn)在測試方法易于掌握，根據(jù)實際運行的閘位、上下游水位按相應(yīng)公式計算即可。
適用條件 ：建筑物本身必須完整無損，并且嚴(yán)格按照設(shè)計尺寸施工，無變形及漏水現(xiàn)象；無紊流及水面波動情況；建筑物符合水力計算的要求，上下游水頭差不小于 5cm，在淹沒狀態(tài)時，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)實際率定，系統(tǒng)誤差較大，不推薦在末級渠系中使用。
2.2.2 特設(shè)量水設(shè)備量水的主要性能
主要特點 ：特設(shè)量水設(shè)備測量結(jié)果較為精確，但會對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、計量、計算簡便可行 ；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等特點，*適合平原地區(qū)末級渠系明渠量水。
2.2.3 流速儀量水的主要性能
主要特點：流速儀量水測量結(jié)果比較精確，但費用較高，并且測量及計算較為費時費工。
適用條件 ：測量渠段應(yīng)較為平直、規(guī)整、無障礙 ；水流條件好，無紊流及渦動、波動現(xiàn)象等。設(shè)備選型 ：因流速儀量水計算較為復(fù)雜，測量*為費時費工，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 ：水尺量水測量方法簡單，容易掌握，因新型水位計的開發(fā)應(yīng)用，便于網(wǎng)絡(luò)智能傳輸。
適用條件 ：測量渠段平直、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 ：新型管道量水儀器具有測量結(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。
適用條件 ：安裝位置前后有較長的平直管道 ；測量時管道需有滿管水流。
設(shè)備選型 ：在諸多的新型管道量水設(shè)備中因電池供電電磁流量計及超聲波流量計管徑能與被測管徑相同，不會阻礙水流或積聚其他雜物，故用得較多。在實際選型中因超聲波流量計存在零點漂移及自定義參數(shù)較多的問題，所以在固定式農(nóng)業(yè)供水計量方面用得較少。電池供電電磁流量計相對來說性能穩(wěn)定、精度較高，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)供水計量方面使用較多。電池供電電磁流量計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，實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)自動采集功能。
3　宿豫區(qū)灌溉渠系終端計量設(shè)施的選型與布局
3.1 宿豫區(qū)灌溉渠系終端計量設(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)**“四部委”文件精神，要求對農(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 年度的水價改革項目中，在項目區(qū)的水源地設(shè)立了 4 處量水設(shè)施。
3.1.2 根據(jù)試點項目區(qū)分類進(jìn)行布局
在宿豫區(qū)水價改革項目中，按照水源類型及土地性質(zhì)，已將項目區(qū)劃分為自流、提水、末級渠系、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)終端水價考核需要進(jìn)行布局
農(nóng)業(yè)水價綜合改革項目的核心工作是轉(zhuǎn)變用水方式和考核辦法，由傳統(tǒng)的用“大鍋水”轉(zhuǎn)變?yōu)?amp;ldquo;總量控制和定額管理”。在 2013 年度項目中的 15 處量水設(shè)施中有 11 處是專為終端計量設(shè)置的，在 2014 年度項目中的 42 處量水設(shè)施中有 37 處是專為終端計量所設(shè)置的。
3.2 宿豫區(qū)灌溉渠系終端計量設(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*多有提水泵站或開敞式渠*閘對水源進(jìn)行控制，斗、農(nóng)渠*多有涵管式斗、農(nóng)門對水源進(jìn)行控制。在渠道較長、水頭富余度略大、比降大于 1 ︰ 5000 的渠道中可選用長喉槽進(jìn)行量水。而對于渠道短小、水位緊張、流態(tài)不穩(wěn)定，渠*又有較長的涵管式斗、農(nóng)門建筑物時，可選用等管徑的電磁水表進(jìn)行量水。
根據(jù)實際投資測算，在管道直徑小于或等于 600mm 時，使用電磁水表量水比用長喉槽量水有較大的投資優(yōu)勢，而在管道直徑大于或等于 1000mm 時，使用長喉槽量水又比用電磁水表量水有較大的投資優(yōu)勢。
3.2.2 根據(jù)供電條件、現(xiàn)場顯示要求選型
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，要按有無市電電源進(jìn)行適當(dāng)選型。在有市電電源時可選防護(hù)等級略低的 IP64 級以上、較為經(jīng)濟的量水儀表 ；在無市電電源時需考慮選用大容量鋰電池進(jìn)行供電，供電時間不少于 3 年時間，防護(hù)等級相應(yīng)達(dá)到IP66 級以上。另外，優(yōu)先選用具有現(xiàn)場顯示功能的儀表。
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)計量設(shè)施能將量水精度控制在3%~5%（等同于 3.0 級 ~5.0 級）之間已經(jīng)比較好了。在宿豫區(qū)水價改革項目中除了 3 套明渠流量計、8 套長喉槽量水儀器的系統(tǒng)量水精度為 2.5 級外，46 套電磁水表量水精度達(dá)到 1.0 級以上，均能勝任農(nóng)業(yè)供水計量的精度要求。另外，項目區(qū)中所有量水儀表均具有“免維護(hù)”的特點，可以在野外長期運行，*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行成本，便于快捷地對計量用水進(jìn)行統(tǒng)計、分析、成本核算，宿豫區(qū)水價改革項目區(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)，運用 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸模塊，將現(xiàn)場采集的灌溉水參數(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服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，便于管理單位與用水戶**查詢、分析、統(tǒng)計。
4　結(jié)語
宿豫區(qū)農(nóng)業(yè)水價綜合改革基于以上要求*批所選取的57 套計量設(shè)施，至今已運行 3 年以上，受到省內(nèi)外諸多市縣的觀摩借鑒，效果良好。為方便各級渠道計量選型，現(xiàn)總結(jié)出計量設(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*控總量，規(guī)則斗渠長喉堰 ；
小渠*好電磁表，電池供電方便跑 ；
選型不光性價比，智能共享有*好。