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      電磁流量計

      水資源監控能力建設中農業取水口水量監測方法研究

      水資源監控能力建設中農業取水口水量監測方法研究,2011年中央1號文件《關于加快水利改革發展的決定》首次提出要實行嚴格的水資源管理制度, 實行嚴格水資源管理制度的關鍵是圍繞水資源配置、節約和保護, 確立水資源管理三條紅線, 建立水資源管理責任制和考核制度[1], 確保水資源管理目標的實現。首先確立水資源開發利用控制紅線[2], 嚴格實行取用水總量控制, 加強水量水質監測能力建設。因此, 必須加強水資源監控設施建設, 實時掌握來水、取水、用水、排水動態, 保證水資源信息的實時性、準確性, 對農業用水重點戶進行監控, 落實總量控制、定額管理以及水權分配。

      隨著國家水資源監控能力建設項目的實施, 盤錦市水資源監控能力建設取用水戶取水監測設備、設施已建設完成, 實時監測數據能夠傳入省級水資源監控管理信息平臺。在該平臺里應用相應的計算模塊, 可以實現實時水量監測。為保證信息平臺水量監測計算模塊的正常運行, 需要植入水泵揚程、效率等參數。為保證各項參數能夠符合實際情況, 在取水站水泵運行時, 對取水流量進行施測, 應用科學計算方法來確定這些參數。

      1 研究區概況

      遼寧省盤錦市位于東經121°25′~122°31′、北緯40°39′~41°27′之間, 境內共有農業取水口22處, 分布于大遼河 (渾河) 、遼河、小柳河沿岸。于每年的4月份開始陸續取水灌溉, 至9月末灌溉結束停止取水。其中在大遼河沿岸取水的有南塘、東風等11個站, 在遼河沿岸取水的有東地、孫家等6個站, 在小柳河沿岸取水的有王家、丁家等6個站 (圖1) 。

      2 研究方法

      2.1 農業灌溉取水方式

      盤錦市境內農業灌溉取水口取水方式主要有兩種, 一種是閘門引水, 通過閘門啟閉來控制引水量, 屬于自流引水方式。引水量大小與水源水位高低、閘門開啟高度密切關聯。還有一種是泵站抽水, 通過抽水站水泵抽取水量。取水量大小受水泵數量、電動機功率、水泵功率、水泵揚程等影響。

      閘門引水的監測站為吳家總干、雙繞閘、西繞閘、二道橋子防洪閘。其他取水監測站均為水泵抽水。

        圖1 監測站點位置分布.png

                                    監測站點位置分布   

      2.2 取水流量監測方式

      根據兩種取水方式各自的特點, 主要有明渠流量計、機組測電、水位流量關系三種流量監測方法。

      2.2.1 明渠流量計法

      對于流場較穩定、無分支的取水渠道, 將聲學多普勒多點剖面流速儀安裝于圓形保護井內[3], 由“碉堡觀察孔”進行測量, 通過配套的流速流量積算儀即可計算出實時流量、累積水量。保證流量監測的準確性、穩定性, 實時性。

      2.2.2 機組測電法

      對于取電為較低電壓的抽水站, 監測泵站機組的功率, 通過效率曲線折算成提水的流量或水量。

      2.2.3 水位流量關系法

      對于取電電壓較高, 不利于監測設備安裝的泵站, 安裝自動水位監測設備, 通過率定水位流量關系推算提水流量或水量。

      2.3 關系曲線檢驗[4]

      2.3.1 符號檢驗

      檢驗所定水位流量關系曲線兩側測點數目是否均衡合理, 以此判斷關系曲線定得是否正確, 其表達式為:

      u=k-0.5n-0.50.5n?????????(1)

      式中:u為統計量;n為測點總數;k為測點偏離曲線正號或負號個數。

      2.3.2 適線檢驗

      按水位遞升次序排列, 檢驗實測點偏離曲線正負號的排列情況, 以此檢查定線有無明顯系統偏離, 其表達式為:

      u=0.5(n-1)-k-0.50.5n-1?????????(2)

      式中:u為統計量;n為測點總數;k為變換符號次數, (k<0.5 (n-1) ) 時作檢驗, 否則不作此項檢驗。

      2.3.3 偏離數值檢驗

      檢驗測點偏離關系曲線的平均偏離值 (即平均絕隊誤差) 是否在合理范圍內, 以此用數據論證曲線定得是否合理, 其表達式為:

      Spˉ=sn?????????(3)S=(pi-Ρˉ)n-1?????????(4)t=ΡˉSpˉ?????????(5)

