Водоучет на оросительных системах

Водоучет на оросительных системах

Водоучет - система измерений и регистраций объема воды на гидромелиоративных и водохозяйственных объектах. Водоучет позволяет обеспечить контроль использования водных ресурсов и составляет основу для диспетчерского управления водораспределением и водоподачей на оросительных системах.

По функциональному признаку на межхозяйственной части системы выделяются: участок головного питания, узлы командования и водораспределения, точки выдела воды хозяйствам; на внутрихозяйственной сети - узлы внутрихозяйственного водораспределения, точки выдела воды на севооборотные участки.

Схема водораспределения и водоучета на оросительной системе:
1 - каналы; 2 - коллекторы; 3 - главный гидрометрический пост; 4 - гидрометрические посты;
5 - границы эксплуатационных участков; 6 - узлы командования; 7 - узлы распределения;
8 -автоматические узлы; 9 - точки выдела

Участок головного питания при механическом водозаборе включает в себя насосную станцию, напорный трубопровод, успокоительный бассейн; при самотечном водозаборе - головное водозаборное сооружение, верховую часть магистрального канала до главного гидрометрического поста. В обоих случаях участок головного питания включает в себя участок реки или водохранилища со специальными устройствами (плотина, дамбы, крепления и, т. п.) и опорный гидрометрический пост на источнике орошения для определения и учета водных ресурсов и главный гидрометрический пост в голове магистрального канала для учета забора воды в систему.

Эксплуатационное оснащение головного участка:
1 - головной регулятор; 2 - створ связи; 3 - основной репер; 4 - русловой створ; 5 - граница участка;
6 - шпора; 7 - сброс; 8 - главный гидрометрический пост

К узлам командования относятся гидротехнические узлы на магистральной сети, с помощью которых поддерживаются горизонты и расходы воды в магистральных каналах. К определенному узлу командования приписывают часть магистрального канала, которой им поддерживает необходимый уровень воды и точки выдела воды хозяйствам, которые получают воду непосредственно из данного узла. Такие узлы имеют сбросные выпуски и иногда специальные сбросные тракты (каналы). К узлам водораспределения относятся гидротехнические узлы, из которых вода распределяется в межхозяйственные каналы более низкого порядка и в точки выдела хозяйствам. К узлу распределения приписывают участок канала со всеми сооружениями на нем, по которому вода подается к нему от выше расположенного узла, а также отрезки каналов, подающих воду в точки выдела, приписанные к данному узлу.

Точкой выдела воды в хозяйство называется водовыпуск в хозяйственный канал или пункт на канале, в котором производится фактическая передача воды водопользователю.

Все оросительные каналы и сооружения на них, расположенные выше точек выдела воды хозяйствам, относятся к межхозяйственной части системы, находятся на балансе и обслуживаются государственной эксплуатационной организацией - УОС. Внутрихозяйственная часть системы, расположена ниже точек выдела воды хозяйствам, находится на балансе и обслуживается самими хозяйствами - водопользователями или за их счет.

На внутрихозяйственной оросительной сети аналогичным образом выделяются узлы водораспределения и точки выдела воды на севооборотные участки.

Все точки выдела, узлы командования и распределения, как на межхозяйственной, так и на внутрихозяйственной оросительной сети должны быть оборудованы водомерными устройствами, позволяющими распределить воду в определенных расходах (объемах) в соответствии с планами водопользования.

Узловая схема организации эксплуатации системы (с сосредоточенными участками вододеления) более рациональна и удобна в эксплуатации по сравнению с линейной (с рассредоточенными участками вододеления).

По территориальному признаку система делится на эксплуатационные участки (ЭУ), которые, в свою очередь, могут быть разделены на гидроучастки (ГУ). Каждый эксплуатационный участок (или гидроучасток ГУ) включает в себя один или несколько узлов водораспределения со всеми приписанными к ним точками выдела, подкомандными площадями, каналами, сооружениями и устройствами. Границы участков устанавливаются с учетом границ командования узлов водораспределения, границ административных районов и хозяйств-водопользователей. Узел водораспределения со всеми приписанными к нему точками выдела и подкомандными площадями должен обслуживаться только одним участком (ЭУ или ГУ).

