摘 要：渠道水利用系數(shù)是灌區(qū)改造與節(jié)水灌溉的重要指標(biāo)，也是衡量渠道輸水效率的標(biāo)志性指標(biāo)。以阿合別斗灌區(qū)為測(cè)試渠道，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用從不同渠道確定2種儀器在不同條件的適用性，對(duì)如何快速精準(zhǔn)測(cè)量渠道流量提供新的方法。

關(guān)鍵詞：LS1206B流速儀;多普勒便攜式流速儀;渠道測(cè)量

中圖分類(lèi)號(hào)：S2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20201115017

收稿日期：2020-10-20

基金項(xiàng)目：新疆現(xiàn)代灌區(qū)建設(shè)及高效節(jié)水關(guān)鍵技術(shù)（項(xiàng)目編號(hào)：2020.D-004）

作者簡(jiǎn)介：余其鷹（1994-），男，碩士。研究方向：水文水資源。

1?概述

流速儀是一種測(cè)量流速的測(cè)量?jī)x器，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，測(cè)速裝置也呈現(xiàn)自動(dòng)化、多樣化，常見(jiàn)的旋槳式流速儀因價(jià)格便宜，受到水利行業(yè)青睞，但因不同水體造成測(cè)量誤差。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的超聲波、激光、多普勒流速儀相繼流入市場(chǎng)，裝置雖然先進(jìn)，但價(jià)格不菲，而且通過(guò)各種原理設(shè)計(jì)下的流速儀呈現(xiàn)的缺陷也是限制大量推廣的主要原因。選擇適宜的流速儀，準(zhǔn)確測(cè)定流量，確定渠道水利用系數(shù)是合理評(píng)價(jià)節(jié)水灌溉發(fā)展成效和分析水潛力的重要基礎(chǔ)。

阿合別斗中型灌區(qū)位于新疆塔城地區(qū)托里縣，占地面積約116000hm2，草場(chǎng)面積11.13萬(wàn)hm2，灌溉面積7293.33hm2。灌區(qū)地處亞歐大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，春季多風(fēng)，夏季炎熱而短促，秋季涼爽，冬季嚴(yán)寒而漫長(zhǎng)，屬于典型的干旱、半干旱大陸性氣候區(qū)。根據(jù)托里縣氣象資料顯示，阿合別斗中型灌區(qū)多年平均氣溫4.9℃，多年最高氣溫40.2℃，最低氣溫-36.6℃，多年最冷月平均氣溫-12.56℃，年凍融循環(huán)次數(shù)小于100次。多年平均降水量253.1mm，蒸發(fā)量為2017mm，多年平均積雪深為32cm，最大凍土深1.5m。無(wú)霜期116d左右，主風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，年平均風(fēng)速7～9m·s-1，徑流主要靠泉水和融雪水補(bǔ)給，多年平均徑流量為1351×104m3。

通過(guò)傳統(tǒng)旋槳式流速儀與現(xiàn)代化便攜式多普勒流速儀進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)測(cè)定，探求不同級(jí)別渠道2種流速儀的測(cè)定結(jié)果，總結(jié)不同流速儀適用條件，在滿(mǎn)足測(cè)定精度條件下，達(dá)到快速測(cè)定流量的目的。

2?方法與儀器

2.1?試驗(yàn)區(qū)概況

本次試驗(yàn)選取阿合別斗老風(fēng)口干渠渠首處，支渠渠首加5km處，選取水面波動(dòng)小、水面平穩(wěn)的梯形水泥斷面。采用江蘇通達(dá)儀表有限公司生產(chǎn)LS1206B型旋槳式流速儀（以下簡(jiǎn)寫(xiě)為旋槳式流速計(jì)）、多普勒便攜式流速儀。

2.2?試驗(yàn)方法及其原理

2.2.1?旋槳式流速儀

利用噴漆確定測(cè)量斷面，然后用測(cè)深儀器布設(shè)3條垂線(xiàn)，將斷面分為3個(gè)小部分;用儀器測(cè)量每條垂線(xiàn)位置水深，計(jì)算斷面面積、垂線(xiàn)上的平均流速，最終確定斷面的平均流速;斷面面積與平均流速的乘積即為斷面流量大小。儀器測(cè)算公式：

V=KNT+C（m/s）（自動(dòng)計(jì)算）

式中，V為測(cè)流時(shí)段內(nèi)平均流速，m·s-1;K為槳葉水力螺距;C為流速儀常數(shù);T為測(cè)流時(shí)時(shí)長(zhǎng)，s;N為T(mén)時(shí)段內(nèi)信號(hào)數(shù);K、C均為常數(shù)。

