末级渠道量水技术在河套灌区的适应研究

生态建设　现代农业２０１４年２期　末级渠道量水技术在河套灌区的适应研究　党敏　内蒙古河套灌区乌拉特灌域管理局　［摘　要】　河套灌区末级渠道存在坡降平缓、水头损失小、泥沙及漂浮物多、开关口频繁、流量变幅大等技　术难点，末级渠道量水问题一直没有得到有效解决，探索适于河套灌区特点的量水方法和量水技术已迫在眉　睫。本文对河套灌区末级渠道量水技术进行比较，提出适合河套灌区末级渠道量水的设施技术建议。　［关键词】　量水技术　末级渠道　河套灌区　一、概述　加装了河套灌区科技人员自己研制的自动测流仪，实　内蒙古河套灌区属平原灌区，末级渠道测流量水　现了自动连续测流。文丘利量水设备不必区分淹没流　具有渠道纵坡缓、泥沙多、流量变化频、水位变幅大等　与非淹没流，可用于缓坡降渠道，水头损失很小，一般　特点。自上世纪８０年代开始先后引进了短管量水、套　在５厘米以内，易于农民接受，过水断面光滑，抗缠　管量水、无喉道量水、长喉道量水、涡轮式量水等中小　绕，抗泥沙性能好，测流精度很高。同时还具有功能拓　型渠道量水设备进行试验研究，但效果不佳。目前灌　展容易的优点，文丘利量水槽上安装闸门，采用单片　区末级渠道，特别是支、斗渠多数仍采用传统的流速　机控制．可实现自动控制灌溉和定额定量供水。经过　仪一标准断面法测流。而采用流速仪一日两次所测瞬　多年运行．该量水设备适合河套平原灌区末级渠道自　时流量推求全天平均流量存在较大系统误差，且工作　动化量水。　量很大，测试计算过程复杂，用水户监测难度大。因此　二、目前采用的量水设施技术比较　引进研究新型量水技术，彻底解决支、斗、农、毛渠测　１．转轮式量水计　流量水问题已迫在眉睫。２００１年沙壕渠试验站引进　利用量水计上、下游水位差促使转轮旋转，并记　了江苏省沙河灌区水科所研制的文丘利量水槽，同时　录转速后换算成水量。在平原灌区多泥沙、多杂质末　它是利用修筑在地下管道灌溉引入田间耕作层，　六、渠道机械化施工防渗技术（可采取机械化施　借毛细管作用自下而湿润作物根区附近的土壤的灌　工１　水方法。地下灌溉包括：地下水浸润灌溉，地下渗灌。　防渗渠道断面形式可分为梯形、矩形、“Ｕ”型，其　目前由于渗灌技术建设投资大，施工技术复杂，在我　中“Ｕ”形防渗效果好，流量大，抗冻能力强，投资费用　国尚不普及，是将发展的一种新灌溉技术，具有许多　低。　优点：　七、行走式节水灌溉技术　１．不破坏土壤结构，上层能保持良好的通气状　它是利用拖拉机携带灌溉水和灌溉设备及作业　态，水、热、气三因素的比例协调，并能自动调节，能均　农具。在田间行走灌溉的技术，主要用在于旱缺水和　匀输送水分和养分，为植物提供稳定的生长环境，增　无灌溉水源的作物的播种和苗期的需水灌溉。主要分　产效果显著。　为：穴播穴灌机、条播条灌机、喷淋灌溉机。行走式节　２．地表含水率较低，蒸发很少，输水基本无损失，　水灌溉技术特色。　水的利用率高，比喷灌节水５０％一７０％。　１．利用农村小拖为动力，减少灌溉机的造价，小　３．灌溉水只需低压输送，一般约０．２ＭＰａ即可，且　拖充分利用。　流量小，扬程低，减少了装机容量，节能效果好。　２．适应性强，田间不需任何工程即可灌溉，可流　４．地表下５～１０厘米厚的土壤控制在干燥条件　动服务。　下，不具备温湿环境，能减少病虫草害的蘖生，可减少　３．采用先进的局部灌溉技术，水只湿润有作物处　少农药费用　的土地，节水效果明显。一般播种时４—８立方米／亩。　我国采用的地下渗水管主要有五种形式，陶土　幼苗期８～１０立方米／亩。　式、塑料式、合瓦式、鼠道式土洞。　该技术一般应用　４．可以实现一机多形式灌水技术（喷灌、淋洒灌、　地形平坦及根系较深的作物。　穴灌、沟灌、畦灌等）。　・７８・　现代农业２０１４年２期　级渠道上应用，缺点是易缠绕，易淤积。　２．矩形箱涵量水计　利用矩形有压涵洞量水。量水计安装在涵洞上感　测洞顶水流流速，并换算成水量。内蒙古河套灌区沙　壕渠试验站与水利部南京水利水文自动化研究所合　作研制的平原灌区田间渠道量水设备即属此类。