灌区农田灌溉量水项目实施案例

一、项目背景

水资源是农业生产的命脉，而灌区作为农业灌溉的核心区域，其灌溉用水量的精准计量与科学管理，是实现水资源高效利用、保障农业可持续发展的重要基础。当前，我国农业用水效率不高，其中一个关键原因便是灌区农田灌溉量水工作存在诸多不足。灌区信息化，准确计量灌溉用水量，不仅能够为水资源优化配置、水权分配、水费征收等提供可靠依据，还能促使用水户增强节水意识，推动农业节水技术的应用与推广。随着国家对水资源管理的日益重视以及农业现代化进程的加快，开展灌区农田灌溉量水项目建设，已成为提升灌区管理水平、促进农业节水增效、缓解水资源供需矛盾的必然要求，对于保障国家粮食安全和生态安全具有重要意义。武汉水测家科技作为专业从事量测水仪器仪表研发生产厂家，持续深耕水测量领域，在灌区信息化、水价改革和节水改造等项目中实践经验丰富，提供优质的水测量产品和技术服务，在业内得到广泛应用。

二、现状问题

量水设施匮乏且简陋：许多灌区，尤其是中小型灌区和农村地区的灌区，量水设施严重不足，大量灌溉渠道和用水口缺乏必要的量水设备。部分已安装的量水设施也较为简陋，多为传统的量水堰、量水槽等，计量精度低，难以满足精准量水的需求。

量水技术落后：现有量水技术大多停留在人工观测、估算的层面，缺乏自动化、智能化的量水手段。人工量水不仅效率低下，而且受人为因素影响大，数据准确性和时效性差，无法实时掌握灌溉用水情况。

量水数据管理混乱：量水数据的采集、传输、存储和分析缺乏统一的标准和规范，数据分散在不同部门和环节，难以实现有效整合与共享。数据的准确性、完整性和连续性无法得到保障，给水资源管理和决策带来困难。

量水管理体制不完善：灌区量水管理责任不明确，缺乏专业的量水管理人员和技术人员，对量水设施的维护和管理不到位，导致部分量水设备损坏后无法及时修复，影响量水工作的正常开展。同时，水费计收与实际用水量的关联度不高，难以发挥经济杠杆在节水中的作用。

区域差异大，适应性差：不同灌区的地形地貌、水文条件、作物类型等存在较大差异，现有的量水方法和设备缺乏针对性，适应性差，在一些复杂灌区难以有效应用。

三、解决思路

完善量水设施建设：根据不同灌区的特点和需求，科学规划量水设施的布局，在灌溉渠道的关键节点、用水户取水口等位置，有针对性地安装适宜的量水设备。对于大型灌区和重要用水区域，推广高精度、自动化的量水设备；对于小型灌区和分散用水点，采用经济实用、操作简便的量水设施，实现量水设施的全面覆盖。

推广先进量水技术：积极引入自动化、智能化量水技术，如超声波量水、电磁量水、雷达量水等，实现灌溉用水量的实时、自动计量。结合物联网、大数据等技术，构建智能化量水系统，提高量水效率和数据准确性。

建立统一的量水数据管理平台：制定量水数据采集、传输、存储和分析的标准规范，建立统一的量水数据管理平台，实现量水数据的集中管理、实时共享和深度分析。通过平台对量水数据进行统计、分析和挖掘，为水资源管理决策、水权交易、水费计收等提供数据支持。

健全量水管理体制：明确各部门和人员在量水管理中的职责，加强量水管理人员和技术人员的培训，提高其专业素质和业务能力。建立健全量水设施的维护管理制度，确保量水设备正常运行。完善水费计收机制，将水费计收与实际用水量紧密挂钩，发挥经济杠杆的调节作用，促进用水户节约用水。

因地制宜选择量水方案：针对不同灌区的实际情况，制定个性化的量水方案。根据灌区的地形、土壤、作物、水源等条件，选择适宜的量水方法和设备，确保量水工作的有效性和适用性。

四、硬件感知体系

量水设备：在灌溉渠道、管道等关键位置安装量水设备，如超声波流量计、电磁流量计、明渠流量计、雷达流量计等。这些设备能够实时监测水流的流量、流速、水位等参数，实现对灌溉用水量的精准计量。超声波流量计适用于各种管径的管道和明渠，测量精度高，不受水体浑浊度等影响；电磁流量计适用于导电液体的流量测量，响应速度快；明渠流量计结合量水堰、量水槽等，适用于明渠的流量测量；雷达流量计采用非接触式测量，适用于复杂的水文环境。

数据采集设备：数据采集设备与量水设备相连接，负责采集量水设备监测到的流量、水位等数据。具备数据存储、处理和初步分析功能，能够将采集到的数据按照一定的格式进行转换和处理，为数据传输做好准备。

数据传输设备：通过无线通信技术（如 4G、5G、LoRa、NB - IoT 等）或有线通信方式，将数据采集设备处理后的量水数据传输至量水数据管理平台。确保数据传输的稳定性和实时性，在网络信号不佳的地区，可采用存储转发的方式，保障数据不丢失。

