劉德斌 馬莉 潘德峰

摘要

農(nóng)業(yè)灌溉用水的計(jì)量是灌區(qū)量中的重要環(huán)節(jié)，針對(duì)灌區(qū)已經(jīng)安裝好的泵站，提出了利用前池水位法測(cè)定泵站運(yùn)行流量的方法。在東臺(tái)三灶灌區(qū)，通過(guò)對(duì)泵站工作時(shí)的運(yùn)行流量Q及與之對(duì)應(yīng)的前池水位hq進(jìn)行實(shí)測(cè)后，擬合出hqQ回歸曲線(xiàn)，根據(jù)曲線(xiàn)和實(shí)測(cè)hq值可進(jìn)行灌區(qū)灌水量計(jì)算。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，在泵站正常運(yùn)行流量范圍內(nèi)，hqQ呈良好的二次曲線(xiàn)關(guān)系，5次前池水位測(cè)定即可擬合出滿(mǎn)足計(jì)算流量精度要求的hqQ回歸曲線(xiàn)，因此前池水位法是一種簡(jiǎn)便易行的灌區(qū)量水方法。

關(guān)鍵詞 灌區(qū)量水；前池水位；水泵流量；曲線(xiàn)擬合

中圖分類(lèi)號(hào) S275.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）27-09625-02

A Simple Irrigation Water Measurement Method Based on the Water Level of Forebay

LIU Debin， MA Li， PAN Defeng

（Institute of Water Science in Coastal Regions of Jiangsu Province， Dongtai， Jiangsu 224200）

Abstract Measurement of the agricultural irrigation water is important in the irrigation district. For the installed pumping stations， a method based on the water level of forebay was suggested to determine the pump station operation flow. In Dongtai's Sanzao irrigation area， the pump flow Q and the corresponding water level of forebay hq were measured and hqQ curve was fitted， and then the total irrigation water could be calculated with the curve and hq value. The results showed that in the pump running flow range， hqQ was well fitted with a conic curve， and five water level of forebay values can make an hqQ curve meeting the calculation requirements well. The water level of forebay method is a simple method to calculate the irrigation water.

Key words Irrigation water measurement； Water level of forebay； Pump flow； Curve fitting

農(nóng)業(yè)灌溉用水的計(jì)量是灌區(qū)量水工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)^[1]，是衡量一個(gè)地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉用水水平的主要因素之一。分析目前灌區(qū)量水困難的主要原因有兩點(diǎn)：一是測(cè)定時(shí)間跨度長(zhǎng)，測(cè)定工作量大，需根據(jù)作物生長(zhǎng)需要和天氣情況，不定期提水灌溉，對(duì)泵站全部灌溉均進(jìn)行測(cè)定較困難；二是測(cè)定精度要求高，且過(guò)程繁瑣。現(xiàn)有灌區(qū)灌溉水量測(cè)量，普遍采用的方法是測(cè)標(biāo)準(zhǔn)渠道斷面的水位及斷面特征點(diǎn)的流速， 進(jìn)而推求過(guò)水?dāng)嗝婷娣e及過(guò)水?dāng)嗝娴钠骄魉伲⒁源藶橐罁?jù)計(jì)算渠道過(guò)水流量及累積灌溉水量^[2]。這對(duì)渠道斷面流量測(cè)量的精度提出了較高要求，否則最終測(cè)算的灌區(qū)灌水量與實(shí)際值會(huì)有很大偏差。

目前灌區(qū)常用的水量量測(cè)手段主要有^[3]，利用水工建筑物量水、利用流速儀測(cè)流、利用量水構(gòu)筑物等，但這些方法在實(shí)際應(yīng)用中各有其局限性^[4]。蔡長(zhǎng)舉^[5]等人提出了利用輸水灌溉時(shí)，干渠內(nèi)的水位與泵站流量間的關(guān)系，測(cè)算泵站流量的觀(guān)點(diǎn)，但此方法的干渠水位易受下游用水量的影響，其誤差較大。感應(yīng)式水位流量計(jì)由于受使用條件的限制^[6]，近期較難大范圍推廣。超聲波流量計(jì)由于測(cè)量時(shí)誤差大，且對(duì)待測(cè)液體深度有特定要求^[7]，不宜大面積推廣。以東臺(tái)三灶灌區(qū)為例，灌區(qū)種植品種為淮稻5號(hào)，在對(duì)水稻生長(zhǎng)季內(nèi)泵站運(yùn)行流量Q及對(duì)應(yīng)前池水位hq進(jìn)行實(shí)測(cè)基礎(chǔ)上，探求出兩者間關(guān)系，進(jìn)而為簡(jiǎn)化灌區(qū)量水測(cè)算工作提供一定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 測(cè)量原理

