平原地区农业供水管道式电磁流量计的选型与布局设计探讨

摘要：农业供水计量是灌溉管理、水量核算、水价分析的重要前提。合理设置供水计量设施成为农业水价综合改革的基础性工作，能促进农业产业持续节水。宿豫区地处黄淮海平原，作为**农业水价综合改革试点区，在农业供水计量设施的选型与布局方面进行了深入探讨，比选出切实可行的方案并付诸实施，为平原地区农业供水计量设施的推广实施积攒了典型经验，对其他项目实施单位具有一定的借鉴作用。
1　终端水价形成对供水渠系计量设施的要求
1.1 数量上便于供需双方考核确认
目前，我国农业灌溉用水多为大水漫灌方式，导致水资源有效利用率低。同时，计量设施少，用水户长期使用“大锅水”，导致用水户节水意识不强。为促进农业节水，减少用水户水费支出，根据**发展改革委、财政部、水利部统一部署，在**范围内推行农业水价综合改革试点工作，实行农业用水的总量控制和定额管理。为此，需对农业用水加以准确计量，便于供需双方考核确认。计量设施从以前的干、支渠*延伸到斗渠*或农渠*，为灌溉用水供需双方考核确认提供依据。
1.2 使用上满足基层农户取水需求
为减少对农业输水的影响，计量设施需要计量准确、简单直观、水头损失小、输水通畅等。计量准确一般要求计量误差小于3%~5% ；简单直观，一般要求具备现场显示屏或直观曲线图 ；水头损失小则要求不能明显增加原输水渠道的水头损失 ；输水通畅则要求计量设施不能影响渠道过水能力。
1.3 布局上适应用水组织分片计量
因用水组织的行政边界与水文边界不完全一致，为了便于计量用水组织用水量，需对跨用水组织灌溉的渠道增设计量设施。通过多渠道分段安设计量设施，方便计算各用水组织的实际用水量。
1.4 安全上满足供水单位拆卸统一管理的要求
在设置量水设施时，应重点考虑量水仪表的安全防护问题，在正常运行使用时需能防盗防破坏，在灌溉结束时需能由管理单位统一拆卸，便于保养维护。
2　现有灌溉渠系供水计量设施主要性能比较
2.1 灌溉渠系供水计量方法分类
当前，灌溉渠系常用的量水方法有利用水工建筑物、特设量水设备、流速仪、水尺、新型管道量水等几种。现对各种量水方法分述如下 ：
利用水工建筑物量水 ：针对已有的固定放水建筑物，根据建筑物的结构尺寸、水文参数，通过特定流量公式计算出过水流量的量水方法。根据建筑物形式又分为闸门及孔口出流、倒虹吸管道及渡槽等。利用特设量水设备量水 ：通过特设的水位 ( 水深 )、流速、水压及流向测定的设备进行量水。常用的包括各种堰、槽、喷嘴、配水器等。
利用流速仪量水 ：通常包括利用转子式流速仪、旋杯或旋浆流速仪、声波流速仪及电磁流速仪量水等。利用水尺量水 ：常用的方法是对选定的地点用流速仪测定不同的水流条件下的流量，而后作出“水头-流量”关系曲线图，对照曲线图，即可用水尺测得的水位计算出流量。新型管道量水 ：利用管道量水设备在满管有压状态下对顺直管道中的水流进行量水。常见的有旋翼式水表、螺翼式水表、管道式电磁流量计、超声波流量计等。
2.2 灌溉渠系供水计量设施的主要性能比较
2.2.1 水工建筑物量水的主要性能
主要特点 ：水工建筑物量水较为经济、简便。经济性体现在不需额外建设量水设施 ；简便性体现在测试方法易于掌握，根据实际运行的闸位、上下游水位按相应公式计算即可。
适用条件 ：建筑物本身必须完整无损，并且严格按照设计尺寸施工，无变形及漏水现象；无紊流及水面波动情况；建筑物符合水力计算的要求，上下游水头差不小于 5cm，在淹没状态时，淹没度不大于 0.95。设施选型 ：因水工建筑物量水设施所依据的量水公式中诸多参数只是理论值，未经实际率定，系统误差较大，不推荐在末级渠系中使用。
2.2.2 特设量水设备量水的主要性能
主要特点 ：特设量水设备测量结果较为精确，但会对渠道中的水头造成一定损失。
适用条件 ：有一定的过水能力 ；操作、使用、计量、计算简便可行 ；明渠上游要有 40 倍水力半径的平直段 ；不能有过大的流速水头，否则易产生较大的水头测量误差。设备选型 ：在常用的堰槽等特设量水设备中，长喉槽量水设施相比其他量水设施具有水头损失小、淹没度高、过泥沙及漂浮物能力强等特点，*适合平原地区末级渠系明渠量水。
2.2.3 流速仪量水的主要性能
主要特点：流速仪量水测量结果比较精确，但费用较高，并且测量及计算较为费时费工。
适用条件 ：测量渠段应较为平直、规整、无障碍 ；水流条件好，无紊流及涡动、波动现象等。设备选型 ：因流速仪量水计算较为复杂，测量*为费时费工，一般只作为其他量水设施率定校核使用，不推荐其作为灌溉渠系量水设施使用。
2.2.4 水尺量水的主要性能
主要特点 ：水尺量水测量方法简单，容易掌握，因新型水位计的开发应用，便于网络智能传输。
