一．引文

灌區(qū)信息化建設(shè)把流量監(jiān)測視作水資源調(diào)度與高效利用的核心環(huán)節(jié)，水利工程技術(shù)人員在長期實踐中把渠道流量、流速、水位等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的穩(wěn)定采集與智能傳輸作為系統(tǒng)建設(shè)重點，這類監(jiān)測設(shè)備被廣泛應(yīng)用于大中型灌區(qū)、小型渠系與田間管網(wǎng)，為農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉與精細化配水提供可靠數(shù)據(jù)支撐。灌區(qū)流量監(jiān)測設(shè)備依托聲學(xué)、電磁學(xué)與力學(xué)傳感技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，設(shè)備與灌區(qū)渠系結(jié)構(gòu)相適配，在復(fù)雜水流條件下保持測量連續(xù)性與準確性。

二．監(jiān)測原理

渠道流量監(jiān)測多采用多普勒超聲波流量計，是利用聲波在流體中傳播的多普勒效應(yīng)，通過測定流體中運動粒子散射聲波的多普勒頻移，即可得到流體的速度，結(jié)合內(nèi)置壓力式水位計，利用速度面積法，即可測量液體的流量。電磁流量傳感器依托法拉第電磁感應(yīng)定律工作，導(dǎo)電水流在固定磁場中運動時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，電動勢大小與水流平均流速呈正比，傳感器把電動勢信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準電信號或數(shù)字信號進而得到流量數(shù)據(jù)。堰槽式測流裝置依靠標(biāo)準化過水?dāng)嗝鎸崿F(xiàn)流量換算，水流通過堰口或槽體時形成穩(wěn)定水位與流速關(guān)系，水位數(shù)據(jù)被采集后可通過理論公式直接計算對應(yīng)流量，這類結(jié)構(gòu)被大量應(yīng)用于規(guī)則渠段與計量控制點。明渠雷達流量計采用非接觸式測量方式，設(shè)備向水面發(fā)射微波信號并接收反射回波，設(shè)備根據(jù)回波延時與頻率變化同時獲取水位與流速信息，因而在多泥沙、有漂浮物的渠段中仍可正常工作。

三．技術(shù)參數(shù)

灌區(qū)流量監(jiān)測設(shè)備的性能指標(biāo)被行業(yè)按照灌溉工程規(guī)范統(tǒng)一設(shè)定，多普勒流速測量范圍通常覆蓋0.02m/s至5m/s，測量精度控制在±1%，分辨率可達1mm/s。水位測量量程適配0m至10m的灌區(qū)渠道深度，測量誤差不超過±1cm，采樣頻率可根據(jù)現(xiàn)場需求在5分鐘至30分鐘區(qū)間調(diào)整。設(shè)備工作電壓以12V或24V直流為主，整機功耗被控制在低功耗水平，待機電流降至微安級別，適合野外長期無人值守運行。數(shù)據(jù)傳輸單元兼容公用網(wǎng)絡(luò)與專用無線通信協(xié)議，數(shù)據(jù)可被實時上傳至灌區(qū)管理平臺，本地存儲容量可保障至少3個月歷史數(shù)據(jù)不丟失。設(shè)備防護等級達到室外工程標(biāo)準，可在-20℃至65℃環(huán)境溫度下穩(wěn)定工作，同時具備防雷、防浪涌與抗電磁干擾能力，適應(yīng)灌區(qū)野外復(fù)雜運行環(huán)境。

四．技術(shù)優(yōu)勢

雷達流量計非接觸式測量結(jié)構(gòu)使設(shè)備不易被渠道內(nèi)泥沙、雜草與漂浮物影響，維護人員無需頻繁下渠清理進而降低運維工作量。低功耗設(shè)計搭配太陽能供電系統(tǒng)使設(shè)備在無市電區(qū)域穩(wěn)定運行，連續(xù)陰雨天氣下續(xù)航能力可滿足一周以上工作需求，因而大幅提升灌區(qū)監(jiān)測站點的覆蓋范圍。一體化集成結(jié)構(gòu)把傳感器、采集模塊、傳輸單元與供電系統(tǒng)整合為整體，現(xiàn)場安裝與調(diào)試周期顯著縮短，工程人員可快速完成點位布設(shè)。多參數(shù)同步采集能力使設(shè)備在輸出流量數(shù)據(jù)的同時獲取水位、流速、水溫等信息，數(shù)據(jù)被平臺統(tǒng)一解析與處理，為灌區(qū)水量分配提供多維依據(jù)。標(biāo)準化通信協(xié)議使監(jiān)測終端可被接入各級灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)共享與遠程控制能力使調(diào)度人員及時掌握渠系運行狀態(tài)，異常流量或水位波動可被系統(tǒng)自動識別并推送預(yù)警信息。

五．應(yīng)用場景

干渠、支渠等骨干輸水渠道被布設(shè)固定式流量監(jiān)測站點，設(shè)備連續(xù)采集斷面流量數(shù)據(jù)，為灌區(qū)水量調(diào)度與總量控制提供基礎(chǔ)依據(jù)。斗渠、農(nóng)渠等配水渠道安裝監(jiān)測設(shè)備后可實現(xiàn)分水計量，管理人員把各渠段配水流量與實際用水量進行比對，優(yōu)化配水策略并減少滲漏損失。泵站出口與閘門上下游位置被設(shè)置流量監(jiān)測點，設(shè)備實時監(jiān)測提水流量與過閘流量，使調(diào)度人員精準控制啟閉程度，保障輸水過程穩(wěn)定高效。高標(biāo)準農(nóng)田示范區(qū)把流量監(jiān)測與水肥一體化系統(tǒng)聯(lián)動，根據(jù)作物需水規(guī)律調(diào)整供水流量，使灌溉水利用效率有所提升。小型農(nóng)田與末級渠系采用輕量化監(jiān)測設(shè)備，設(shè)備以低成本、易安裝為特點，擴大計量覆蓋范圍并補齊基層用水計量短板。

六．總結(jié)

灌區(qū)流量監(jiān)測技術(shù)在信息化建設(shè)中持續(xù)發(fā)揮基礎(chǔ)支撐作用，傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)與智能算法的深度融合使監(jiān)測設(shè)備向微型化、智能化、低功耗方向發(fā)展。設(shè)備測量精度與環(huán)境適應(yīng)性將被進一步提升，數(shù)據(jù)采集與傳輸效率持續(xù)優(yōu)化，灌區(qū)管理部門可依托完整的流量監(jiān)測體系實現(xiàn)從水源到田間的全流程計量管控，為建設(shè)節(jié)水高效、精準管控的現(xiàn)代化灌區(qū)提供堅實技術(shù)保障。