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1、高淹没度智能型量水技术在灌区中的应用上传日期：2009 年 4 月 28 日 编辑：现代经济编辑部 点击:373 次陈崇德，左兵(湖北省漳河工程管理局，湖北荆门 448156)摘 要 根据我国灌区输水系统特点和现有的管理水平，开发研制的WR-2000-W 型自记式量水设备，可直接与在灌区用水管理中使用的多种类型的量水设备相连接，实现用单台设备同时记录并传输过流建筑物上、下游水位以及闸门开度等多个实时数据。利用灌区用水管理信息系统，自动判别过流建筑物流态，完成水位流量的分析计算和数据处理。对于提高灌区管理水平，促进灌区可持续发展，作用十分明显。关键词；水位流量；自动化管理；应用；效益Abstra
2、ct: An automatic water-measuring device WR-2000-W is developed according to the features and the management level of water conveyance system in irrigation districts in China. The device can be connected to multi-type water measuring devices used in water management of irrigation districts, and imple
3、ment real-time multi-data transmissions such as the upper and lower water levels of the hydraulic structure and the opening of the water gate simultaneously. Using the water management information system of irrigation district, the device can identify the flow status of hydraulic structure, and fulf
4、ill data analysis, computation and process. The development of the technique has prominent effects on enhancing management level and promoting the sustainable development of irrigation districts.Key words: water level; discharge; automatic management; application; benefit一、概述 我国万亩以上的灌区有5500 多处，这些灌区都
5、是我国粮食、棉花、油料生产的重要基地，在国民经济建设与社会发展中有着举足轻重的地位。但是，目前很多灌区的用水管理水平与生产力发展水平不相适应，主要表现为信息采集、传输、处理不及时，调度不灵活，水量分配不公和浪费严重等，因而导致整个灌溉系统用水效率低下，达不到应有的管理水平 1 。产生问题的主要原因是灌区用水涉及信息量较大且又处于动态变化中，而目前对这些信息的收集、整理、分析仍然处于传统的人工处理模式，既费时间，且精度也不高，难以适应现代水管理的需求。尽管我国灌区情况千差万别，但对灌溉管理信息的实时性和信息收集、整理、分析手段的先进性等都有较高的要求。另外，很多渠道由于实际情况的限制无法做到自由
6、出流，这就要求解决高淹没度下的量测技术；又由于渠道水位流量观测点大都位于交通不便的农村地区、且照明电源也难以保障；以及灌溉需水变化的多样性等等。根据实际需求，研制了WR-2000-W 型自记式量水仪表，该仪表与数传设备相连接，将测量的实时数据发送到各级调度中心，再利用计算机分析处理，及时、准确、公平、公正、公开的记录各用户实际用水量，实现灌溉水的动态管理，提高灌溉管理水平 2 。二、设备主要特点（一）主要设备。智能型量水仪表由低功耗自记式浮子水位计、 WR-2000-W 型自记式量水仪表和KD 闸门开度仪等设备组成。低功耗自记式浮子水位计主要包括两大部分，一是机械式浮子传感器，它主要感应水位的
7、变化，并将该变化转化为机械数码予以显示；二是低功耗水位自动记录仪，完成就地存储、电子显示和远距离实时传送水位数据。该设备以时钟提供记录时间基础，每当设置的时间（软件设置）间隔到时，打开浮子传感器供电电路，读取该时间的水位值，并将该水位值及该点时间值存入Flash 存储器中。 Flash 存储器的存储容量为4M bit，如果10 分钟存储一条水位记录（存储间隔可由软件通过按键设置），可连续存储就近445 天的水位数据且可保持掉电后数据长期不丢失；同时考虑不同的实际需求，记录在水位计中的数据可以采用多种方式读取，如直连计算机，便携IC 卡转存，有线电话实时数传，无线实时传输等1，这些水位数据通过配
8、套软件可以转化为用户需要的流量和水量信息。WR-2000-W 型自记式量水仪表由一次变送器和WR-2000-W型数字式记录仪组成，一次变送器分为模拟传感器和数字传感器，模拟传感器把作用于其上的液体压力或者水流速度转换为两线制4 20mA 的统一标准信号，数字传感器则把位移量转换为标准格雷码输出， WR-2000-W 型数字式记录仪是用来向变送器提供能源支持和接受变送器输出信号，并将其进行转换、存储和显示出来1。 WR-2000-W 型自记式量水仪可直接与灌区用水管理中使用的多种类型的测量仪表相连接，满足用水管理单位对流量监测的不同需求3。KD 闸门开度仪设计原理与水位计相同。（二）设备主要特点
