· 灌区量水工作是计量收费的依据，事关供用水双方的合法权益。本文对宁夏引黄灌区采用的各种量测水方法进行了评价，在全面掌握灌区测量水现状的基础上初步提出了灌区测量水规范化建设的建议。
宁夏水利厅灌溉管理局
宁夏引黄灌区农业灌溉测量水现状与规范化建设
田成龙
灌区量水是灌区灌溉管理工作的重要组成部分，是合理调度灌溉水资源，实施计划用水、计量收费的一项重要工作，也是加强灌区经济管理的一项必要措施。自治区1982年水费计收制度改“按亩收费”为“计量收费”，经过几十年的建设，灌区量水技术和量测设施都有了显著的改善和提高，有效地促进了灌区用水管理和我区水利事业的发展。但是，作为全国大型灌区，着眼灌区未来发展，仍有必要在量水精度、量水效率和量水规范化建设方面有进一步的提高和发展。
一、灌区测量水现状
（一）量水单元
在引黄自流灌区，只在干渠直开口量水，以下渠道量水工作尚未开展。在扬黄灌区，干渠直开口全部实现无喉槽或流速仪量水，部分斗渠也采用无喉槽量水。灌区基本上实现了量水到村。
（二）干渠交接水断面量水
干渠交接水断面量水引进全自动水文缆道测流系统2套，浮子式机械/光电编码水位遥测系统100余台套，实现了定位控制断面远距离遥测技术，对灌区宏观水量调度和干渠安全起了重要作用。
（三）干渠直开口量水
灌区干渠直开口3168座（不含中卫和红寺堡灌区），量水主要采用水工建筑物量水、流速仪量水和大断面量水3种量水方法，分别占灌区量水直开口的35％、19％和18％，是灌区最普遍采用的3种量水方式。采用这3种量水方式的直开口共有2301座，占灌区量水直开口的73％，主要在引黄自流灌区应用较多。其余为无喉槽量水和水尺量水，分别占灌区量水直开口的11％和6.5％，其中无喉槽量水主要在扬黄灌区应用。还有170座直开口由于配水量小或淤积等原因，采用比照其他渠道亩均水量的方法估测水量，占5.4％。在干渠引水的149座小扬水，一般采用水泵耗电量推算上水量的方法，占4.7％。各干渠测量水方法应用情况见表1。
表1 灌区干渠直开口量水方式应用情况表
（四）灌区干渠直开口应用的量水方法评价
水工建筑物量水是一种经济、简便的量水方法，但量水精度较低，观测量大，除一些下游渠道淤积严重，支渠水位经常受下游节制闸或壅水建筑物回水影响，暂无其他好的量水方法可以采用的直开口外，应采用较精确的量水方式，逐渐降低水工建筑物量水在灌区的应用比例。
流速仪量水成果精确，基本不受渠道冲淤影响，但费时较多，施测和计算繁杂。在灌区实际应用中多不能满足4小时量测一次的要求，只能每天早晚各量测一次，其他时间观测水位后引用近期相应资料计量水量，相当于流速仪+水尺的一种混合型量水方法，但仍不失为一种精度较高的量水方法。在流量较大的直开口和干渠交接水断面应以这种方法为准，但对于流量较小的渠道，因为断面流速分布受边界影响大，测点流速代表性差，不宜采用这种方法。
大断面量水一般是在干渠的梢段、两侧支渠属于一个受益单位使用时，在干渠建立上下两个断面或一个断面，量测两断面间水量差作为干渠两侧直开口配水量的一种量水方法，灌区俗称“大断面量水”。这种量水方法的工作量相对较小，在自流灌区各干渠梢段普遍采用。其精度一方面受测水大断面测水方法和两断面间配水流量的影响，如断面测水方法精度高，大断面量水精度相应就高；另一方面还受配水流量的影响，配水流量大（相对于大断面流量）精度就高，配水流量过小，精度就很差了。这种量水方法要结合灌溉计划和灌溉调度来实施，保证较大的配水流量，以提高量测精度。断面的测水方法采用流速仪测水。