Каналы сбросной и коллекторно-дренажной сети с сооружениями на них приписываются к определенному узлу, если они отводят воду только от данного узла и подкомандной ему площади. Крупные сбросные и коллекторные каналы, обслуживающие несколько узлов, могут выделяться в самостоятельный эксплуатационный участок.

Учет воды на оросительных системах является основой проведения планового водопользования.

Задачи службы учета оросительной воды следующие:

получение данных о водных запасах систем в многолетнем и годичном разрезах;
определение расходов и объемов воды для составления и корректировки планов водопользования, определение потерь воды в межхозяйственной и внутрихозяйственной оросительных сетях;
обеспечение системы необходимыми данными для учета и регулирования воды в любой точке ее забора и распределения; составление фактических данных эксплуатационной гидрометрии для правильной и своевременной технической эксплуатации оросительной системы.

Работы, связанные с измерением расхода воды, производятся специальным штатом гидрометров, и только при их выполнении возможно плановое регулирование воды на оросительной системе. На межхозяйственной сети каналов наблюдения за стоком и расходами воды производятся:

при автоматизированном учете постоянно (данные о расходах и горизонтах воды снимаются с приборов один раз в неделю),
при инструментальном - три раза в сутки (в 7, 13 и 19 часов). Учет воды, поступающей в хозяйства, проводится не реже двух раз в сутки.

Для учета воды на оросительной системе устанавливаются гидрометрические посты.

Для нормального водоучета необходимо в среднем 10-12 постов на 1000 га орошаемой площади.

Водомерные посты подразделяются:

1. Посты учета водных запасов источника орошения - посты связи с опорной сетью или опорные гидропосты. Они служат для переноса гидрометрических данных с речных водомерных постов Гидрометеорологической службы в створ водозаборного сооружения оросительной системы (при необходимости, могут быть созданы дополнительные опорные гидропосты). Если источниками орошения служат открытые водоемы (пруды, озера, водохранилища), то на них устанавливают реечные или свайные водомерные посты; на реках, кроме того, оборудуются гидрометрические створы.

2. Посты балансового водоучета. Эти посты предназначены для учета воды, поступившей в систему и на отдельные балансовые участки и сброшенной с них. Они устанавливаются в голове системы, на границах балансовых участков, на коллекторно-сбросной сети, на транзитных участках каналов.

3. Посты оперативного водоучета. С помощью этих постов производится распределение воды по сети каналов системы; устанавливаются они на всех узлах распределения воды (кроме последних узлов - по каждому межхозяйственному каналу, где роль постов оперативного учета выполняют хозяйственные посты).

4. Посты учета выдела воды водопотребителям (хозяйственные посты или посты в точках выдела воды хозяйствам). Служат для определения объемов воды, подаваемых хозяйствам за сутки, декаду.

5. Посты на внутрихозяйственной оросительной сети для учета распределения и контроля использования воды водопользователями данного хозяйства и для определения фактических поливных норм.

Кроме того, иногда предусматриваются посты наблюдения за горизонтами воды на дамбовых участках каналов, а также специальные посты для выполнения научно-исследовательских и изыскательских работ.

Оборудование водомерных постов принимается в зависимости от их назначения, типа оросительной сети (открытая или закрытая) и величины расходов воды, подлежащих учету. Конструкция гидрометрических постов и их оборудование должны соответствовать современным требованиям и при этом обеспечивать оперативное определение гидравлических показателей (уровень воды, скорость и расход потока, суммарный сток воды и т.д.).

