时间：2022-10-25 09:44:18
摘要：本文主要从灌区灌溉的现状、常用的明渠水量监测方法以及适合引黄灌区的量水方法几个方面进行了详细的分析与探讨，以供参考。
关键字：引黄灌区；明渠；量水方法；
中图分类号：C35文献标识码： A
一、灌区灌溉的现状分析
引黄灌区一般以农业为主，农业在全区经济、社会中占有突出位置。自建国以来，全国水利建设取得了很大成就，为农业连续的增产增收起到了保障作用，引黄灌区大多深居内陆，大部分地区气候干燥，严重缺水，干旱半干旱面积占总面积的70%以上。水资源是引黄灌区经济发展的决定因素。灌溉在全国农业发展中具有重要的主导地位。
引黄灌区从自然地理和经济社会发展水平上可分为中西部灌溉区。灌区属温带大陆性气候，干旱少雨，蒸发强烈，蒸发量高达2000毫米。但光照长，气温高，无霜期均100多天，而黄河则是灌区的主要水源。引黄灌区水利基础条件优越，灌溉保障程度高，农业长期保证稳产高产，是全国农业的精华地带。
二、常用的明渠水量监测方法分析
引黄灌区的水管部门为了执行计划用水，建立了不同作用的测水站，主要有水源测站、配水渠渠道测站、引水渠渠道测站、分水点测站(农渠)等，此外还有平衡测站与专用测站等。通过对引黄灌区的实地调查发现，灌区常采用的量水方法有以下几种:
第一，流速仪测流方法,根据流量测量目的，可选用精测法、常测法或简测法。精测法适用于科学研究目的;常测法和简测法适用于生产目的。选用简测法测流时，应进行精度分析，精度合格时，方可采用。流速仪测流成果可用于分析率定水工建筑物流量系数、确定断面水位流量关系曲线、渠道水利用系数等资料。
第二，利用水工建筑物量水。利用水工建筑物进行量水是一种比较经济而简便的方法。可用建筑物包括：启闭式水闸、涵洞放水口、跌水、倒虹吸、渡槽等。
第三，利用特设的量水设备量水（堰槽量水）。三角量水堰、柱形量水槽、转轮量水计、巴歇尔量水槽、长喉量水槽等量水设备在引黄灌区并不多见。
第四，利用超声波等电子量水设备测流。随着电子信息技术的发展，一些引黄灌区地区开始将超声波等电子量水设备应用到灌区水监测中代替人工观测。
三、适合引黄灌区的量水方法
（一）流速仪量水的方法
流速仪测流方法,是用流速仪测定水流速度，由流速与过水断面面积的乘积来推求流量的方法。其工作内容主要包括准备工作、观测水位、过水断面测量、流速测量、现场检查、计算与整理、建立数学模型和拟定水位-流量关系曲线等。该方法的优点是精度较高，但施测和计算繁琐。目前引黄灌区利用流速仪采用水文缆道自动化测流，但仍需人工操作。
在采用流速仪测流时，应符合下列条件:测流断面内测点流速不超过流速仪的测速范围;垂线处水深不小于用一点法测速的必要深度;水中漂浮物应不影响流速仪正常运转;水位应平稳、一次测流的起止时间内，水位涨落差应不大于平均水深的2%。测线布设测流断面上测深、测速垂线的数目和位置，应满足过水断面和平均流速测量精度的要求。在比较规则整齐的渠床断面上，任意两条测速垂线的间距，应不大于渠宽的1/5;在形状不规则的断面上，其间距应不大于渠宽的1/200。
1、断面测量
在测桥上测流时，应在布置测线时设置固定标志，其间距应事先测出，并应测量出靠近岸边垂线外侧的水边宽度。缆道测流时，测线间距由循环索行进计数器计量，计数器读数与循环索行进距离之间的对应关系应准确核定。测线间距测量允许误差为士0.0lm。用测杆、水尺测深时，应保持测杆、水尺垂直状态，直接读数。有壅水现象时，应修正壅水影响的水深误差。根据相邻垂线水深(Hi与Hi-1)按梯形公式计算断面部分面积，相加之和为过水断面面积。