水尺量水是在直开口下游50～100 m的支渠段上选择顺直渠段衬砌并建立水尺，用流速仪率定出断面水位流量关系曲线后观测水位查算流量的一种量水方法。这种方法经济简便，精度较高，但对于严重淤积或有回水影响的渠道则不宜采用，应采用流速仪量水。对于轻微淤积渠道，可建立畅流期和淤积期两条水位流量关系曲线查算，以提高量测精度。目前各管理处水位流量关系定线均为人工作业，误差较大，且不便做适线性检验。灌溉局已主持开发了电子版量水手册（电子版量水手册具有拟合曲线的功能），各管理处应使用计算机拟合并通过适线性检验的曲线查算。
无喉槽量水是灌区目前采用的量水方法中最精确的一种，如其尺寸和安装符合要求，精度一般都能达到95％以上，是能够满足规范精度要求的一种量水方式，但投资较高。对于轻微淤积的渠道只要设计合理也能应用。在区外石津、泾惠等大型平原灌区量水方式主要以无喉槽量水为主，我区扬水灌区量水方式也以这种方式为主，但在自流灌区应用较少。主要原因：一是用水户认为无喉槽阻水，群众接受程度差；二是自流灌区渠道较平缓，淤积严重，也不能有足够的壅水高度。但是在有条件的直开口应逐步应用这种量水方式：原为水工建筑物量水属于自由流的直开口，原为水工建筑物量水属于有压潜流的直开口，原为水尺或流速仪量水但干渠与支渠水位差超过100 cm的直开口，在干渠引水流量小于2 m3/s的扬水泵站。以上四种情况通过对支渠首段进行适当改造，都能应用无喉槽量水，但在设计上应不影响渠道输水能力和渠道安全。在灌区实际应用中常出现同一渠道采用不同喉宽的量水槽后量水偏差较大的情况，其主要是喉宽改变后槽前水流流态改变造成的。在选择喉宽和槽底高度时，应注意保证槽前水流处于平稳的缓流流态。
扬水泵站动力电度推算水量的方法，是利用水泵在额定工况下确定的出水量与功率的对应关系推算水量，而水泵实际运行时由于安装误差、磨损等原因工况往往偏离额定工况，因而使用这种方法测流是很粗略的，尤其对于轴流泵和混流泵其叶片磨损对工况改变幅度较大，不宜采用这种方法测流，应采用无喉槽或流速仪测流。
参照估算水量，灌区采用这种方法主要是由于部分支渠配水流量小、口高且淤积严重而无法采用规范的量水方法（灌区年配水量不足10万m3的支渠200余条，约占支渠总数的6.5％）。干渠直开口原则上不允许参照估算水量，采用这类量水方法的直开口应通过改造、合并支渠而逐步取消。
（五）测量水仪器设备
灌区引进使用的测量水仪器设备较多，按类型主要有全自动水文缆道测流系统浮子式机械或光电编码水位遥测系统、超声波水位计、压力式磁卡水位计、浑水流量计、流速仪等。
全自动水文缆道测流系统可自动测绘过水断面和流速分布，成果精确，并实现了数据自动处理和无线传输，是一种先进的测流系统，但由于价格高（15～20万元/套），操作和维护都有一定的技术难度，除干渠进口控制断面外其他测水点不宜应用。
浮子式机械或光电编码水位遥测系统实现了数据的无线传输，灌区干渠各交接水断面基本上都安装使用了这种设备。在设备稳定性方面，光电式优于机械式，从价格方面考虑（1万～2万元/套），这类设备在干渠直开口量水的应用上受到一定限制。
超声波水位计（约1万元/套）在灌区应用时间较短，其性能和实用性还需进一步考核，应重点考核其稳定性与泥沙影响。
压力式磁卡水位计是今年干渠直开口量水研究项目引进考核的设备，共引进18台（套），由中国水科院研发生产。这种设备在区外景泰、淠史杭等灌区已大量应用，是国内价格最低的自记水位计，每台（套）0.4万元。从目前情况看，这种设备精度高（灵敏度2 mm），受泥沙影响小，安装、操作方便，维护费用低，是干渠直开口量水的一种理想设备，但其稳定性还需进一步考核。
LBX-7型浑水流量计也是今年干渠直开口量水研究项目引进考核的设备，由南京水利水文自动化所研发生产，0.25万元/套，是一种直接量测斗口过水量的仪器设备，它在设计上避免了以往同类设备水草淤挂的影响。如其稳定性好，精度高，对解决灌区淤积渠道和分叉渠道的量水问题将是一种很好的方法。
