灌溉机电井超声波流量计抽水试验成果计算分析

摘 要 2011年至2012年，国务院部署开展了第一次水利普查工作。在这次普查中，我国有史以来第一次对灌溉机电井提水量情况进行普查。该项数据的获取方式仍然处于摸索探讨阶段，对于用电量与提水量之间关系的研究相对滞后，加之我国幅员辽阔，水资源和经济社会发展情况多样，尚未有全面可靠的技术成果。本次我们应用超声波流量计这一新的测量方式对对灌溉机电井耗电量与提水量之间关系进行研究。拟通过对超声波抽水实验数据的分析，对该方法的可靠性进行考证。

关键词 超声波流量计；抽水试验；计算分析

中图分类号TV5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）102-0171-02

0引言

2011年至2012年，国务院部署开展了第一次水利普查工作。在这次普查中，我国有史以来第一次对灌溉机电井提水量情况进行普查。该项数据的获取方式仍然处于摸索探讨阶段。根据我国灌溉用机电井基本没有安装量水设施，灌溉用机电井仅普及有耗电量计量设施的现状，廊坊市计划采用耗电量法作为本次普查主要的数据采集方式。

我国对于用电量与提水量之间关系的研究相对滞后，加之幅员辽阔，水资源和经济社会发展情况多样，尚未有全面可靠的技术成果。所以我市决定应用超声波流量计对灌溉机电井耗电量与提水量之间关系进行研究。

这是我市首次应用超声波流量计对水利工程进行研究，对该项技术今后在我市水利行业中的应用具有很强的参考价值。现对试验成果进行分析如下。

1调查目的

通过进行超声波抽水实验，对该方法的可靠性进行分析，核算出我市不同井深范围的电水转换系数，并对一般土质的亩均灌溉单次实际用水量进行大致核算和了解。

2典型对象的选择

我市基本全部为平原区，地上水资源匮乏，全市农业灌溉均已地下水为主，但地下水埋深情况差异较大，其中：北部地下水埋深较浅灌溉机电井深度一般在50m～100m；中部井深100m～300m；南部在300m以上。根据以上情况，我市在10个县级普查区内各分别选取了2眼，全市共选择20眼机电井进行实验。为达到实验目的，要求选取的机电井对象需配有独立电表，且在当地代表性较强。

由于超声波流量计测量时对机电井的地上部分要求较为苛刻（地上裸露直管段总长要在15倍以上），通过对实验条件的分析最终选择10眼左右精度较有保障的数据进行汇总分析。

3 超声波流量计的测试及分析

由于之前没有对超声波流量计的操作经验，为保障实验顺利开展和成果数据的可靠性，决定先期选取实验点过对超声波流量计进行测试，以熟悉超声波流量计的操作方法、和条件需求，并对实验数据进行分析。根据分析成果确定后续实验安排和整体技术路线。

通过在固安县选定的2个实验点对超声波流量计的测试及实际操作中的数据分析，发现实验数据会因水位变化、地下管道情况造成的压力变化产生影响。使用该方法核算出的耗电量与出水量转换系数并不可直接使用。需进一步完善整体技术路线及实验安排，尽量减少实验数据与实际数据之间的差异，保障成果精度。

通过分析计算最终确定可靠的电水转换系数。

3.1井下水位变化影响分析

因实验前机电井前期都有一段时间没有使用，且闲置时间不同，井管内存有闲置期间析出的水，在抽水时，数据呈现出两个变化阶段。第一阶段，0.5min～1.5min，仪器显示的出水量数值快速下降。在该阶段，井内水位下降速度极快，随着出水量逐步接近井壁析出能力，数值变化逐步降低，最终达到平衡；第二阶段，仪器显示的出水量数值缓慢降低。在该阶段，出水量与井壁析出能力保持平衡，数值随井壁析出能力的衰减缓慢降低。