2、流速测量方法及流量计算
流速测量方法有一点法、二点法、三点法和五点法。选用简测法测流时，常用一点法，单个测点的测速历时，不宜少于lOOs。当流速变率较大或垂线上测点较多时，可采用6Os---1OOs。流速仪应保持平行于水流流向状态，仪器转轴中心或轭架中心与测点的偏距不应超过水深的1/20。一点法测点设在相对水深0.6处（相对水深为仪器入水深度与垂线水深之比），垂线平均流速（m/s）为:Vi=V0.6。两侧垂线中间的部分平均流速为两者平均，两岸边为垂线平均流速与岸边系数相乘。部分流量等于部分面积与部分平均流速乘积，全部部分流量之和即为断面流量。
其中岸边流速系数由岸边测线的垂涎平均流速推算岸边部分平均流速分析确定，无实测资料可参考以下数据：规则土渠斜坡岸边=0.67～0.75，梯形断面混凝土衬砌渠段=0.8～0.85，不平整的陡岸边=0.8，光滑的陡岸边=0.9，死水边=0.6，若两岸边实际情况不同，岸边流速系数可采用不同数值。
目前引黄灌区采用缆道测流，它是根据我国国情独创的一种测流方式，已发展了五十多年，其技术、设备较为成熟。缆道测流中水下信号发生器（简称信号器）将铅鱼上流速仪信号、河底托板开关信号、水面接触开关信号采集、判别、编码调制成音频信号，经功率放大后通过铅鱼接触水体（作为地线）和缆道钢索（作为天线）传送到岸上仪表。比传统的人工桥上测流便捷很多，但利用缆道测流目前尚无法实现流量的实时自动监测。
（二）利用水工建筑物量水的方法
利用水工建筑物量水优点是不新增量水水头损失、节省建筑费用。但要求符合一定水力学条件；建筑物结构完整；进出口水流条件稳定等。
目前我国引水涵闸测流方法主要是利用原有水工建筑物（引水闸、分水闸、节制闸和退水闸）闸前后水位、闸门开度等参量监测，结合原有建筑物水工模型换算过闸流量，由于设计模型与引、退水实际有一定的差距，为提高测流精度，往往采用在闸前后增设人工监测断面，并进行人工测流以进行人工复核。
在灌区建筑物中分水闸数量最多，起着分水配水的作用，如干渠-支渠、支渠-斗（毛）渠等。
1、分水闸量测水系统由闸门启闭机、闸前水位传感器、闸后水位传感器、闸位传感器和量水控制单元组成。
（1）闸门启闭机。闸门启闭机是控制闸门运行的工具。由于闸门的结构形式、尺寸大小、闸孔多少、负担任务和现场布置等有所不同，启闭机的形式也各不相同，类型较多。因为灌区分水闸孔口较小，且需要闭门力，所以，它使用的启闭机多为螺杆式启闭机，特点为结构简单、价格低廉、具有下压力。
（2）闸门前后水位传感器。水位传感器是进行闸前、闸后水位测量的仪表。灌区分水闸因不便制作测井和距离闸板较近等特点，可使用压力式水位计。压力式水位计是利用硅单晶的压阻效应而研制的一种固态传感器。它由压电元件、信号放大器加上电导线和一个小直径通气管等防水软导线组成，通气管的作用是把大气压力引到压电元件的背面，在传感器的端头通过引压孔传递液体压力于压电元件的正面，从而使压电元件的压阻效应随水位或压力的变化而变化，反映出水压力。尽管压力式传感器具有放大器引入的误差、同类型传感器响应特性和标定的某些差异以及对湿度变化的敏感性等因素，但这种传感器最大的优点是精度灵敏度高、体积较小、安装方便、寿命长。
对于分水闸门量测水系统，要求闸前水位计安装于距离闸门约等于1/4单孔闸宽的位置，当入闸水流不对称时，闸前两侧均需安设水尺，水尺读数取二者的平均值。