Источник: lib.cef.spbstu.ru

Последовательность действий при выборе места строительства и типа водомерного устройства

1. Выбрать участок канала и створ проектируемого гидропоста;

2. Визуально определить режим движения потока, произвести оценку состава оросительной воды;

3. Измерить среднюю ширину по дну (в), по верху (В) и строительную высоту (h) канала и определить длину прямолинейного участка;

4. Выбрать подходящий тип водомерного устройства.

Пояснения по каждому пункту действий:

По первому пункту: Участок канала, где намечается строительство гидропоста, должен быть прямолинейным, длиной не менее L = (6-10) * b, где b – ширина канала по дну. Створ гидропоста должен быть разбит на середине или, чуть ниже середины длины прямолинейного участка на расстоянии l = 0,5-0,7 * L. Путем визуального осмотра надо убедиться, в отсутствие отложений донных наносов, повреждений берм и откосов канала;

Продольный и поперечный профиль выбранного участка канала

По второму пункту: Произвести осмотр водной поверхности и дна участка канала как вверх, так и вниз по течению. Определить режим движения потока и дать визуальную оценку качества оросительной воды (наличие наносов), где намечено строительство гидропоста;

По третьему пункту: В зависимости от результатов осмотра по пунктам 1 и 2, произвести подбор подходящих типов водомерных устройств, пригодных для учета воды в этом створе. В зависимости от финансовых возможностей, наличия местных стройматериалов и прочих факторов, окончательно произвести выбор подходящего типа водомерного устройства.

Стандартные водомерные устройства для измерения расходов воды

В качестве стандартных устройств для измерения расходов воды приняты следующие типы водомеров:

Водосливы с тонкой стенкой, различного профиля;
Расходомерные пороги САНИИРИ;
Лотки Вентури;
Лотки Паршала;
Лотки САНИИРИ (Ярцева).

Все вышеперечисленные водомерные устройства удовлетворяют требованиям Стандартов или Правил, благодаря чему обеспечивается возможность изготовления и применения таких измерительных устройств без индивидуальной градуировки.

Ниже рассмотрим предназначенные для учета расходов воды на внутрихозяйственной оросительной сети и получившие наибольшее распространение стандартные водосливы Томсона, Чиполетти и лотки САНИИРИ (Ярцева).

Водослив Томсона (ВТ)

Водослив ВТ–50 предназначен для измерения расходов воды до 50 л/с. Водослив ВТ изготавливается как переносной, так и стационарной конструкции. Конструкция его состоит из водослива треугольной формы, сходящимися кромками под углом 90^о, изготовленного из листовой стали толщиной 3 мм; уголка жесткости и уровнемерной рейки, укрепленной на стенке водослива наклонно под (45^о) или вертикально (90^о). Кромка порога водослива ВТ, обращенная к подводящему каналу, должна быть острая, с фаской – (45^о).

Водослив Чиполетти (ВЧ)

Водослив Чиполетти ВЧ–50 предназначен для оросителей с диапазоном измерения расхода от 5 до 80 л/с; ВЧ–75, для оросителей с диапазоном измерения расхода от 15 до 230 л/с. Водослив ВЧ–50 относится к трапецеидальным водосливам с тонкой стенкой с боковыми откосами 1:4. Он изготавливается, из листовой стали толщиной 3–4 мм; и уголков для обеспечения жесткости конструкции. Ширина гребня водослива (b = 50 см) выполняется с допуском ± 2–3 мм, остальные размеры – с допуском ± 5–10 мм; кромка водосливного отверстия должна быть ровной, чистой, без зазубрин и выступов.

Водослив ВЧ–75 изготавливают из стали толщиной 4 мм, водосливное отверстие должно быть ровным без зазубрин и выступов. Основной размер гребня b = 75 см, выполняется с допуском ± 5 мм, остальные размеры с допуском ± 10 мм.

Ширина гребня водосливов ВТ и ВЧ выполняются с допуском ± 2–3 мм, остальные размеры – с допуском ± 5–10 мм; кромка водосливного отверстия должна быть ровной, чистой, без зазубрин и выступов.

