CN107219878B - 一种渠道流量量控一体化装置及其自动测控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种渠道流量量控一体化装置及其自动测控方法，属于渠道水位、流量自动测控技术领域。该渠道流量量控一体化装置，包括水位传感器、牵引机、量水槽、闸门、闸门槽、牵引索、闸架、闸门开度传感器、渠道和自动控制单元。自动控制单元采用可编程控制器，设置渠道控制范围作物的灌溉制度达到自动控制，按需供水的目的。本发明施工便捷、操作简易，能够集水位、流量的自动式测量与调控于一体。流线型的量水槽束窄了渠道断面，水流在通过闸门时产生流态变化，通过建立量水槽上游水位与渠道流量之间的稳定水位与流量关系，从而确定渠道的水流量。闸门自地下向上升起，水流自闸门的上部流过，达到闸门精确控制节水或断流的目的。

Description

一种渠道流量量控一体化装置及其自动测控方法
技术领域
本发明属于渠道水位、流量自动测控技术和农业精量灌溉领域，特别是涉及到一种集渠道水位、流量的自动测量与调控于一体的渠道流量量控一体化装置及其自动测控方法。
背景技术
随着经济全球化的发展和农业水资源的日益紧缺，如何在农业发展中更加合理高效地配置生产要素、提高农业整体效益，按照“规模化、标准化、生态化、信息化”模式来稳固农业发展，已成为了加快农业国内发展节奏、增强农业国际竞争实力的决定性因素。这就要求我们要更深入的发展好灌区中的节约用水、计划用水和科学用水的管理模式，拥有性能稳定、造价低廉、精度较高、操控便捷的量水设施，以满足灌区中各类渠道按需供水的需求。
灌区量水是由“按亩收费”至“按方收费”的技术基础，可促进灌溉用水粗放型管理模式向精量灌溉型管理模式转变。有利于提高农户的节水意识，有利于高效、合理地利用水资源，有利于科学控制地下水位，有利于减轻和避免土壤盐碱化，有利于保持农田的肥力。
量水槽和闸门在灌区管理中有重要作用，可有效促进灌区节水灌溉的发展。量水槽起到量水的作用，目前，随着灌区量水技术的不断发展，涌现出多种结构形式的量水槽，如“机翼形量水槽”、“柱形量水槽”、“抛物线形量水槽”等。闸门在灌区节水中能够控制配水，实现放水和断流的目的。但这些在灌区管理中仍存在很多限制性因素，如：量测建筑物无法调控水位水量，控制性建筑物测量精度难以满足要求，自动化控制程度较低，只能开闸放水或者关闸断流，无法根据作物需水规律调控水量，且现有的量控建筑物分开运行，水头损失大、工程投资多，且不便于管理。
综上所述，本领域亟需要一种技术方案来解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种渠道流量量控一体化装置及其自动测控方法，用来解决传统的灌溉设施无法调控水位水量，控制性建筑物测量精度和自动化控制程度均较低的技术问题。
一种渠道流量量控一体化装置，包括水位传感器、牵引机、量水槽、闸门、闸门槽、牵引索、闸架、闸门开度传感器、渠道和自动控制单元，所述水位传感器固定安装在渠道的一侧，并且水位传感器位于量水槽的上游；所述量水槽对称固定安装在渠道的两侧，量水槽横截面的迎水面为弧形，量水槽的喉口处设置有闸门槽；所述闸门预埋在量水槽喉口断面的地下，闸门的上部两侧与牵引索的一端固定连接，闸门与闸门槽活动连接；所述牵引索的另一端与牵引机固定连接；所述牵引机固定安装在闸架的上部；所述闸架横跨渠道，固定安装在渠道的上部；所述闸门开度传感器固定安装在闸门上，并且闸门开度传感器位于量水槽喉口断面的中间位置；所述自动控制单元分别与水位传感器、牵引机以及闸门开度传感器连接。
所述量水槽的优选结构为量水槽的横截面为机翼形。
所述自动控制单元上设置有显示屏和控制按键。
一种渠道流量量控一体化装置的自动测控方法，利用所述的一种渠道流量量控一体化装置，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行：
步骤一、采用水位传感器测出量水槽上游水位值H；
步骤二、建立量水槽上游水位和渠道流量之间的水位与流量关系计算公式为：
Figure BDA0001335673070000021
其中Q0为渠道流量，单位为m3/s；H为量水槽上游水位值，单位为m；a为流量系数；n为流量指数；BC为喉口宽度，单位为m；g为重力加速度，单位为m/s2；