要求闸后水位计安装于距离闸门约等于1/4单孔闸宽的位置（但不得超过0.4m）。
（3）闸位传感器。闸位传感器是进行启闸高度测量的仪表。启闸高度测量的原理是将闸门的上下移动位置转化成与之对应的旋转角度，然后送入光电编码器转变成数字编码，接入闸门量水开度仪或微机进行数据处理和运算。
（4）量水控制单元。量水控制单元是进行数据采集、显示、校正、运算、传输的核心控制仪表。量水控制单元内置了不同流态下的流量计算公式，可进行过闸流量计算，同时具备以下功能：
数据采集：实时采集启闸高度、闸前水深、闸后水深、瞬时流量和累计水量。
通讯功能：支持有线或无线通讯方式。
显示功能：可显示启闸高度、闸前水深、闸后水深和流量。
设置功能：可进行显示设置、通讯设置、数值校正、历史记录查询。
2、分水闸工作流态分析
通过分水闸的流态，一般分为闸门全开自由流、闸门全开淹没流、有闸控制自由流和有闸控制淹没流四种。一般根据闸前后水深与闸门开启高度来判别水流形态。
3、分水闸流量公式与系数的选择
通过分水闸的流量，是根据闸前水深、闸后水深、启闸高度、闸宽等数据利用流量公式计算出来的，流量公式的选择随分水闸流态而定。流量系数则根据建筑物类型及入口形式而定。对于灌区分水闸，流量公式的选择，可根据分水闸工作流态形式确定，流量系数值应根据涵闸进口形式和水流形态实测率定，若无实测资料可按照“各类闸、涵建筑物在不同水流形态、不同翼墙类型下流量系数表”获得。
（三）量水堰槽的测流量的方法
薄壁堰的测流精度较高，适用于含沙量小、有足够落差且流量较小的渠道。长喉槽特点是喉道较长，缩窄段内的水面线曲率较小，喉道中水流几乎与槽底平行，因而测量精度较高。同时，具有水头损失小，淹没度较高，适用于平原灌区及坡降较缓的灌溉渠道等优点。在挟沙渠道上，长喉槽抗泥沙干扰能力较强。
（四）通过仪表进行明渠测流的方法
时差法超声波流量计只适用于断面较稳定、有一定水深的断面，另外需借用断面面积参数（另用人工方法测量）和用流速仪等标准测流设备标定流量计算模型后，才能正常启用，其建站总投资大于缆道测流站。在断面较宽、水浅和含沙量较高的条件下无法使用。
（五）、明渠测流方法存在问题与分析
(一)、对含沙量反应敏感
当含沙量大时,所能反应的流速有效距离变短,不能包涵某层水体整个渠段宽度内的流速变化。一般来讲,当含沙量大于3kg/m3时,所测有效距离为厂家标称技术指标的三分之一至一半,当含沙量继续增大时,有效距离会更短。
（二）、工作状态不够稳定
一是有时不出现数据,不显示流量,一片空白。二是有时显示流量与实际流量相差巨大,甚至显示令人匪夷所思的数据。
（三）、不能实时反映断面变化
由于仪器安装高度为固定数值,参与断面计算。仪器本身不能对断面的渠底量测,因此过水断面的变化情况无法实时反映,如果发生淤积、冲刷等断面变化情况,仪器不能及时反映实际情况,从而过水断面计算不准确。
实际上，灌区量水主要有两个目的，一是要知道用水多少，以便核算用水量；二是要知道来水多少，以便水资源的合理调配。但是，用水量计算是直接面向用水户的，它面广量大，都用高精确的流量计行吗？另外，灌溉用水的季节性很强，高价格设备不得不考虑它的利用率。所以，我们灌区应针对自己灌区的情况，区分不同类型，研究合适的量水设施。无论是自动量测设备还是建筑物量水以及特设量水，或者混合方式量水，只要满足要求就行。
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