一種渠道流量量控一體化裝置及其自動測控方法與流程
2023-04-23 07:45:26 2
本發明屬於渠道水位、流量自動測控技術和農業精量灌溉領域，特別是涉及到一種集渠道水位、流量的自動測量與調控於一體的渠道流量量控一體化裝置及其自動測控方法。
背景技術：
隨著經濟全球化的發展和農業水資源的日益緊缺，如何在農業發展中更加合理高效地配置生產要素、提高農業整體效益，按照「規模化、標準化、生態化、信息化」模式來穩固農業發展，已成為了加快農業國內發展節奏、增強農業國際競爭實力的決定性因素。這就要求我們要更深入的發展好灌區中的節約用水、計劃用水和科學用水的管理模式，擁有性能穩定、造價低廉、精度較高、操控便捷的量水設施，以滿足灌區中各類渠道按需供水的需求。
灌區量水是由「按畝收費」至「按方收費」的技術基礎，可促進灌溉用水粗放型管理模式向精量灌溉型管理模式轉變。有利於提高農戶的節水意識，有利於高效、合理地利用水資源，有利於科學控制地下水位，有利於減輕和避免土壤鹽鹼化，有利於保持農田的肥力。
量水槽和閘門在灌區管理中有重要作用，可有效促進灌區節水灌溉的發展。量水槽起到量水的作用，目前，隨著灌區量水技術的不斷發展，湧現出多種結構形式的量水槽，如「機翼形量水槽」、「柱形量水槽」、「拋物線形量水槽」等。閘門在灌區節水中能夠控制配水，實現放水和斷流的目的。但這些在灌區管理中仍存在很多限制性因素，如：量測建築物無法調控水位水量，控制性建築物測量精度難以滿足要求，自動化控制程度較低，只能開閘放水或者關閘斷流，無法根據作物需水規律調控水量，且現有的量控建築物分開運行，水頭損失大、工程投資多，且不便於管理。
綜上所述，本領域亟需要一種技術方案來解決現有技術中存在的問題。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是：提供一種渠道流量量控一體化裝置及其自動測控方法，用來解決傳統的灌溉設施無法調控水位水量，控制性建築物測量精度和自動化控制程度均較低的技術問題。
一種渠道流量量控一體化裝置，包括水位傳感器、牽引機、量水槽、閘門、閘門槽、牽引索、閘架、閘門開度傳感器、渠道和自動控制單元，所述水位傳感器固定安裝在渠道的一側，並且水位傳感器位於量水槽的上遊；所述量水槽對稱固定安裝在渠道的兩側，量水槽橫截面的迎水面為弧形，量水槽的喉口處設置有閘門槽；所述閘門預埋在量水槽喉口斷面的地下，閘門的上部兩側與牽引索的一端固定連接，閘門與閘門槽活動連接；所述牽引索的另一端與牽引機固定連接；所述牽引機固定安裝在閘架的上部；所述閘架橫跨渠道，固定安裝在渠道的上部；所述閘門開度傳感器固定安裝在閘門上，並且閘門開度傳感器位於量水槽喉口斷面的中間位置；所述自動控制單元分別與水位傳感器、牽引機以及閘門開度傳感器連接。
所述量水槽的優選結構為量水槽的橫截面為機翼形。
所述自動控制單元上設置有顯示屏和控制按鍵。
一種渠道流量量控一體化裝置的自動測控方法，利用所述的一種渠道流量量控一體化裝置，包括以下步驟，並且以下步驟順次進行：
步驟一、採用水位傳感器測出量水槽上遊水位值h；
步驟二、建立量水槽上遊水位和渠道流量之間的水位與流量關係計算公式為：
其中q0為渠道流量，單位為m3/s；h為量水槽上遊水位值，單位為m；a為流量係數；n為流量指數；bc為喉口寬度，單位為m；g為重力加速度，單位為m/s2；
通過上述公式獲得渠道的流量值，並通過自動控制單元記錄和存儲，同時通過自動控制單元上設置的顯示屏顯示；
步驟三、通過牽引機控制閘門的上升或下降，進行按需配水，閘門開度傳感器獲得閘門上邊緣與渠道底面之間的高度差值h，水流從閘門的上部流過，其配水的流量qs公式為：
其中qs為配水的流量，單位為m3/s；h為量水槽上遊水位值，單位為m；h為閘門上邊緣與渠道底面之間的高度差值，單位為m；a為流量係數；n為流量指數；bc為喉口寬度，單位為m；g為重力加速度，單位為m/s2；
通過配水的流量公式獲得配水的流量，並通過自動控制單元記錄和存儲，同時通過自動控制單元上設置的顯示屏顯示。
所述步驟三中的h≥0。
所述步驟三中在自動控制單元上設置的顯示屏上輸入所需配水的流量，自動控制單元根據步驟三中的公式計算並獲得閘門與地面之間的高度差值h，並控制牽引機牽引閘門上升或下降到達指定開度。
通過上述設計方案，本發明可以帶來如下有益效果：