通过以上分析，实验数据的提取应选择在第二阶段，且提取时间应保证大致相同，这样才能充分排除影响数据精度的水位变化因素。

由于在第二阶段，数值仍随井壁析出能力的衰减而逐步降低，实验数据必定大于真实数据，需要选取典型实验点作为数据复核校正测算点，同时开展抽水实验和实灌数据记录，将两种方法数据进行比对，计算出数据调整系数，对全部实验成果进行调整。

3.2 配套管道影响分析

实验中发现，如在同一眼井选择开启不同的配套管道出水口，显示数值会产生变化，数值与流经的管道长度呈反比。配套管道越长，机电井出水量越低，反之则出水量增加。

配套管道是实际灌溉时必须使用的，对数据真实性构成影响不大，但在实验中应尽量选择开启管网中部的出水口，使实验数值与实际平均数值最为接近。

4 整体技术路线与实验安排

我市最终确定的技术路线如下：

1）实验以超声波流量计抽水实验为主，使用超声波流量计对选定的多个典型对象进行抽水实验，并提取其各项有关特征指标。数据记录开始时间统一确定为开泵1min～2min后，（这时，井管内存水已基本排空，水位变化速度明显降低）。记录时间2min，电表读数观测电表轮盘，数据精确至0.01度，实验时井口需连接灌溉管道，出水口选取与机电井距离适中的口门；

2）在进行过超声波流量计抽水实验的机电井中，选取1眼位于一般土质区域且测量条件好的实验对象作为数据复核校正测算点，为机电井安装水表，在灌溉期开展实灌数据记录，将两种方法数据进行比对，计算数据调整系数，对流量计实验结果进行校正，并计算一般土质的亩均单次灌溉用水量；

3）使用调整系数对超声波流量计测量成果进行调整，使用调整后的数据分井深范围进行电水转换系数核算，对实验成果的可靠性进行综合分析。

5实验成果

2011年9月我市完成了全部20个试验点的超声波流量计抽水实验，记录了实验数据并提取了试验点各项有关特征指标。通过对实验条件和成果的分析，共选取了9眼精度较有保障的实验数据用于成果分析计算。2012年选择为其中实验条件最理想的五百户乡香椿营村1眼机电井安装了水表，并选取了典型地块进行了测量（地块面积为0.638亩），在该地块进行了实灌数据记录。

5.1 超声波流量计抽水实验成果（见下表）

5.2 实灌水表监测数据（见下表）

6 成果计算分析

6.1 调整系数计算

通过同一眼机电井超声波流量计抽水实验成果数据与水表监测实际数据的比对，得出调整系数：

调整系数=8.12/9.29=0.87

6.2 亩均单次用水量计算

使用水表监测实际数据直接计算：

亩均单次用水量=34.11/0.638=53.46m3

6.3 电水转换系数

按照实验选取的机电井井深，分为50m～100m、250m～350m两组进行计算，计算结果见下表：

6.4 成果分析

通过以上计算，50m～100m电水转换系数为5.7，从表中可以看出各对象计算成果与该值差别较大，最大偏离达到2.7；250m～350m电水转换系数为1.7，各对象成果非常接近。

通过以上分析可看出，较浅机电井受地下水位、外围条件等影响较大，取水效率差别也较大，采用电水转换系数法填报水量精确度明显不足；

较深机电井其它因素对其影响相对较小，取水效率相对稳定，适于使用电水转换系数法核算实际取水量。

另通过普查数据现场提取工作开展，我们发现在现有集中供水机电井井口的传统水表虽安装时间不长但已全数损坏，其原因是井口水压较大，且含有较多杂质。根据本次超声波实验的成果，因集中供水井均为井深较大，如在设计和建设中使用固定式超声波流量计替代传统水表，将有良好的应用前景。

参考文献

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[2]魏颖，陈红.便携式超声波流量计的原理和应用.承钢技术[J]，2006（Z1）.

[3]李锷峰，谢景峰.便携式超声波流量计使用探讨.山西建筑[J]，2012（3）.