2.2.2?多普勒便攜式流速儀

多普勒流速儀利用多普勒原理測(cè)量流量，可提供瞬時(shí)值和累計(jì)流量值，可選配短信和GPRS無(wú)線(xiàn)模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙測(cè)。

3?結(jié)果分析

3.1?干渠測(cè)量

利用便攜式多普勒流速儀與旋槳式流速儀分別在阿合別斗干渠進(jìn)行測(cè)量對(duì)比結(jié)果如表1至表3所示，干渠旋槳式流速儀斷面流速在垂線(xiàn)上從下至上呈遞增，符合水動(dòng)力學(xué)理論，便攜式多普勒流速儀在垂線(xiàn)上誤差較小，產(chǎn)生誤差的主要原因是渠道的糙率和20s內(nèi)的平均讀數(shù)以及溫度共同決定的。

通過(guò)比較測(cè)量2種結(jié)果分析，最大測(cè)點(diǎn)相對(duì)誤差大于5%的誤差規(guī)定，其余測(cè)量參數(shù)（斷面流量、水量斷面面積、平均流速等）均符合誤差規(guī)定。最大測(cè)點(diǎn)流速的誤差值是2種儀器設(shè)置原理不同導(dǎo)致的，多普勒測(cè)得流速為每20s更新的最大流速，旋槳式流速儀為每30s更新的平均流速，但多次測(cè)量后斷面流量的相對(duì)誤差為1.2%，屬于可接受范圍內(nèi)。

3.2?支渠測(cè)量

選取支渠斷面如干渠相同方法在斷面垂線(xiàn)上依次做相同試驗(yàn)結(jié)果如表4至表6，經(jīng)過(guò)測(cè)量支渠部分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，旋槳式流速儀流量能夠滿(mǎn)足5%的誤差規(guī)定，便攜式多普勒流速儀相對(duì)旋槳式流速儀所得出的斷面流量相對(duì)誤差高達(dá)33.23%，最大點(diǎn)流速和平均流速相對(duì)誤差大于5%。分析主要原因是便攜式流速儀測(cè)量水深與實(shí)際水深不符合，故斷面面積小于實(shí)際面積;斷面流速小于實(shí)際流速。綜上，斷面實(shí)際流量大于斷面實(shí)測(cè)流量。因此在斷面較窄、邊緣流速較大的矩形渠道使用便攜式多普勒剖面流速儀測(cè)流，誤差較大，不宜使用。

4?結(jié)論及建議

阿合別斗作為托尼縣的中型灌區(qū)，通過(guò)測(cè)流達(dá)到測(cè)算灌溉系數(shù)，測(cè)流的精準(zhǔn)性十分重要。但是由于渠道水質(zhì)不同造成的精度不高會(huì)影響水量統(tǒng)計(jì)，直接影響灌溉系數(shù)，因此針對(duì)不同渠道選擇合適的測(cè)流儀器十分重要。綜合試驗(yàn)后給出如下建議。

4.1?渠道斷面選擇

應(yīng)選擇糙率低，水面起伏小，平穩(wěn)流態(tài)的規(guī)則斷面進(jìn)行測(cè)流。

4.2?水深

針對(duì)不同水深選擇不同測(cè)流儀器，便攜式多普勒流速儀與旋槳式流速儀最低測(cè)流水深分別為5cm、10cm。

4.3?水質(zhì)

旋槳式流速儀在測(cè)流過(guò)程中遇到水草漂浮物時(shí)，會(huì)纏繞住轉(zhuǎn)動(dòng)軸，嚴(yán)重影響測(cè)流結(jié)果;便攜式多普勒流速儀是通過(guò)多普勒原理監(jiān)測(cè)水中顆粒物反射波來(lái)測(cè)得瞬時(shí)最大流速，當(dāng)水質(zhì)清澈時(shí)，可能在短時(shí)間內(nèi)沒(méi)有讀數(shù)，故應(yīng)選擇渾濁水體測(cè)流精度較高。

4.4?檢查與保養(yǎng)

定期檢查便攜式多普勒流速儀探頭、電線(xiàn)等設(shè)施。試驗(yàn)完成后用光滑軟布擦拭與水接觸部位，防止生銹腐蝕。定期檢查電池電量。雨天工作時(shí)，保護(hù)好設(shè)備主機(jī)，避免雨水進(jìn)入主機(jī)造成短路損害。多普勒流速儀測(cè)流速度快、高精度、數(shù)據(jù)可靠等優(yōu)點(diǎn)適用于較大干渠及支渠中，而旋槳式流速儀適用于大小斷面支渠，針對(duì)不同渠道選擇不同設(shè)備為阿合別斗灌區(qū)測(cè)流，實(shí)現(xiàn)提高灌溉系數(shù)提供理論基礎(chǔ)。

（責(zé)任編輯?周康）