本發明提供一種既滿足測流精度，又可實現調控的渠道流量量控一體化裝置，其施工便捷、操作簡易，能夠集水位、流量的自動式測量與調控於一體。自動控制單元採用可編程控制器，設置渠道控制範圍作物的灌溉制度達到自動控制，按需供水的目的。流線型的量水槽束窄了渠道斷面，水流在通過閘門時產生流態變化，通過建立量水槽上遊水位與渠道流量之間的穩定水位與流量關係，從而確定渠道的水流量。以量水槽為指導，閘門自地下向上升起，水流自閘門的上部流過，達到閘門精確控制節水或斷流的目的。
本發明不同於傳統的孔流式測控方法，本發明公開的測控方法更加簡單、準確。本發明具有測量精度高、施工方便、操作便捷等優點，具有較高的推廣價值和應用前景。
附圖說明
以下結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的說明：
圖1為本發明中一種渠道流量量控一體化裝置的結構示意圖。
圖2為本發明中一種渠道流量量控一體化裝置的平面結構示意圖。
圖3為本發明中一種渠道流量量控一體化裝置的a—a向剖視結構示意圖。
圖中1-水位傳感器、2-牽引機、3-量水槽、4-閘門、5-閘門槽、6-牽引索、7-閘架、8-閘門開度傳感器、9-渠道、10-自動控制單元。
具體實施方式
一種渠道流量量控一體化裝置，包括水位傳感器1、牽引機2、量水槽3、閘門4、閘門槽5、牽引索6、閘架7、閘門開度傳感器8、渠道9和自動控制單元10，所述水位傳感器1固定安裝在渠道9的一側，並且水位傳感器1位於量水槽3的上遊；所述量水槽3為半柱體對稱修砌在渠道9的兩側，量水槽3橫截面的迎水面為弧形，量水槽3的喉口處設置有閘門槽5；所述閘門4預埋在量水槽3喉口斷面的地下，閘門4的上部兩側均分別與牽引索6的一端固定連接，閘門4與閘門槽5活動連接，當閘門4全部埋於地下時，閘門4上部的槽體會填充閘門槽5，不影響量水槽3的剖面形狀；所述牽引索6的數量為兩根，牽引索6的另一端均與牽引機2固定連接，牽引索6由牽引機2控制帶動閘門4的升降；所述牽引機2固定安裝在閘架7的上部；所述閘架7橫跨渠道9，固定安裝在渠道9的上部；所述閘門開度傳感器8固定安裝在閘門4上，並且閘門開度傳感器8位於量水槽3喉口斷面的中間位置；所述自動控制單元10分別與水位傳感器1、牽引機2以及閘門開度傳感器8連接。
所述量水槽3的優選結構為量水槽3的橫截面為機翼形。
所述閘門4為平板式鋼閘門。
所述自動控制單元10上設置有顯示屏和控制按鍵。
一種渠道流量量控一體化裝置的自動測控方法，利用所述的一種渠道流量量控一體化裝置，包括以下步驟，並且以下步驟順次進行：
步驟一、採用水位傳感器1測出量水槽3上遊水位值h；
步驟二、建立量水槽上遊水位和渠道流量之間的水位與流量關係計算公式為：
其中q0為渠道流量，單位為m3/s；h為量水槽上遊水位值，單位為m；a為流量係數；n為流量指數；bc為喉口寬度，單位為m；g為重力加速度，單位為m/s2；
通過上述公式獲得渠道的流量值，並通過自動控制單元10記錄和存儲，同時通過自動控制單元10上設置的顯示屏顯示；
步驟三、通過牽引機2控制閘門4的上升或下降，進行按需配水，閘門開度傳感器8獲得閘門上邊緣與渠道底面之間的高度差值h，水流從閘門4的上部流過，其配水的流量qs公式為：
其中qs為配水的流量，單位為m3/s；h為量水槽上遊水位值，單位為m；h為閘門上邊緣與渠道底面之間的高度差值，單位為m；a為流量係數；n為流量指數；bc為喉口寬度，單位為m；g為重力加速度，單位為m/s2；
通過配水的流量公式獲得配水的流量，並通過自動控制單元10記錄和存儲，同時通過自動控制單元10上設置的顯示屏顯示。
所述步驟三中的h≥0。
所述步驟三中在自動控制單元10上設置的顯示屏上輸入所需配水的流量，自動控制單元10根據步驟三中的公式計算並獲得閘門與地面之間的高度差值h，並控制牽引機2牽引閘門4上升或下降到達指定開度。
本發明中自動控制單元10採用可編程控制器進行灌溉的時間節點以及灌溉流量的設定，從而達到按需自動供水的目的，也可以通過顯示屏輸入閘門4上升或者下降的高度值來控制水流經閘門4上部的流量；還可以通過顯示屏輸入所需的水流量，自動控制單元10通過水位傳感器1採集的渠道9上遊水深h自動換算出閘門4應該上升或者下降的高度值，並自動控制閘門4上升或者下降至所需的高度從而實現水流量的智能控制。