1、現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)渠道量水技術(shù)與設(shè)施(精)現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)一、渠道量水技術(shù)與設(shè)施一、渠道量水技術(shù)與設(shè)施渠道量水按照量取的數(shù)據(jù)可分為水位量測(cè)和流量量測(cè)兩大類，其中水位量測(cè)最為普遍。與堰和閘等相結(jié)合，還可以通過(guò)水位來(lái)計(jì)算流量。水位或流量的量測(cè)需要通過(guò)相應(yīng)的傳感器完成，傳感器和儀表是遠(yuǎn)端裝置（RTU）的重要組成部分。這些儀表將測(cè)量的數(shù)據(jù)數(shù)字化并傳輸?shù)街行挠?jì)算機(jī)或中心控制設(shè)備上?，F(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)（一）傳感器和測(cè)量?jī)x表（一）傳感器和測(cè)量?jī)x表傳感器和儀表系統(tǒng)一般包括以下部分:機(jī)械部分、機(jī)電信號(hào)轉(zhuǎn)換(模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào))、A-D轉(zhuǎn)換、信號(hào)調(diào)節(jié)設(shè)備等。 1電位計(jì)電位計(jì) 2數(shù)字軸角編碼器數(shù)字軸角編碼器3線性電壓差

2、變壓器線性電壓差變壓器4測(cè)斜儀測(cè)斜儀5壓力變送器壓力變送器現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)（二）渠道水位的量測(cè)（二）渠道水位的量測(cè)傳統(tǒng)的水位量測(cè)方法是在測(cè)驗(yàn)斷面設(shè)立水尺，人工定時(shí)觀測(cè)水位，這種測(cè)驗(yàn)方法不適應(yīng)自動(dòng)化迅速發(fā)展的需要，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)了大量的自動(dòng)觀測(cè)記錄水位的設(shè)備，用以代替人工觀測(cè)。自動(dòng)觀測(cè)記錄水位的設(shè)備有自記水位計(jì)、水位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等。自記水位計(jì)是至今最常用的水位觀測(cè)儀器，它可以連續(xù)記錄水位變化的完整過(guò)程，其類型很多，如按水位傳感方式來(lái)劃分，主要有浮子式、壓力式和超聲波式。此外，還有觸針式、電容式、電阻式等，它們各自適用于不同的情況?，F(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)1浮子式遠(yuǎn)傳水位計(jì)2壓力式水位計(jì) 主要有吹氣引壓式的壓

3、力水位計(jì)和壓阻式傳感器等類型。以下是兩種常見(jiàn)的壓力式水位計(jì):（1）WQC-1型氣泡水位計(jì)（2）WYY型遙測(cè)壓力式水位計(jì)3超聲波水位計(jì)4觸點(diǎn)式水位計(jì)5電容式水位計(jì)現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)超聲波水位計(jì) 超聲波水位計(jì)是利用聲波的反射特性，根據(jù)聲波傳播速度和往返傳播的時(shí)間來(lái)檢測(cè)水位的無(wú)測(cè)井自記水位計(jì)。按聲波傳播介質(zhì)的不同，分液介式和氣介式兩種，如圖所示。 現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)圖圖8-1 超聲波水位計(jì)基本原理示意圖超聲波水位計(jì)基本原理示意圖(a)液介式；液介式；(b)氣介式氣介式現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)它們的基本原理完全相同，都是由電聲換能器向水面發(fā)射聲波，發(fā)出的聲波被水面反射回來(lái)，又被換能器所接收。由聲速vc和往返傳播時(shí)

4、間t，即可求得換能器與水面的距離d，見(jiàn)式(8-1): tvdc2現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)tvZdZZtvZdZZcc220000再由換能器安裝高程Z0，就可求得水位Z，見(jiàn)式(8-2):液介式氣介式現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)(三三)渠道流量的量測(cè)渠道流量的量測(cè)測(cè)量流量的方法有多種，但大多數(shù)都是通過(guò)測(cè)量水位來(lái)計(jì)算流量。在很多系統(tǒng)中，都是對(duì)水位和流量同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。自動(dòng)控制渠道系統(tǒng)中流量測(cè)量的方法主要有:聲波和超聲波流量計(jì)、閘孔流量算法、巴歇爾槽、堰、流速儀、孔口出流及潛水型電磁流量計(jì)等?，F(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)1聲波和超聲波流量計(jì)沿著聲波的路徑，平均水流速度可以根據(jù)下列公式從二者的時(shí)間差計(jì)算出來(lái)，見(jiàn)式（8-3）:LTCVw2

5、2式中 Vw水流平均流速；T以秒為單位的兩個(gè)聲波傳播時(shí)間差；C在液體中聲波速度；L發(fā)射與接受聲波路徑長(zhǎng)度?，F(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)2閘孔出流算法 閘孔出流算法較為復(fù)雜，與閘門(mén)的幾何尺寸甚至和閘門(mén)的密封情況都有關(guān)系。一般情況下符合式（8-4）:gHGGCQWOD2式中 Q流量；CD流量系數(shù)；GO閘門(mén)開(kāi)度；GW閘門(mén)寬度:g重力加速度；H水頭或上下游水位差?，F(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)3.巴歇爾槽巴歇爾槽具有水頭損失小；對(duì)行近流速不敏感；在非淹沒(méi)、中等淹沒(méi)和高度淹沒(méi)的條件下，測(cè)量效果都較好；由于流速較大，在建筑物周?chē)鷽](méi)有泥沙淤積等優(yōu)點(diǎn)。巴歇爾槽自由流的流量方程見(jiàn)式（8-5）:現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)nKHQ 式中 Q流量； H