通过上述公式获得渠道的流量值，并通过自动控制单元记录和存储，同时通过自动控制单元上设置的显示屏显示；
步骤三、通过牵引机控制闸门的上升或下降，进行按需配水，闸门开度传感器获得闸门上边缘与渠道底面之间的高度差值h，水流从闸门的上部流过，其配水的流量QS公式为：
Figure BDA0001335673070000031
其中QS为配水的流量，单位为m3/s；H为量水槽上游水位值，单位为m；h为闸门上边缘与渠道底面之间的高度差值，单位为m；a为流量系数；n为流量指数；BC为喉口宽度，单位为m；g为重力加速度，单位为m/s2；
通过配水的流量公式获得配水的流量，并通过自动控制单元记录和存储，同时通过自动控制单元上设置的显示屏显示。
所述步骤三中的h≥0。
所述步骤三中在自动控制单元上设置的显示屏上输入所需配水的流量，自动控制单元根据步骤三中的公式计算并获得闸门与地面之间的高度差值h，并控制牵引机牵引闸门上升或下降到达指定开度。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
本发明提供一种既满足测流精度，又可实现调控的渠道流量量控一体化装置，其施工便捷、操作简易，能够集水位、流量的自动式测量与调控于一体。自动控制单元采用可编程控制器，设置渠道控制范围作物的灌溉制度达到自动控制，按需供水的目的。流线型的量水槽束窄了渠道断面，水流在通过闸门时产生流态变化，通过建立量水槽上游水位与渠道流量之间的稳定水位与流量关系，从而确定渠道的水流量。以量水槽为指导，闸门自地下向上升起，水流自闸门的上部流过，达到闸门精确控制节水或断流的目的。
本发明不同于传统的孔流式测控方法，本发明公开的测控方法更加简单、准确。本发明具有测量精度高、施工方便、操作便捷等优点，具有较高的推广价值和应用前景。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明中一种渠道流量量控一体化装置的结构示意图。
图2为本发明中一种渠道流量量控一体化装置的平面结构示意图。
图3为本发明中一种渠道流量量控一体化装置的A—A向剖视结构示意图。
图中1-水位传感器、2-牵引机、3-量水槽、4-闸门、5-闸门槽、6-牵引索、7-闸架、8-闸门开度传感器、9-渠道、10-自动控制单元。
具体实施方式
一种渠道流量量控一体化装置，包括水位传感器1、牵引机2、量水槽3、闸门4、闸门槽5、牵引索6、闸架7、闸门开度传感器8、渠道9和自动控制单元10，所述水位传感器1固定安装在渠道9的一侧，并且水位传感器1位于量水槽3的上游；所述量水槽3为半柱体对称修砌在渠道9的两侧，量水槽3横截面的迎水面为弧形，量水槽3的喉口处设置有闸门槽5；所述闸门4预埋在量水槽3喉口断面的地下，闸门4的上部两侧均分别与牵引索6的一端固定连接，闸门4与闸门槽5活动连接，当闸门4全部埋于地下时，闸门4上部的槽体会填充闸门槽5，不影响量水槽3的剖面形状；所述牵引索6的数量为两根，牵引索6的另一端均与牵引机2固定连接，牵引索6由牵引机2控制带动闸门4的升降；所述牵引机2固定安装在闸架7的上部；所述闸架7横跨渠道9，固定安装在渠道9的上部；所述闸门开度传感器8固定安装在闸门4上，并且闸门开度传感器8位于量水槽3喉口断面的中间位置；所述自动控制单元10分别与水位传感器1、牵引机2以及闸门开度传感器8连接。
所述量水槽3的优选结构为量水槽3的横截面为机翼形。
所述闸门4为平板式钢闸门。
所述自动控制单元10上设置有显示屏和控制按键。
一种渠道流量量控一体化装置的自动测控方法，利用所述的一种渠道流量量控一体化装置，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行：
步骤一、采用水位传感器1测出量水槽3上游水位值H；
步骤二、建立量水槽上游水位和渠道流量之间的水位与流量关系计算公式为：
Figure BDA0001335673070000041
其中Q0为渠道流量，单位为m3/s；H为量水槽上游水位值，单位为m；a为流量系数；n为流量指数；BC为喉口宽度，单位为m；g为重力加速度，单位为m/s2；
通过上述公式获得渠道的流量值，并通过自动控制单元10记录和存储，同时通过自动控制单元10上设置的显示屏显示；
步骤三、通过牵引机2控制闸门4的上升或下降，进行按需配水，闸门开度传感器8获得闸门上边缘与渠道底面之间的高度差值h，水流从闸门4的上部流过，其配水的流量QS公式为：