水泵的揚(yáng)程與流量間的變化關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)為QH特征曲線(xiàn)。一般泵站為固定式提水電灌站，泵站出水口高程已經(jīng)固定。設(shè)泵站出水口處的高程為M，泵站提水灌溉的前池水位hq，則前池水位hq與揚(yáng)程間存在以下公式：

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)泵站運(yùn)行流量Q與前池水位hq數(shù)值，采用線(xiàn)性回歸方法分析兩者間的關(guān)系，擬合出泵站運(yùn)行時(shí)流量Q與前池水位hq間的回歸方程。并以此為依據(jù)，對(duì)泵站實(shí)測(cè)次數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的減少優(yōu)化，可在保證測(cè)算結(jié)果滿(mǎn)足一定的精度條件下，提高灌區(qū)量水的效率。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試區(qū)概況

試驗(yàn)所在地東臺(tái)三灶灌區(qū)屬里下河圩區(qū)，灌區(qū)常水位1.1 m（廢黃河零點(diǎn)，下同）左右。若遇插秧需水高峰期（6月中下旬），水位最低可降至0.6～0.7 m間，主汛期（7～8月）受過(guò)境外來(lái)水的推托作用，水位可上升至2.7～2.8 m間，水位變化幅度大。灌區(qū)田間地面高程普遍在4.1 m左右。由于受基礎(chǔ)設(shè)施和灌溉條件等因素限制，泵站出水口高程設(shè)置為4.95 m。灌區(qū)渠道除泵站出水口處有一長(zhǎng)度為120 m左右的混凝土防滲外，其余均為土渠。該電灌泵站由于使用年限久遠(yuǎn)，泵站銘牌缺失，具體型號(hào)及參數(shù)不詳。

2.2 測(cè)定參數(shù)

為保證測(cè)算精度，此次試驗(yàn)水稻生長(zhǎng)季全部灌溉的運(yùn)行流量Q及前池水位hq均進(jìn)行測(cè)定。

（1）運(yùn)行流量Q。采用流速儀法測(cè)定，所用設(shè)備為南京水利水文自動(dòng)化研究所生產(chǎn)的LGY-II型便攜式流速儀。實(shí)測(cè)時(shí)，在泵站出水口約100 m左右位置選擇一處形狀規(guī)則、流態(tài)穩(wěn)定的斷面，通過(guò)量測(cè)標(biāo)準(zhǔn)渠道斷面的水位及斷面特征點(diǎn)的流速，推求過(guò)水?dāng)嗝婷娣e及過(guò)水?dāng)嗝娴钠骄魉?，再以此?jì)算渠道過(guò)水流量及累積水量。為保證測(cè)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)在提水泵站的出水口管道上，另安裝了一臺(tái)UFT-100型超聲波流速儀，以便對(duì)所測(cè)流量結(jié)果進(jìn)行校核。

（2）前池水位hq。在提水泵站前池位置布設(shè)水尺用以測(cè)量前池水位，水尺量程為0.0～3.0 m，測(cè)量精度為0.01 m。布設(shè)時(shí)需與附近東臺(tái)抽水站的水尺進(jìn)行校準(zhǔn)。泵站穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，對(duì)前池水位值進(jìn)行觀(guān)測(cè)并記錄。

3 結(jié)果與分析

3.1 灌區(qū)灌水量測(cè)量

2011年水稻生長(zhǎng)季內(nèi)，東臺(tái)三灶灌區(qū)共提水灌溉13次，測(cè)定所得前池水位、運(yùn)行流量、灌水時(shí)長(zhǎng)和灌水量等數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

應(yīng)考慮前池水位hq在灌區(qū)水位最高值與最低值之間均勻分布為佳。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）試驗(yàn)表明，在泵站正常運(yùn)行流量范圍內(nèi)，灌區(qū)泵站的運(yùn)行流量Q與前池水位hq兩者間具有良好的二次曲線(xiàn)關(guān)系，前池水位法可作為灌區(qū)量水的簡(jiǎn)便一種手段。

（2）通過(guò)試算得出，東臺(tái)三灶灌區(qū)水稻生長(zhǎng)季灌水總量為5.692×10⁴m³，將13次減少成5次的試算結(jié)果5.716×10⁴m³與實(shí)測(cè)灌水量5.692×10⁴m³之間相差為0.41%，提升灌區(qū)量水效率60%以上。

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