缺点　是如果设计时基础资料掌握不准，会出现易淤积、水　头损失大、易阻水的情况。　３．分流旋翼式流量计　由旋翼水表测量流量管内流量从而计算水量。在　平原灌区内应用，有易淤塞、易缠绕的缺点。　４．电子水位流量计　利用量水建筑物水位～流量关系自动测流。平原　灌区末级渠道坡降平缓，水位差小，易形成淹没流，水　位、流量关系不稳定，不宜推广。　５．巴歇尔量水槽　在自由流条件下，量水精度较高，适宜在流量变　幅大的渠道上使用，水中夹有泥沙、杂物也能正常量　水。但结构复杂，造价高，施工困难，特别是淹没流时　不适用。　６．无喉道量水槽　结构简单、经济，便于修建，抗杂物、泥沙能力强，　自由流时量水精度高，淹没流时，量水精度显著降低。　７．机翼形量水槽　适于衬砌Ｕ型渠道上量水。这种量水技术需要　区分流态，在自由流和淹没流状态下流量公式不同。　而平原灌区末级渠道流态不稳，多数情况下自由流和　淹没流交替出现，且流态判别也需要精度很高的水位　传感器和单片计算机来实现。增加了设备成本。因此，　在平原灌区支、斗渠道上使用局限性大。　以上这些新型量水技术，尚无适合河套灌区末级　渠道上量水的设备，而末级渠道量水技术的突破是当　前迫切需要解决的课题。　三、文丘利量水设备结构特点与设计方法　多年对比试验研究表明，从经济、稳定、精确度、　水头损失等方面考虑，槽类量水建筑物文丘利量水设　备是平原灌区最适宜推广应用的一种明渠量水设施。　１．结构形式　文丘利自动量水设备由文丘利量水槽和自动测　流仪两部分组成。量水槽采用钢筋混凝土现浇，建筑　在渠道水流平稳、顺直处。自动测流仪安装在量水槽　观测室内。由单片计算机自动控制两套水位传感器定　时采集水槽上游及喉口水深，计算出瞬时流量和累计　水量，存贮到单片计算机中，每轮水结束后利用专用　读卡器在计算机上输出结果。　２．使用特点　生态建设　一是建筑物喉道短，工程量小，结构简单，水头损　失小，不易淤积，适于高含沙水流的测流。在土渠和衬　砌渠道中均适用，不必区分流态，对下游的水位影响　较小，不受渠道断面限制，不影响农业灌溉等；二是量　水误差小于±５％，满足农业灌溉量水精度要求：三是　文丘利量水槽测流范围０．１～５立方米／秒．水头损　失≤５厘米；四是功能扩展余地大，实现较容易。　３．设计方法　在进行文丘利水槽设计时，要求用户提供原渠道　断面尺寸、最大流量及相应水深、最大水头损失。获得　这些参数后，即可进行设计。　文丘利量水槽流量计算公式为：　Ｑ＝Ｉ．ｔｂＨ２￣Ｘ／２ｇ（Ｈ，－Ｈ２）　其中　、ｂ、ｇ＝９．８均为已知数，只要测得上游水深　Ｈ　及喉口水深Ｈ　即可计算出通过量水槽的瞬时流　量Ｑ。　四、结语　２００６年９月，文丘利量水设备通过了内蒙古巴　彦淖尔市科技局组织的区内外专家组鉴定，鉴定认　为：该量水设备具有可自动连续测流、水头损失小、使　用方便、测量准确、用户监测容易、功能拓展性强等特　点：有效地解决了平原灌区末级渠道坡降缓、流量小、　变化频、变幅大、多泥沙、多杂质等量水技术难题；特　别适合在平原灌区推广应用：成果整体水平达到国内　先进水平。　通过多年比较研究和实际运用，文丘利量水槽测　流时，流量系数与水头比相关性较高，在斗渠、农渠上　的测流结果均与流速仪测流结果接近，相对误差小于　５％，符合国家灌溉渠道量水规范要求，且不需单独率　定，不必区分淹没流与非淹没流，可用于缓坡降渠道，　水头损失很小．一般在５厘米以内，易于被农民接受。　过水断面光滑，抗缠绕、抗泥沙性能好，可自动连续测　流。文丘利量水设备适宜在平原灌区末级渠道中应　用，目前，在河套灌区已推广应用２００多套，效果良　好　参考文献：　…１史伏初．文丘利水槽一适用于平原灌区的大型量水　设备．《江苏水利科技》．１９９３（３）　【２】张义强，徐宏伟，王长生．河套灌区末级渠系量水技　术的适用性比较研究．科技创新与经济结构调整一第　七届内蒙古自治区自然科学学术年会优秀论文集．　２０１２．　『３１王长德．量水技术与设施．北京：中国水利水电出版　社．２００６．　・７９・