灌区目前测水使用的流速仪大部分是1981～1982年购买的LS25-1型旋桨或旋杯式流速仪，已服役20年。原水电部水文局规定流速仪报废年限标准为10年，按照这一规定，这一部分流速仪已超期使用10年。20世纪80年代生产的LS25-3A型流速仪也有使用，但数量不多。今年在干渠直开口量水项目的带动下，灌区共购置20世纪90年代生产的LS1206B型流速仪约20台，部分流速仪配备了XZ-2型通用智能流速仪计数器（即所谓智能流速仪或直读式流速仪）。流速仪属国家强制性计量检定产品，但由于各种原因（如行业管理、经费计划、执法意识等），我区流速仪的管理使用仍游离于国家计量监督和行业器具质量管理之外，流速仪是否送检多凭经验或单位年度经费计划决定，更有一些流速仪是由于不能正常使用（破损、卡阻等）才送检的。结合我区实际，各渠道管理处应视仪器自身状况和使用环境，并结合行业规定制定流速仪送检办法，既要避免送检间隔过长流速仪失准造成测量水误差，又要减少因检定过频造成的不必要花费。
二、影响灌区测量水精度的主要因素
（一）灌溉水泥沙含量高，渠道淤积严重
我区灌溉水泥沙含量高，一般情况下泥沙含量在3 kg/m3～6 kg/m3，汛期往往高达20 kg/m3～30 kg/m3。渠道淤积严重，导致测量水深不准，不能形成稳定的水位流量关系，甚至出现泥沙淤埋测量水设施的情况，限制了一些量水方法的应用。
（二）测水工作量大
根据规范要求人工观测水位4小时一次，测水和数据分析处理工作量大，且观测不及时，夜间无法正常测水，水量变化不能准确记录，与实际水量造成一定误差。
（三）量水设施简陋
灌区36％干渠直开口量水采用水工建筑物量水，多数由于损坏、变形、止水不严等原因不符合量水条件，部分采用水尺量水或流速仪量水的测水断面衬砌长度和顺直段长度不符合规范要求，部分无喉槽上游水流处于急流流态导致量水失准，部分测水使用的流速仪超期服役，不能满足精度要求。
（四）量水技术单一，技术水平不高
灌区量水方法主要以水工建筑物量水、大断面量水、流速仪量水三种方法为主，量水技术单一，技术水平不高，一些量水精度高的量水设施和方法在灌区应用的比例小。
在灌区还存在着群众测量水知识缺乏，不能形成有效地群众监督机制。
三、测量水规范化建设
（一）测量水组织管理规范化
每一管理处，要成立由管理处、水管科、管理所、段领导参加的测量水管理领导小组，组长由分管灌溉的副处长兼任，对全管理处的测量水工作进行统一管理。水管所所长和水管段段长是本所、段测量水管理的直接负责人，对本所测量水工作负直接责任。管理段设测水员，管理所设水量计算、复核、统计人员各一名，形成从上到下、分级管理的测量水组织管理机构。
制定测量水管理制度，包括测水员工作制度，测量水原始数据记载、存档制度，测量水计算、复核、统计上报制度。
采用水工建筑物测流的直开口每年必须对流量系数进行至少一次的率定，采用水尺量水的直开口一律使用计算机拟合的并通过适线性检验的曲线，根据实际情况可采用多条水位流量关系曲线，保证测量水精度达到95％以上。
水位观测必须按测量水规范要求及时准确测量，不漏测。特别是夜间的观测必须按制度要求观测。
对于流量大于2 m3/s的直开口水位观测要逐步由人工观测向仪器观测过渡，各管理处每年都应安排一定数量的岁修资金或利用灌区续建项目资金，力争2～3年内在流量大于2 m3/s的直开口量水有50％实现自动化。
每月各直开口配水量和水费收缴情况应在段所公示，以便群众监督。
（二）测量水设施管理和技术应用规范化
