本發(fā)明屬于渠道水位、流量自動測控技術(shù)和農(nóng)業(yè)精量灌溉領(lǐng)域，特別是涉及到一種集渠道水位、流量的自動測量與調(diào)控于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(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展和農(nóng)業(yè)水資源的日益緊缺，如何在農(nóng)業(yè)發(fā)展中更加合理高效地配置生產(chǎn)要素、提高農(nóng)業(yè)整體效益，按照“規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化、生態(tài)化、信息化”模式來穩(wěn)固農(nóng)業(yè)發(fā)展，已成為了加快農(nóng)業(yè)國內(nèi)發(fā)展節(jié)奏、增強(qiáng)農(nóng)業(yè)國際競爭實力的決定性因素。這就要求我們要更深入的發(fā)展好灌區(qū)中的節(jié)約用水、計劃用水和科學(xué)用水的管理模式，擁有性能穩(wěn)定、造價低廉、精度較高、操控便捷的量水設(shè)施，以滿足灌區(qū)中各類渠道按需供水的需求。

灌區(qū)量水是由“按畝收費”至“按方收費”的技術(shù)基礎(chǔ)，可促進(jìn)灌溉用水粗放型管理模式向精量灌溉型管理模式轉(zhuǎn)變。有利于提高農(nóng)戶的節(jié)水意識，有利于高效、合理地利用水資源，有利于科學(xué)控制地下水位，有利于減輕和避免土壤鹽堿化，有利于保持農(nóng)田的肥力。

量水槽和閘門在灌區(qū)管理中有重要作用，可有效促進(jìn)灌區(qū)節(jié)水灌溉的發(fā)展。量水槽起到量水的作用，目前，隨著灌區(qū)量水技術(shù)的不斷發(fā)展，涌現(xiàn)出多種結(jié)構(gòu)形式的量水槽，如“機(jī)翼形量水槽”、“柱形量水槽”、“拋物線形量水槽”等。閘門在灌區(qū)節(jié)水中能夠控制配水，實現(xiàn)放水和斷流的目的。但這些在灌區(qū)管理中仍存在很多限制性因素，如：量測建筑物無法調(diào)控水位水量，控制性建筑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(guān)閘斷流，無法根據(jù)作物需水規(guī)律調(diào)控水量，且現(xiàn)有的量控建筑物分開運行，水頭損失大、工程投資多，且不便于管理。

綜上所述，本領(lǐng)域亟需要一種技術(shù)方案來解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)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(tǒng)的灌溉設(shè)施無法調(diào)控水位水量，控制性建筑物測量精度和自動化控制程度均較低的技術(shù)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(jī)、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(cè)，并且水位傳感器位于量水槽的上游；所述量水槽對稱固定安裝在渠道的兩側(cè)，量水槽橫截面的迎水面為弧形，量水槽的喉口處設(shè)置有閘門槽；所述閘門預(yù)埋在量水槽喉口斷面的地下，閘門的上部兩側(cè)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(jī)固定連接；所述牽引機(jī)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，并且閘門開度傳感器位于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(jī)以及閘門開度傳感器連接。

所述量水槽的優(yōu)選結(jié)構(gòu)為量水槽的橫截面為機(jī)翼形。

所述自動控制單元上設(shè)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，并且以下步驟順次進(jìn)行：

步驟一、采用水位傳感器測出量水槽上游水位值h；

步驟二、建立量水槽上游水位和渠道流量之間的水位與流量關(guān)系計算公式為：

其中q0為渠道流量，單位為m³/s；h為量水槽上游水位值，單位為m；a為流量系數(shù)；n為流量指數(shù)；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，并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(shè)置的顯示屏顯示；

步驟三、通過牽引機(jī)控制閘門的上升或下降，進(jìn)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為量水槽上游水位值，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為流量系數(shù)；n為流量指數(shù)；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，并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(shè)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(shè)置的顯示屏上輸入所需配水的流量，自動控制單元根據(jù)步驟三中的公式計算并獲得閘門與地面之間的高度差值h，并控制牽引機(jī)牽引閘門上升或下降到達(dá)指定開度。

通過上述設(shè)計方案，本發(fā)明可以帶來如下有益效果：

本發(fā)明提供一種既滿足測流精度，又可實現(xiàn)調(diào)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(diào)控于一體。自動控制單元采用可編程控制器，設(shè)置渠道控制范圍作物的灌溉制度達(dá)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(chǎn)生流態(tài)變化，通過建立量水槽上游水位與渠道流量之間的穩(wěn)定水位與流量關(guān)系，從而確定渠道的水流量。以量水槽為指導(dǎo)，閘門自地下向上升起，水流自閘門的上部流過，達(dá)到閘門精確控制節(jié)水或斷流的目的。

本發(fā)明不同于傳統(tǒng)的孔流式測控方法，本發(fā)明公開的測控方法更加簡單、準(zhǔn)確。本發(fā)明具有測量精度高、施工方便、操作便捷等優(yōu)點，具有較高的推廣價值和應(yīng)用前景。

附圖說明

以下結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：

圖1為本發(fā)明中一種渠道流量量控一體化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中一種渠道流量量控一體化裝置的平面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明中一種渠道流量量控一體化裝置的a—a向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中1-水位傳感器、2-牽引機(jī)、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(jī)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(cè)，并且水位傳感器1位于量水槽3的上游；所述量水槽3為半柱體對稱修砌在渠道9的兩側(cè)，量水槽3橫截面的迎水面為弧形，量水槽3的喉口處設(shè)置有閘門槽5；所述閘門4預(yù)埋在量水槽3喉口斷面的地下，閘門4的上部兩側(cè)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(dāng)閘門4全部埋于地下時，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(shù)量為兩根，牽引索6的另一端均與牽引機(jī)2固定連接，牽引索6由牽引機(jī)2控制帶動閘門4的升降；所述牽引機(jī)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，并且閘門開度傳感器8位于量水槽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(jī)2以及閘門開度傳感器8連接。

所述量水槽3的優(yōu)選結(jié)構(gòu)為量水槽3的橫截面為機(jī)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(shè)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，并且以下步驟順次進(jìn)行：

步驟一、采用水位傳感器1測出量水槽3上游水位值h；

步驟二、建立量水槽上游水位和渠道流量之間的水位與流量關(guān)系計算公式為：

其中q0為渠道流量，單位為m3/s；h為量水槽上游水位值，單位為m；a為流量系數(shù)；n為流量指數(shù)；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，并通過自動控制單元10記錄和存儲，同時通過自動控制單元10上設(shè)置的顯示屏顯示；

步驟三、通過牽引機(jī)2控制閘門4的上升或下降，進(jìn)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為量水槽上游水位值，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為流量系數(shù)；n為流量指數(shù)；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，并通過自動控制單元10記錄和存儲，同時通過自動控制單元10上設(shè)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(shè)置的顯示屏上輸入所需配水的流量，自動控制單元10根據(jù)步驟三中的公式計算并獲得閘門與地面之間的高度差值h，并控制牽引機(jī)2牽引閘門4上升或下降到達(dá)指定開度。

本發(fā)明中自動控制單元10采用可編程控制器進(jìn)行灌溉的時間節(jié)點以及灌溉流量的設(shè)定，從而達(dá)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(jīng)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采集的渠道9上游水深h自動換算出閘門4應(yīng)該上升或者下降的高度值，并自動控制閘門4上升或者下降至所需的高度從而實現(xiàn)水流量的智能控制。