6、上游水頭； K常數(shù)，與巴歇爾槽幾何尺寸和材料有關(guān)； n常數(shù)，與巴歇爾槽幾何尺寸和材料有關(guān)（2n3）?，F(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)4斜坡水槽 斜坡水槽有坡度為3:1的斜坡過(guò)渡到水平寬頂堰，再連接垂直跌水，后與渠道反接。斜坡水槽結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于施工，可以很容易地安裝在現(xiàn)有渠道上。典型結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖8-2?，F(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)圖圖8-2 (a)斜坡水槽；斜坡水槽；(b)斜坡水槽示意圖斜坡水槽示意圖現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)為了保證水流為層流(率定時(shí)假設(shè)水流為層流)，行近水頭H1和沿水流方向堰的長(zhǎng)度L3應(yīng)符合式(8-6): (H1/L3)0.50 (8-6)測(cè)量點(diǎn)的水頭應(yīng)大于1/12的堰長(zhǎng)，以確保在堰頂不會(huì)形成波浪(由摩擦引起)。因此:

7、(H1/L3)0.050 現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)5.堰 堰的形式有多種，包括矩形、V形、梯形等。對(duì)堰的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行檢修非常容易，任何不正常的運(yùn)行工況都很容易發(fā)現(xiàn)并可及時(shí)修正。當(dāng)水頭落差大于0.15m時(shí)，用堰測(cè)量流量效果較好。根據(jù)開(kāi)口形狀不同，堰可以分為矩形、梯形和三角形等。現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù) 在矩形和梯形堰中，敞開(kāi)部分的底端就是堰頂，兩側(cè)為堰壁。脫離堰頂?shù)乃鞣Q為水舌。當(dāng)堰頂水流能夠自由進(jìn)入大氣時(shí)，堰的運(yùn)行狀態(tài)最佳。在淹沒(méi)流情況下，為保證接近大氣壓狀態(tài)，可對(duì)水舌進(jìn)行通氣?，F(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)6流速儀 流速儀并不經(jīng)常用于測(cè)量流量，而是對(duì)上述測(cè)量方法進(jìn)行校驗(yàn)和率定。通過(guò)在垂直水流的斷面上測(cè)定一系列的點(diǎn)形成

8、流速斷面。根據(jù)流速斷面和相應(yīng)的過(guò)流面積可以計(jì)算流量。流速儀可以測(cè)定給定斷面的水流流速和水流方向。可以在流速儀上安裝精確的轉(zhuǎn)速編碼器，控制器或RTU可以精確地測(cè)量流量。 現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)7孔口出流 孔口是一個(gè)輪廓分明的具有銳沿的開(kāi)口，水流可以通過(guò)該開(kāi)口流出。如果上游水面低于開(kāi)口的上沿，水流變?yōu)檠吡?，從而不再遵循孔口出流的?guī)律?？卓诔隽骷瓤梢允沁M(jìn)入空氣中的自由流，也可以是進(jìn)入水中的淹沒(méi)流。淹沒(méi)孔口出流水頭損失較小，因而可以用于水頭落差較小，堰不適用的情況，也可以用于由于某些原因，各種形式的量水槽都不適用的情況。通過(guò)一個(gè)垂直的銳沿收縮淹沒(méi)孔口的流量，可由式(8-8)計(jì)算: 現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)gHACQ

9、d2式中 Q流量； Cd流量系數(shù)； A孔口面積； g重力加速度； H孔口水頭，等于孔口上下游水頭差。行近流速較小、水頭較大時(shí)，測(cè)量精度較高?，F(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)當(dāng)行近流速合適時(shí)，方程變?yōu)槭?8-9):)(2hHgACQd式中 h行近流速水頭，其他變量同前。通過(guò)在上游安裝水位和流速傳感器可以精確的測(cè)量通過(guò)孔口的流量?，F(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)8潛水型電磁流量計(jì) 潛水型電磁流量計(jì)是新型的用來(lái)連續(xù)測(cè)量明渠、暗溝或未滿管道中導(dǎo)電流體的體積流量測(cè)量的一種電磁流量計(jì)，近年來(lái)在工業(yè)排水和環(huán)境保護(hù)方面得到了廣泛的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)流體流量的測(cè)量、控制、調(diào)節(jié)記錄和累積計(jì)算?，F(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)(1)測(cè)量原理 和其它電磁流量計(jì)一

10、樣，潛水型電磁流量計(jì)也是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理工作的。當(dāng)導(dǎo)電流體在交變磁場(chǎng)中沿測(cè)量管路作與磁力線成垂直方向的運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電流體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在與測(cè)量軸線和磁場(chǎng)磁力線相互垂直的管壁上安裝了一對(duì)檢測(cè)電極，檢測(cè)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e與流量qv成正比。流量信號(hào)輸入電磁流量轉(zhuǎn)換器，經(jīng)放大轉(zhuǎn)換成與流量信號(hào)成正比的直流信號(hào)010mA或420mA?，F(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)潛水型電磁流量變送器是通過(guò)與外殼相連的平板法蘭安裝在帶孔的閘板上。閘板完全攔斷渠道流體，使流體只能從變送器中流過(guò)。整個(gè)變送器完全浸沒(méi)在流體中。其測(cè)量原理如圖8-3圖圖現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)圖圖8-3 潛水型電磁流量變送器的測(cè)量原理潛水型電磁流量變送器的測(cè)量原理現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)圖圖8-4 潛水型電磁流量變送器的安裝潛水型電磁流量變送器的安裝現(xiàn)代節(jié)水灌溉技術(shù)主