适用条件 ：测量渠段平直、稳定且渠道比降较大 ；水流均匀、流速较快。
设备选型：因水尺量水要求渠段中水流均匀，流速较快，比较适宜渠道比降较大的地区使用，不适合平原地区平缓渠道使用。
2.2.5 新型管道量水的主要性能
主要特点 ：新型管道量水仪器具有测量结果直观、精度较高、无额外水头损失，便于网络智能传输的特点。
适用条件 ：安装位置前后有较长的平直管道 ；测量时管道需有满管水流。
设备选型 ：在诸多的新型管道量水设备中因管道式电磁流量计及超声波流量计管径能与被测管径相同，不会阻碍水流或积聚其他杂物，故用得较多。在实际选型中因超声波流量计存在零点漂移及自定义参数较多的问题，所以在固定式农业供水计量方面用得较少。管道式电磁流量计相对来说性能稳定、精度较高，在工业、农业供水计量方面使用较多。管道式电磁流量计按原理分有橡胶衬里型、插入型、电磁水表型；按供电方式分有常规电源型、电池供电型等，均可加装GPRS 通讯模块，实现远程数据自动采集功能。
3　宿豫区灌溉渠系终端计量设施的选型与布局
3.1 宿豫区灌溉渠系终端计量设施的布局
3.1.1 根据水源总量控制要求进行布局
根据**“四部委”文件精神，要求对农业用水试行总量控制和定额管理。为达到总量控制的目的，需对各控制区域内的灌溉水源出口处设立量水设施。宿豫区在 2013年度、2014 年度的水价改革项目中，在项目区的水源地设立了 4 处量水设施。
3.1.2 根据试点项目区分类进行布局
在宿豫区水价改革项目中，按照水源类型及土地性质，已将项目区划分为自流、提水、末级渠系、回归水利用、土地流转等供水区。在 2013 年度、2014 年度项目中，五种灌溉区域内共设置了 57 处量水设施。
3.1.3 根据终端水价考核需要进行布局
农业水价综合改革项目的核心工作是转变用水方式和考核办法，由传统的用“大锅水”转变为“总量控制和定额管理”。在 2013 年度项目中的 15 处量水设施中有 11 处是专为终端计量设置的，在 2014 年度项目中的 42 处量水设施中有 37 处是专为终端计量所设置的。
3.2 宿豫区灌溉渠系终端计量设施的选型
3.2.1 根据输水条件、投资大小选型
宿豫区地处苏北平原，各干、支渠*多有提水泵站或开敞式渠*闸对水源进行控制，斗、农渠*多有涵管式斗、农门对水源进行控制。在渠道较长、水头富余度略大、比降大于 1 ︰ 5000 的渠道中可选用长喉槽进行量水。而对于渠道短小、水位紧张、流态不稳定，渠*又有较长的涵管式斗、农门建筑物时，可选用等管径的电磁水表进行量水。
根据实际投资测算，在管道直径小于或等于 600mm 时，使用电磁水表量水比用长喉槽量水有较大的投资优势，而在管道直径大于或等于 1000mm 时，使用长喉槽量水又比用电磁水表量水有较大的投资优势。
3.2.2 根据供电条件、现场显示要求选型
在农业灌溉条件方面，大多没有市电供电电源，在选用各类量水仪表时，要按有无市电电源进行适当选型。在有市电电源时可选防护等级略低的 IP64 级以上、较为经济的量水仪表 ；在无市电电源时需考虑选用大容量锂电池进行供电，供电时间不少于 3 年时间，防护等级相应达到IP66 级以上。另外，优先选用具有现场显示功能的仪表。
3.2.3 按照“高精度、免维护、低成本”要求选型
一般而言使用传统常规计量设施能将量水精度控制在3%~5%（等同于 3.0 级 ~5.0 级）之间已经比较好了。在宿豫区水价改革项目中除了 3 套明渠流量计、8 套长喉槽量水仪器的系统量水精度为 2.5 级外，46 套电磁水表量水精度达到 1.0 级以上，均能胜任农业供水计量的精度要求。另外，项目区中所有量水仪表均具有“免维护”的特点，可以在野外长期运行，*大地降低了管理人员的管理难度，减少了管理量水设施的工作量。
3.2.4 按照“智能采集、网络共享”要求选型
为了更进一步减少管理单位的运行成本，便于快捷地对计量用水进行统计、分析、成本核算，宿豫区水价改革项目区中所有量水仪表均依托当前网络科技发展技术，运用 GPRS 数据传输模块，将现场采集的灌溉水参数智能传输到装有专用接收处理软件的服务器中，并利用专用处理软件对服务器数据库中的数据进行分析、处理，便于管理单位与用水户**查询、分析、统计。
4　结语
宿豫区农业水价综合改革基于以上要求*批所选取的57 套计量设施，至今已运行 3 年以上，受到省内外诸多市县的观摩借鉴，效果良好。为方便各级渠道计量选型，现总结出计量设施选型口诀如下 ：
一看渠水二看电，三看屏显加曲线 ；
干支渠*控总量，规则斗渠长喉堰 ；
小渠*好电磁表，电池供电方便跑 ；
选型不光性价比，智能共享有*好。