Кромка порога водосливов ВТ, ВЧ быть острой с фаской 450, обращенной навстречу потоку.

Уровнемерная рейка должна быть изготовлена на специализированном заводе из металла с покрытием водостойкой краской. Деления и числа не должны стираться, а нули реек должны совпадать с отметкой гребня водослива; всю металлоконструкцию окрашивают в три слоя противокоррозионной краской.

Требования для установки водосливов ВТ, ВЧ

земляной участок канала, предназначенный для установки водослива должен быть прямолинейным с длиной не менее L = 10 * b, с симметричным поперечным сечением;
земляной участок канала (дно и откосы), должны быть очищены от ила, водной растительности, мусора с соблюдением симметричности;
водослив следует устанавливать строго вертикально, и перпендикулярно оси канала, врезая его в дно и откосы земляного русла, на середине подготовленного участка;
порог (гребень) водослива должен быть строго горизонтальным, вертикальная стенка перпендикулярной основанию, ось водослива должна совпадать с осью канала;
высота порога водослива «Р» должна быть больше максимальной глубины h max в канале, за водосливом;
начало подводящего и конец отводящего участков канала, должны выполняться виде гидротехнического зуба, т.е., заливкой бетоном имеющей ширину и толщину двукратно превышающей толщину (t), бетонной облицовки дна канала;
при скорости течения более 0,5 м³/с подводящий участок канала перед водосливом следует расширить, а дно углубить для уменьшения скорости потока.

Гидропост с водосливом Чиполетти

Примечание: Для установки порога водослива в строго горизонтальное положение и привязки отметки его порога к нулю гидротехнической рейки, рекомендуется использовать нивелир или гидроуровень, используя для этой цели наполненный водой длинный прозрачный шланг малого диаметра (принцип сообщающихся сосудов).

Измерение расходов воды водосливами

Определение расхода воды (м³/с) производится по рабочим формулам:

для треугольного водослива ВТ

для трапецеидальных водосливов ВЧ,

где:

b – ширина порога водослива, (м);

H – напор воды над порогом водослива, (м).

Эксплуатация водосливов (ВТ, ВЧ)

Для нормального в пределах допустимой точности (σ ± 5%) учета воды необходимо соблюдать следующие правила:

систематически проверять горизонтальность порога и вертикальность стенки; следить, чтобы нули реек совпадали с уровнем порога;
очищать в случае заиления подводящий участок канала (порог Р должен быть выше дна канала в верхнем бьефе);
не допустимо затопление гребня водослива со стороны нижнего бьефа;
производить не реже 1 раза в год ремонт водосливной установки (очистка от наносов, исправление дефектов, окраска, замена реек и т. д.).

Для малых каналов АВП рекомендуется строить лоток САНИИРИ, остальные лотки (Паршала, Вентури) не рекомендуются для строительства, т.к. они сложны в изготовлении.

Водомерный лоток САНИИРИ (ВЛС)

Водомерный лоток САНИИРИ (сокращенно ВЛС) – представляет собой короткий лоток, со сходящимися к нижнему бьефу вертикальными стенками и горизонтальным дном. Сопряжение лотка с каналом в верхнем и нижнем бьефах осуществляется открылками; при этом в водобойной части устраивается колодец. Превышение порога «Р» над дном канала необязательно. Уровнемерная рейка прикрепляется к передней стенке лотка, ноль рейки должен совпадать с отметкой дна лотка.

Водомерный лоток САНИИРИ (ВЛС)

Уравнение расхода для ВЛС при свободном истечении имеет вид:

где

- коэффициент расхода;

b – ширина выходной части горловины лотка (м);

Н – глубина воды над порогом лотка в верхнем бьефе (м);

Рабочая формула имеет вид:

Лоток САНИИРИ предназначен для измерения расходов воды при незатопленном истечении. Незатопленное истечение для ВЛС обеспечивается при h ≤ 0.