9、。1、低功耗。选用微处理器功耗很低，平时工作在睡眠状态，由实时钟，按键或串行口唤醒。采用低压差稳压电路，内部采用蓄电池，充足电后可连续使用1 个月以上；同时也可外接大容量的电池，或太阳能电池板，长期工作在野外无交流电状态之下。2、多路输入。一般的水力测量二次仪表只有一路输入，对单个采集点是有效的，但在灌区中存在大量的距离相当近的采集点，它们之间存在着相互关联，如果将它们分别作为独立的采集点对待，不仅增加二次仪表的数量，而且也增加相应的通讯设备费用。智能型量水仪表根据灌区实际需求，设计成具有四路输入的仪表，可满足绝大多数渠系水量计量的要求。3、大容量。每十分钟采集一条记录，可以存储超过三个月的数
10、据，而且这些数据即便在掉电的情况下，也可以长期不丢失。不论是实时采集还是实时记录、定期采集，存储在记录仪中的数据均可以作为原始记录保存，当数据量超过仪表的最大存储容量时，自动更新最早的数据，而保持最近的数据，当采集记录间隔变长时，存储的数据周期也会相应变长。4、使用于高淹没度出流情况的渠道。利用水力学原理，配合多个参数，解决高淹没度渠道的流量测量问题1。5、适用范围广。目前灌区使用的传感器尽管多种多样，但占主要地位的仍是4-20mA 的模拟传感器和采用格雷码输出的数字传感器，这两类传感器均可直接与二次智能仪表相连接，用户可根据实际需要，选择不同类型的传感器。虽然可编程控制器可以根据需要组合不同
11、的模块完成多路输入和输出的工作，但对灌区计量而言，实际的情况相对简单，四路输入和一路输出即可满足绝大多数灌区的需求，唯一需要考虑的是用户可能选择不同类型的传感器或者在使用过程中需要调整传感器类型，智能型量水仪表充分考虑这些实际需求，用户只需将二者按规定的接线连接即可，操作简单，容易为灌区广大的水管人员掌握。6、灵活的通讯方式。提供标准的RS232、 RS485、 RS422接 口，用户可根据实际需求，选配不同的通讯模式，完成水量相关数据 的监测和采集。7、在实时通讯模式下，具有内外部参数设定，上、下限报警，数据输出等功能。三、灌区用水管理信息系统软件 “灌区用水管理信息系统”基于微机的Wind
12、ows 2000/XP 环境，内容包括渠系及用户信息自定义建立、用水统计、数据采集等 3 。灌溉用水管理信息系统框图见图1。图 1 灌溉用水管理信息系统框图1、文件管理模块是按照一定的主题和时间，对灌区建设和管理期间积累的大量珍贵音像、照片及文献等资料分别归类、整理，可自动进行文件编码，并记录文件的存储位置、内容简介等，为检索和查询有关资料提供应用方便。2、灌溉系统模块包括行政区划、灌区机构、渠道类型、渠系定义、用户定义及渠系用户关系等。行政区划用树状结构和表格图片描述行政区划各种属性，以省、地、县、乡、村、组六级描述，完成灌区所处行政区划的定义；灌区管理机构部分，用树状结构和表格图片描述灌区
13、管理机构各种属性，以管理局、管理处、管理段三级描述，完成灌区各级管理机构的定义；渠系定义中，从水源开始，自上而下，通过设定渠道类型（包括泵站、闸门、跌水、渡槽、涵洞等其他各类渠系建筑物）并输入相应的属性参数，完成渠系建筑物的定义；渠系用户对应关系，用树状结构和对应表格描述灌区管理机构和渠系的对应关系，以及用户与渠道的对应关系。3、用水需求模块主要是根据灌区中小型水利设施蓄水情况、工程现状、作物生长期、天气预报、田间水层深等实时信息，预测灌区各干渠在今后10d 内的用水情况。4、配水计划模块是根据预测或灌区的实际需要，在遵循灌区灌溉制度和节水灌溉的条件下，对各级渠道进行计划配水。5、水量计量模块
14、包括：计量测点的仪器编码设置、通讯端口设置、电话号码设置、采集方式设置等；流量计算点的算法设置、参数设置、对应数据设置等；数据采集功能包括主机直联，电话采集，GSM 采集，磁卡采集，对不具备数字采集的点还可采用手工录入等。该模块是对灌溉用水的实际运行过程进行记录，为及时调整用水计划提供依据，也便于灌溉结束后进行用水总结。6、渠系控制模块主要是对各配水点闸门进行有效管理，根据上级调度中心的指令，调整闸门开度，并使出闸流量达到设定值。7、统计报表 模块是依据不同的需求，设计各种符合灌区实际情况的统计报表，报表内容可由用户动态选择，动态生成，为用水计划的编制和执行提供依据。8、水费管理模块是对灌区水
15、费征收进行有效监督、管理的手段，可进一步提高用水户节水意识和水费征收管理透明度。9、信息查询模块包括水源到农户支渠进口各环节的动态运行情况，达到科学决策、优化调度、提高用水效率的目的。10、政策法规 模块收集了部分常用的相关水利法律文件，包含：国家法规 (水法，防洪法，水土保持法等)，行政法规，水利部规章，水利产业政策等。11、系统功能 模块包含数据备份，数据载入，数据整理，密码管理，系统操作记录等功能,其主要功能就是在系统创建之后，为保证网络的有序运行，由系统管理员对不同操作员的级别进行界定和授权，根据实际操作程序，不同级别的操作者，应具有不尽相同的工作职责和操作权限。四、应用与效益（一）应
16、用。在漳河总干渠一、二支渠进口，二干渠三界和纪山节制闸上、下游以及四干渠安栈口、温家巷节制闸上、下游等八处量水点安装WR-2000-W 型自记式量水设备。在进水闸或节制闸上下游水流态比较稳定或有水尺观测的地方建设水位井，井内安装低功耗大容量自记式水位计；闸室内根据闸门孔数分别安装闸门开度仪，通过信号转换设备将水位与闸门开度传感器连接起来，通讯采用当地的公网有线设施，在管理局、处、段三级调度中心安装“灌区用水管理信息系统”软件，如需了解某渠道某测点的实时流量，只要拨通电话号码，则直接进入软件系统，某渠道某测点的流量变化过程全部显示在计算机屏幕，供调度者决策。如需了解其他情况，按需要选择不同的菜单，直接为决策者服务。所有信息既可显示、打印，也可存贮在计算机中随时调用。当决策者身处外地，只要打开随身携带的笔记本电脑，拨通电话号码，即可指挥灌溉调度。（二）项目实施前后经济指标对比。项目实施前后的技术经济指标对比较见表1。表 1 项目实施前后的技术经济指标对比内 容项目实施前项目实施后灌区管理模式静态管理，缺乏灵活性