      式中:Pi為測點與關系曲線的相對偏離值;n為測點總數;Ρˉ 為平均相對偏離值;Sppˉ 的標準差;S為P的標準差;t為統計量。

      2.3.4 標準差

      Se=[1n-2(Qi-QciQci)2]12?????????(6)

      式中:Qi為第i次實測點的流量, m3/s;Qci為第i次實測點的流量Qi相應水位的曲線上的流量, m3/s;i為測點總數。

      3 結果分析

      通過三年的流量對比測驗, 收集到三種不同監測方式的數據, 經過誤差與精度計算分析, 三種監測方式監測到的取水水量與實際取水量相近。每種監測方式選取一個站, 以2017年監測數據為例進行對比分析 (表1) 。

      雙繞閘, 明渠流量計法。應用ADCP[4]進行流量對比測驗17次, 與明渠流量計同時刻流量建立相關關系, 確定系數為1.37。經推算的水量與調查值比較誤差為-8.6%。

      孫家站, 機組測電法。應用ADCP及流速儀進行流量對比測驗14次, 在流量測驗同時觀測水泵揚程、電機功率, 推算出水泵效率參數, 根據實時監測的電功率推算出取水量。經推算的水量與調查值比較誤差為8.4%。

      吳家總干, 閘門引水, 水位流量關系法。應用ADCP及流速儀進行流量對比測驗24次, 建立單一水位流量關系線, 推算取水量。經推算的水量與調查值比較誤差為-3.2%。

      東風站, 水泵抽水, 水位流量關系法。應用ADCP及流速儀進行流量對比測驗18次, 建立單一水位流量關系線, 推算取水量。經推算的水量與調查值比較誤差為12.4%。

                           表誤差分析 
      表1 誤差分析.png

      4 流量監測特點及適用性分析

      通過上述分析, 可以看出誤差小的為閘門引水、采用水位流量關系法的吳家總干站。而誤差大的為水泵抽水、采用水位流量關系法的東風站, 誤差超過了10%, 為12.4%。

      明渠流量計法, 特點是相關簡單, 維護方便, 對于流場穩定、無分支的渠道適用性較好。在實際運用時, 只需在引水初期對比測驗若干次, 率定出改正系數, 即可推算出全部灌溉期取水量。缺點是, 在灌溉期結束后, 需要拆卸傳感器, 第二年灌溉期前再進行安裝。由此, 當年率定的改正系數就有變化, 需要再次率定。

      機組測電法, 特點是維護簡便、受外界因素影響小。原則上適用于各種電力泵站。但是, 在實際應用中, 某些高電壓泵站, 出于安荃因素, 無法安裝互感器, 只能采用其它方法。對于低電壓泵站, 適用性好、準確度高。通過流量率定, 可以在一定程度上計算出某個抽水泵站水泵的綜合效率、揚程。

      水位流量關系法, 具有設備便于安裝、維護簡便的特點。對于流態接近于自然河道的吳家總干渠道, 水位流量關系線單一、標準差較小。但是, 對于水泵抽水的渠道, 受水泵揚程、效率、支渠閘門啟閉影響, 水位流量關系散亂, 推算水量誤差較大。通過流量對比測驗, 率定出自動監測平臺所需要的水位流量關系, 按照水文資料整編規范[5]的要求進行了三線檢驗, 各項指標均在誤差范圍之內, 兩種取水類型水位流量關系對比如圖所示 (圖2) 。

           圖2 兩種取水類型水位流量關系對比.png            

                            圖兩種取水類型水位流量關系對比 

      5 結語

      針對三種類型農業取水站, 采用不同的流量監測手段。對于閘門取水方式監測站, 明渠流量計法和水位流量關系法具有較好的適用性, 能夠基本滿足日常監測水量技術要求。對于電力泵站, 機組測電法是為理想的監測方法。而水位流量關系法應用于此時, 受泵站抽水特性影響, 水位流量關系散亂, 推算水量誤差較大, 適用性比較差。但是, 總體而言, 通過對取水站取水流量的率定, 取得水位流量關系, 水泵效率、揚程與出水量關系, 還是能夠推算出總體取水量, 誤差在允許范圍之內。通過水資源監控能力建設農業取水口水量監測, 能夠掌握盤錦市區域農業取水口取水總量, 為水資源管理部門提供準確的農業灌溉用水總量信息, 為嚴水資源管理制度實施提供技術支撐。


      標簽:   農業取水口水量監測
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