Продольный профиль лотка САНИИРИ

Требования по изготовлению и эксплуатации ВЛС

Смещение плоскости лотка или его отверстия относительно осевой плоскости подводящего канала не должна превышать 5 мм при ширине подводящего канала Вк < 500 мм. При Вк = (500–1500 мм) - 10 мм. И, наконец, при Вк > 1500 мм - 15 мм;
Отклонение боковых стенок горловины лотка, от вертикали не должно превышать 2 мм на 1 м высоты стенки.
Дно горловины или входного раструба лотка должно быть строго горизонтально. Отклонение допускается не более 1 мм на 1 м длины (или ширины) горловины.
Не допускается подтопление дна лотка со стороны нижнего бьефа.

При правильно построенном ВЛС поток воды поступает в водобойный колодец отводящей части гидропоста без подтопления, т.е., выполняется условие h ≤ 0.

Фиксированное русло

В практике водоучета когда необходим учет больших расходов воды, или в случаях когда режим потока неустановившийся, на прямолинейном участке земляного канала, оборудуется гидропост типа фиксированное русло (ФР) с уровнемерной рейкой.

Для получения расходной зависимости Q = f (H) необходимо проведение индивидуальной градуировки «ФР». Фиксированное русло, может быть выполнено из бетонных плит, или монолитного бетона с толщиной не менее 5 см, для придания устойчивости облицовки механическим воздействиям и размыву потоком воды.

Фиксированное русло

Требования к оборудованию гидрометрических постов типа ФР

Гидрометрический створ типа «ФР» должен оборудоваться на прямолинейном участке канала с равномерным режимом потока воды;
На прямолинейном участке канала не должно быть, каких либо препятствий (опоры моста, близость поворота) влияющих на режим потока воды в створе гидропоста;
В земляных руслах, для сохранения неизменного поперечного сечения в створе гидропоста, рекомендуется производить облицовку откосов и дна канала (бетонный поясок);
Участок канала для «ФР» должен быть прямолинейным, с постоянной формой поперечного прямоугольного, трапецеидального или параболического сечения, допускающей отклонения от средних геометрических размеров (ширины, строительной высоты русла, величины заложения откосов) не более ± 2 % сечения, с постоянным уклоном дна.
Начало подводящего и конец отводящего участков «ФР», должны выполняться виде гидротехнического зуба, т.е., заливкой бетоном имеющей ширину и толщину двукратно превышающей толщину бетонной облицовки дна канала;
Уровнемерная рейка должна быть установлена в специальном колодце или нише; ноль рейки должен совпадать с отметкой дна канала в створе гидрометрического поста;
Гидрометрический створ должен быть всегда чистым, свободным от наносов и мусора;
При подпорно переменных режимах потока на гидропостах типа «ФР», необходимо производить контрольные замеры расхода воды при каждом изменении уровня;

При скорости потока в канале менее 2 м/с допустимая длина участка, на котором должны быть выдержаны указанные условия, в зависимости от ширины канала по верху (В), должна быть не меньше L = (6 - 8 )*В.

Параболические лотки

Большое распространение в практике ирригации получили параболические лотки типа ЛР-40; 60; 80; 100. Эти водопроводящие сооружения можно отнести к разновидности ФР. Учет воды на этих лотках производится путем градуировки и получения расходной характеристики Q = f (H).

Градуированный параболический лоток (ГПЛ), это место (пост) оборудованный и проградуированный для систематического учета воды. ГПЛ включает одну секцию лотка ЛР и гидрометрический створ (рабочий) для измерения глубины и скорости воды, неподвижно закрепленного на нем мостика, успокоительного колодца с уровнемерной рейкой, или нанесенной на откосе расходомерной шкалой. Выбранная секция и соседние секции лотков, должны быть исправными с одинаковым уклоном.

Источник: Рекомендации по выбору типа, места и строительству
водомерных устройств в АВП. Отчет проекта «ИУВР-Фергана»,
Ташкент, 2010 г., отв. исполнитель Масумов Р.Р.