供电设备：为量水设备、数据采集设备和数据传输设备提供稳定的电力支持。根据设备的功耗和安装环境，可采用市电供电、太阳能供电或蓄电池供电等方式。对于野外安装的设备，优先选用太阳能供电系统，确保设备在无市电供应的情况下正常工作。

辅助设备：包括保护箱、支架、传感器安装配件等。保护箱用于保护量水设备、数据采集设备等免受外界环境的影响，如防水、防尘、防腐蚀、防盗等；支架用于固定设备，确保设备安装牢固、测量准确；传感器安装配件保证传感器与水流的良好接触或相对位置，提高测量精度。

五、产品选型

超声波流量计：选用武汉水测家科技的超声波流量计，该产品采用先进的时差法测量原理，测量精度高，可达 ±0.5%，量程比宽，能够适应不同流量范围的测量需求。设备具有良好的稳定性和抗干扰能力，适用于各种水质条件，无论是清洁水还是含有少量杂质的水体都能准确测量。支持多种通信接口，如 RS485、4 - 20mA 等，可方便地与数据采集设备连接。同时，设备防护等级达到 IP68，能够在恶劣的野外环境中长期稳定运行，安装方式灵活，可采用外夹式、插入式等，不影响管道的正常运行。

明渠流量计：武汉水测家科技的明渠流量计是针对明渠流量测量设计的专业设备，由量水堰槽和传感器组成。量水堰槽采用标准的巴歇尔槽或三角堰，测量精度高，结构简单，易于安装和维护；传感器采用超声波或雷达技术，能够精准测量堰槽内的水位，结合堰槽的流量计算公式，准确计算出明渠的流量。设备具备数据存储功能，可存储大量的历史数据，支持无线通信，能够将测量数据实时传输至管理平台。适用于灌区的斗渠、农渠等明渠的流量测量，性价比高。

数据采集终端：武汉水测家科技的数据采集终端SCJ-RTU01具有强大的数据处理和存储能力，能够同时接入多路量水设备的数据。支持多种通信协议，如 Modbus、MQTT 等，兼容性强，可与不同品牌、不同类型的量水设备无缝对接。设备内置大容量存储芯片，可在通信中断时存储数据，待通信恢复后自动上传，确保数据的完整性。通过内置无线通信模块，实现数据的实时传输，传输速度快，稳定性好。设备采用工业级设计，防护等级达到 IP65，能够适应高温、低温、潮湿等各种恶劣环境。

太阳能供电系统：太阳能供电系统专为野外设备供电设计，由太阳能电池板、蓄电池、控制器等组成。太阳能电池板转换效率高，能够在不同光照条件下为系统提供充足的电力；蓄电池容量大，循环使用寿命长，可在连续阴雨天气下保证设备正常工作；控制器具有过充、过放、短路等保护功能，确保系统安全稳定运行。该系统安装方便，维护简单，适用于无市电供应的野外量水设备供电。

保护箱与支架：采用不锈钢材料制作，具有良好的防水、防尘、防腐蚀、抗冲击性能，能够有效保护箱内设备。支架坚固耐用，抗腐蚀能力强，可根据设备的安装要求进行调整，确保设备安装牢固、测量准确。

六、场景应用

水费计收管理：通过量水设备实时准确地计量各用水户的灌溉用水量，量水数据传输至管理平台后，平台根据设定的水价自动计算水费金额，并生成水费通知单发送给用水户。用水户可通过线上或线下方式缴纳水费，实现水费计收的自动化和精准化，避免了人工抄表和估算带来的误差和纠纷，同时提高了水费收缴效率。

水资源调配：灌区管理部门通过量水数据管理平台，实时掌握各区域、各作物的灌溉用水情况，结合水源来水情况和作物需水规律，进行水资源的科学调配。当某一区域用水量过大或水源不足时，及时调整灌溉计划，限制高耗水作物的用水量，优先保障重要作物和关键生长阶段的用水需求，提高水资源的利用效率。

水权交易：在实行水权制度的灌区，量水数据是水权分配和交易的重要依据。通过精准计量各用水户的实际用水量，明确水权拥有者的用水额度和实际消耗情况。当用水户的实际用水量低于其拥有的水权额度时，可将多余的水权通过水权交易平台进行转让，实现水资源的优化配置，提高水资源的经济价值。

节水考核与奖励：根据量水数据，对各用水户的用水情况进行统计和分析，评估其节水效果。对于节约用水成效显著的用水户，给予一定的奖励，如减免部分水费、给予节水技术补贴等；对于超定额用水的用户，实行加价收费。通过这种激励约束机制，提高用水户的节水意识，促进节水技术的应用和推广。

灌溉工程运行评估：量水数据能够反映灌溉工程的运行状况，如渠道的输水损失、泵站的运行效率等。通过对量水数据的分析，评估灌溉工程的运行性能，发现工程存在的问题和缺陷，为灌溉工程的维护、改造和升级提供依据。例如，根据渠道不同段落的流量损失情况，确定渠道防渗修复的重点区域，提高灌溉工程的输水效率。