CN104916049A - 一种新型机井取水计量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型机井取水计量系统，包括装有农业用水管理子系统(1)的计算机、装有基层售水子系统(2)的计算机、装有水电折算系数校正子系统(8)的机井取水监控终端(3)、水泵(4)、电缆(5)、灌溉管网(6)、灌水器(7)、水位传感器(9)和流量传感器(10)；所述水泵(4)位于地下水井内并与灌溉管网(6)相连，继而灌溉管网(6)的出水端连有多个灌水器(7)；所述水泵(4)还通过电缆(5)与机井取水监控终端(3)相连；所述水位传感器(9)位于地下水井内，流量传感器(10)设置在灌溉管网(6)上。该系统适合于以地下水作为灌溉水源的井灌区，具有抗冻胀、便于维护、设备投入和维护成本低等优点；可以显著提高机井取水计量精度。该系统的研发解决了国内农业机井有效计量的关键技术难题，可显著提高我国农业用水管理水平。b/

Description

一种新型机井取水计量系统

技术领域

本发明涉及水利工程领域，具体地说是一种新型机井取水计量系统。

背景技术

地下水源占我国供水总量的19％，占农业用水量的30％，农业用水有效计量事关农业用水总量控制和灌溉水利用率的提高。农田生产环境昼夜温差大、设施保护条件较差，局部地区地下水含砂率比较高，机井设施拆装、维修比较频繁，农业机井计量设施一次性投入和后期维护成本要求较低。常规机械式水表抗冻性较差，地下水高含砂率时叶轮磨损问题导致计量误差问题突出；超声波传感器、涡轮传感器等流量传感器一次性投入较高，后期维护成本高，不适用于频繁拆装的使用环境。因此，迫切需要研制一种一次性投入不高、运行维护简便、维护成本低廉的农业用水计量系统，通过计量电量来折算水量的水电折算法是一种经济可行的方法。

目前，水电折算法主要采取固定系数法，固定系数法不能根据水文地质条件实时更新，折算精度较低。水电折算关系主要受地下水富水性、地下水埋深、用电过程等水文地质参数的影响，提高水电折算精度成为机井计量的技术难点之一。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷提出一种新型机井取水计量系统。

本发明一种新型机井取水计量系统，包括装有农业用水管理子系统1的计算机、装有基层售水子系统2的计算机、装有水电折算系数校正子系统8的机井取水监控终端3、水泵4、电缆5、灌溉管网6、灌水器7、水位传感器9和流量传感器10；所述水泵4位于地下水井内并与灌溉管网6相连，继而灌溉管网6的出水端连有多个灌水器7；所述水泵4还通过电缆5与机井取水监控终端3相连；所述水位传感器9位于地下水井内，流量传感器10设置在灌溉管网6上。

所述农业用水管理子系统1支持农业用水数据实时采集、统计与分析，用于农户田块用水总量核算、农户用水总量控制，农业用水管理子系统1嵌入水电折算系数模型，所述水电折算系数模型依据取水阶段、耗电、水位、水文地质参数计算水电折算系数。

所述水电折算系数模型，包括如下公式：

$k_i=\frac{q_{T+it}-q_{T+(i-1)t}}{e_{T+it}-e_{T+(i-1)t}}$

$k_n=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{k}_i/n$

若k_i＞(α+1)×k_n

当i≤n-2 $k_i=\frac{k_{i+1}+k_{i+2}}{2}$

当i＝n-1 $k_i=\frac{k_{n-2}+k_n}{2}$

当i＝n $k_i=\frac{k_{n-2}+k_{n-1}}{2}$

重新计算 $k_n=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{k}_i/n$

式中，k_i为T+(i-1)t至T+it时刻水电折算系数，k_n为T至T+nt时刻水电折算系数平均值，q_T+it、e_T+it为T+it时刻机井水表、电表读数，q_T、e_T为T时刻机井水表、电表读数，α为震荡系数。

所述基层售水子系统2支持本地授权开卡、售水、缴费计价，用于取水信息查询、统计分析以及与农业用水管理子系统1数据同步。

所述机井取水监控终端3支持IC卡刷卡启闭，用于水量、电量、水位的数据实时采集、数据远程传输和机井远程启闭。

所述水位传感器9和流量传感器10是水电折算系数模型输入的参数，根据水电折算系数实时校正模型，实时计算水电折算系数，发送到农业用水管理子系统1，农业用水管理子系统1根据监测的机井用电量计算所有农户用水量，发送到基层售水子系统2，作为用水总量控制的依据。

本发明是这样实现的：农业生产者从基层售水子系统购电或购水，到田间后通过IC卡刷卡方式启动水泵，机井取水监控终端开始计量机井耗电过程，并通过GPRS通讯模块向农业用水管理子系统实时反馈用电过程，农业用水管理子系统通过水电折算系数模型将电量折算成水量，发回售水子系统，作为判定农业用水是否超过定额和售水总量控制的依据。由于水电折算系数与地下水富水性、地下水埋深、用电过程等要素有关，按照井灌区机井总数的一定比例配套建设水电折算系数校正子系统，实现农业用水管理子系统水电折算系数的实时动态校正，可以显著提高农业用水计量精度。

本发明新型机井取水计量系统的有益效果在于：该系统适合于以地下水作为灌溉水源的井灌区，与传统机械式水表相比，具有抗冻胀、便于维护、设备投入和维护成本低等优点；与采用固定系数法的水电折算系统相比，可以显著提高机井取水计量精度。该系统的研发解决了国内农业机井有效计量的关键技术难题，可显著提高我国农业用水管理水平。