Figure BDA0001335673070000051
其中QS为配水的流量，单位为m3/s；H为量水槽上游水位值，单位为m；h为闸门上边缘与渠道底面之间的高度差值，单位为m；a为流量系数；n为流量指数；BC为喉口宽度，单位为m；g为重力加速度，单位为m/s2；
通过配水的流量公式获得配水的流量，并通过自动控制单元10记录和存储，同时通过自动控制单元10上设置的显示屏显示。
所述步骤三中的h≥0。
所述步骤三中在自动控制单元10上设置的显示屏上输入所需配水的流量，自动控制单元10根据步骤三中的公式计算并获得闸门与地面之间的高度差值h，并控制牵引机2牵引闸门4上升或下降到达指定开度。
本发明中自动控制单元10采用可编程控制器进行灌溉的时间节点以及灌溉流量的设定，从而达到按需自动供水的目的，也可以通过显示屏输入闸门4上升或者下降的高度值来控制水流经闸门4上部的流量；还可以通过显示屏输入所需的水流量，自动控制单元10通过水位传感器1采集的渠道9上游水深H自动换算出闸门4应该上升或者下降的高度值，并自动控制闸门4上升或者下降至所需的高度从而实现水流量的智能控制。

Claims (3)

1.一种渠道流量量控一体化装置的自动测控方法，渠道流量量控一体化装置,包括水位传感器(1)、牵引机(2)、量水槽(3)、闸门(4)、闸门槽(5)、牵引索(6)、闸架(7)、闸门开度传感器(8)、渠道(9)和自动控制单元(10)，所述水位传感器(1)固定安装在渠道(9)的一侧，并且水位传感器(1)位于量水槽(3)的上游；所述量水槽(3)对称固定安装在渠道(9)的两侧，量水槽(3)横截面的迎水面为弧形，量水槽(3)的喉口处设置有闸门槽(5)；所述闸门(4)预埋在量水槽(3)喉口断面的地下，闸门(4)的上部两侧与牵引索(6)的一端固定连接，闸门(4)与闸门槽(5)活动连接；所述牵引索(6)的另一端与牵引机(2)固定连接；所述牵引机(2)固定安装在闸架(7)的上部；所述闸架(7)横跨渠道(9)，固定安装在渠道(9)的上部；所述闸门开度传感器(8)固定安装在闸门(4)上，并且闸门开度传感器(8)位于量水槽(3)喉口断面的中间位置；所述自动控制单元(10)分别与水位传感器(1)、牵引机(2)以及闸门开度传感器(8)连接；所述自动控制单元(10)上设置有显示屏和控制按键,
其特征是：包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，
步骤一、采用水位传感器(1)测出量水槽(3)上游水位值H；
步骤二、建立量水槽上游水位和渠道流量之间的水位与流量关系计算公式为：
Figure FDA0004055382940000011
其中Q0为渠道流量，单位为m3/s；H为量水槽上游水位值，单位为m；a为流量系数；n为流量指数；BC为喉口宽度，单位为m；g为重力加速度，单位为m/s2；
通过上述公式获得渠道的流量值，并通过自动控制单元(10)记录和存储，同时通过自动控制单元(10)上设置的显示屏显示；
步骤三、通过牵引机(2)控制闸门(4)的上升或下降，进行按需配水，闸门开度传感器(8)获得闸门上边缘与渠道底面之间的高度差值h，水流从闸门(4)的上部流过，其配水的流量QS公式为：
Figure FDA0004055382940000021
其中QS为配水的流量，单位为m3/s；H为量水槽上游水位值，单位为m；h为闸门上边缘与渠道底面之间的高度差值，单位为m；a为流量系数；n为流量指数；BC为喉口宽度，单位为m；g为重力加速度，单位为m/s2；
通过配水的流量公式获得配水的流量，并通过自动控制单元(10)自动控制单元(10)记录和存储，同时通过自动控制单元(10)上设置的显示屏显示；在自动控制单元(10)上设置的显示屏上输入所需配水的流量，自动控制单元(10)根据配水的流量公式计算并获得闸门与地面之间的高度差值h，并控制牵引机(2)牵引闸门(4)上升或下降到达指定开度。
2.根据权利要求1所述的一种渠道流量量控一体化装置的自动测控方法，其特征是：所述量水槽(3)的横截面为机翼形。
3.根据权利要求1所述的一种渠道流量量控一体化装置的自动测控方法，其特征是：所述步骤三中的h≥0。
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