干渠直开口测量水设施和量水方式的选择，应根据实际情况依次考虑选用无喉槽量水、流速仪量水、水尺量水、水工建筑物量水中的其中一种形式。对于量水条件好的直开口应首先考虑精度高的测量水方法，逐步缩小大断面量水的比例，2年内取消参照估算和动力电度推算水量的方法。
加强测量水工程设施保护工作，新建测量水工程设施应按相应的工程设计标准设计，不能降低标准设计施工。特设量水设施应设计截水墙，其深度应穿过渠底砌护厚度0.2～0.5 m。
水尺的安装使用必须按规范要求设置。采用无喉槽等特设量水设施量水，量水设施结构尺寸和渠道过渡段严格按测量水规范要求制作，尺寸精确，表面光洁,在不影响渠道安全和输水能力的情况下使用。特设量水设备建成后,其计算公式和系数要用流速仪法进行复核或修正。
各水管单位根据在役流速仪自身状况和使用环境并结合行业规定制定流速仪送检办法，定期对流速仪进行检定，对于已经不能满足精度要求的仪器要报废更新。要定期对流速仪进行清洗、加油等日常保养，每年春季使用之前必须对流速仪进行一次全面的保养和维护。
测水断面上游和下游顺直段长度分别不小于50 m，衬砌段长度不小于5.0 m且不小于5倍渠宽，最好为混凝土现浇后抹面，水尺安装在衬砌段中部。对于土渠中的测水断面，下游应设计护坦，长度不小于3倍水面宽度，以避免断面下游冲坑淤土抬高水位。测流断面的宽度和深度应大于0.8 m或8倍流速仪旋桨直径（梯形渠道宽度以渠底为准），小于此标准的渠道不宜使用流速仪量水。断面水流应是均匀稳定的缓流，流速应满足v＜0.5（gh）0.5（h为行进水深，特设量水建筑物上游流速也应满足此条件），同时断面必须是不淤断面。
率定流量系数和建立水位流量关系曲线的流速仪量水，测流断面面积A上的测点数目n不少于25个，同时应满足n＞24A0.33。支渠用5线5点法，干渠可用多线多点法施测。测线间距根据相邻测线同深度流速差不超过两流速中大者的20％为原则确定，否则应加密测线，测点数量的选用原则与此相同。矩形断面靠近边壁的测线距离应在d+30mm～d+50mm（d为流速仪旋桨直径），流速大距离选小值，流速小可选大值。梯形断面靠近渠边的测线以边坡坡角为准，坡角大于45°的缓坡，边壁测线不能控制断面横向流速时可在边坡上增加测线。同一水位施测次数不少于5次，取平均值使用，测次间结果与平均值之差超过±5％应重测。
特设量水设施的水尺安装位置应严格按照要求安装。对于水工建筑物量水，上游水尺安装在建筑物上游2倍闸前最大水深处；下游水尺安装在距离涵洞出口2倍的涵洞单孔宽处；闸前水尺安装在闸前侧墙上，水尺距离闸门0.25倍闸门单孔宽；闸后水尺安装在闸后侧墙上，水尺距离闸门0.25倍闸门单孔宽。以上4种水尺安装零点高程都应与闸底在同一水平面上。启闸高度水尺安装在闸槽边缘的边墩上，水尺零点与闸门关闭时的闸门顶部相平，如闸底有门槽，则水尺的零点应提高，提高高度等于闸槽的深度。如水尺安装在斜坡上（坡面要平），用水准仪测量水尺零点和上部的高差，然后将测量高差以厘米为单位等分水尺长度即可，如用坡度换算，应保证坡度测量正确。在水位波动幅度较大的地方可设置观测井观测水位，同时可安装几个压力进水口以测量平均水深（沿渠道纵向分布长度应大于波长效果较好）。
测量水使用的各类自记水位计灵敏度应大于±5 mm。
（三）测量水资料整理分析规范化
测量水资料的计算、复核、统计、分析、整理、存档工作要按照水文规范和水利厅的有关要求进行。
加大测量水工作的硬件投入，力争在两年内实现量水计算、统计、分析、上报逐步由手工作业向计算机自动化网络化过渡，将电子版量水手册在全灌区推广应用。
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