本发明克服了传统机械式水表计量抗冻胀能力较差，以及超声波传感器、涡轮传感器等计量设备投入维护成本高、运行环境要求高的问题，通过建立水电折算系数校正子系统，可以实时动态调整水电折算系数，提高用水计量精度，有效实现农业用水计量、总量控制和定额管理，该装置具有较好的应用前景。

附图说明

图1为一种新型机井取水计量系统的示意图。

图中，1为农业用水管理子系统，2为基层售水子系统，3为机井取水监控终端，4为水泵，5为电缆，6为灌溉管网，7为灌水器，8为水电折算系数校正子系统，9为水位传感器，10为流量传感器。

具体实施方式

本发明具体实施时，包含系统设计和运行管理两部分内容。

所述系统设计是提高水电折算机井取水计量精度、实现取水定额管理和总量控制的先决条件。本文所述的一种新型机井取水计量系统主要区别在采用电量折算水量，与常规计量方式相比，抗冻性好、投资维护成本低，施工简便。所述一种新型机井取水计量系统的结构如图1所示。农业用水管理子系统1支持农业用水数据实时采集、统计与分析，具有农户田块用水总量核算、农户用水总量控制等功能，系统嵌入水电折算系数模型，该模型依据取水阶段、耗电、水位、水文地质参数等计算水电折算系数；基层售水子系统2可支持本地授权开卡、售水、缴费计价，可实现取水信息查询、统计分析功能以及与农业用水管理子系统数据同步等功能；机井取水监控终端3具有IC卡刷卡启闭功能，可实现水量、电量、水位等数据实时采集、数据远程传输和机井远程启闭；水泵4主要用于提取地下水；灌溉管网6主要用于向灌水器输送地下水；灌水器7主要用于向田间灌水；水电折算系数校正子系统8由机井取水监控终端3、水位传感器9、流量传感器10组成，水位传感器9和流量传感器10是水电折算系数模型输入的重要参数，根据由电量、水位、流量等要素建立的水电折算系数实时校正模型，实时计算水电折算系数，发送到农业用水管理子系统1，系统1根据监测的机井用电量计算所有农户用水量，发送到基层售水子系统2，作为用水总量控制的依据。

所述运行管理主要为设备维护工作。为保障系统正常，及时维护机井取水监控终端3等关键设备与系统。水电折算系数校正子系统8中有水位传感器9、流量传感器10等监测设备应当定期校正，保证监测数据的准确性。

Claims (6)

1.一种新型机井取水计量系统，其特征在于：包括装有农业用水管理子系统(1)的计算机、装有基层售水子系统(2)的计算机、装有水电折算系数校正子系统(8)的机井取水监控终端(3)、水泵(4)、电缆(5)、灌溉管网(6)、灌水器(7)、水位传感器(9)和流量传感器(10)；所述水泵(4)位于地下水井内并与灌溉管网(6)相连，继而灌溉管网(6)的出水端连有多个灌水器(7)；所述水泵(4)还通过电缆(5)与机井取水监控终端(3)相连；所述水位传感器(9)位于地下水井内，流量传感器(10)设置在灌溉管网(6)上。

2.如权利要求1所述的新型机井取水计量系统，其特征在于：所述农业用水管理子系统(1)支持农业用水数据实时采集、统计与分析，用于农户田块用水总量核算、农户用水总量控制，农业用水管理子系统(1)嵌入水电折算系数模型，所述水电折算系数模型依据取水阶段、耗电、水位、水文地质参数计算水电折算系数。

3.如权利要求2所述的新型机井取水计量系统，其特征在于：所述水电折算系数模型，包括如下公式

$k_i=\frac{q_{T+it}-q_{T+(i-1)t}}{e_{T+it}-e_{T+(i-1)t}}$

$k_n=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{k}_i/n$

若k_i＞(α+1)×k_n

当i≤n-2 $k_i=\frac{k_{i+1}+k_{i+2}}{2}$

当i＝n-1 $k_i=\frac{k_{n-2}+k_n}{2}$

当i＝n $k_i=\frac{k_{n-2}+k_{n-1}}{2}$

重新计算 $k_n=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{k}_i/n$

式中，k_i为T+(i-1)t至T+it时刻水电折算系数，k_n为T至T+nt时刻水电折算系数平均值，q_T+it、e_T+it为T+it时刻机井水表、电表读数，q_T、e_T为T时刻机井水表、电表读数，α为震荡系数。

4.如权利要求1所述的新型机井取水计量系统，其特征在于：所述基层售水子系统(2)支持本地授权开卡、售水、缴费计价，用于取水信息查询、统计分析以及与农业用水管理子系统(1)数据同步。

5.如权利要求1所述的新型机井取水计量系统，其特征在于：所述机井取水监控终端(3)支持IC卡刷卡启闭，用于水量、电量、水位的数据实时采集、数据远程传输和机井远程启闭。

6.如权利要求1所述的新型机井取水计量系统，其特征在于：所述水位传感器(9)和流量传感器(10)是水电折算系数模型输入的参数，根据水电折算系数实时校正模型，实时计算水电折算系数，发送到农业用水管理子系统(1)，农业用水管理子系统(1)根据监测的机井用电量计算所有农户用水量，发送到基层售水子系统(2)，作为用水总量控制的依据。