兴化里下河地区流动灌溉机船供水计量研究

曹丽 郑天柱

摘要：兴化里下河地区水网稠密，每年约90万亩稻田采用流动灌溉机船供水。为全面落实兴化市农业水价综合改革，亟需对这部分流动灌溉机泵供水计量开展专题研究，解决它们的计量及流量率定问题。通过现场模型测试了不同柴油机泵在不同转速下的实际流量，从而得到流动灌溉机船实际供水计量，为农业水价改革提供技术依据。

关键词：流动灌溉机船;柴油机泵;用水计量;农业水价改革

引言：

兴化市常年种植水稻110万亩，按照传统的灌溉方法，水稻生长期需要不断周期性地进行灌水，以保证水稻生长正常需求，水资源得不到充分利用，漫灌式供水带来粗放式用水，带来残留农药化肥的废水直接排入河道，严重污染水环境。作为农业水价综合改革示范区，2018年戴南镇182座灌溉站安装了电磁流量器，每台价值2600多元，由兴化市农业水价综合改革专项资金列支。2017年小型农田水利重点县工程项目区大邹镇和大垛镇28座灌溉站安装了电磁流量器。

由于兴化市位于里下河腹部，水網稠密，目前约90万亩稻田采用流动灌溉机船供水[1]，该灌溉装置具有流动性好、无需输水渠道，适合1家1户自备使用，最大服务面积约100亩，整个兴化市拥有3万艘流动灌溉机船，多数机泵设备老旧，为全面落实兴化市农业水价综合改革，亟需对这部分流动灌溉机泵供水计量开展专题研究，解决它们的计量及流量率定问题。

1 基本情况

1.1 供水计量方法

船载柴油机泵灌溉装置具有流动性好、无输水渠道，适合1家1户自备使用，最大服务面积约100亩，仅兴化市钓鱼镇17个行政村现有260多台这种船载柴油机泵灌溉装置[2]。常用泵型为250HW-8、200HW-5S混流泵，额定流量540 m3/h、390 m3/h。实际使用中，净扬程和柴油机转速变化，运行流量一般小于额定流量，为了实现这种船载柴油机泵灌溉装置的灌水流量计量，本试验目的是测量不同转速条件下，实际运行流量的大小。

水泵流量测试可以采用的方法较多，如水堰法测流量、差压式流量计测流量、涡轮式流量计测流量、电磁流量计测流量等，目前工程中应用较为广泛的是采用超声波流量计测流量。

1.2 容器法

本次试验采用容器法，即通过容器法测水体体积，除以计时的时长，即得平均流量。其主要设备：量水池、换向器、计时器、测速仪。

量水池为矩形结构，有效容积约30 m3，6.20 m×6.00 m×0.82 m，量水池水平放置，底部设放水短管3个和控制阀，短管直径100 mm，量水池内侧垂直设水位标尺，从下往上标刻度。

换向器控制水流是否注入量水池。当机组运行稳定后，开始计时测量，同时，换向器控制水流注入量水池。结束时，读取水位和时长数据。

测速仪：非接触式红外测速仪（UT372），测量柴油机飞轮转速。计时器可用手机秒表计时功能。

2 实验方案及试验装置

2.1 试验方案

（1）测试250HW-8混流泵在814-1200 r/min不同工况下的流量。

（2）测试200HW-5S混流泵在731-1226 r/min不同工况下的流量。

（3）测试10HB-30混流泵在819-1056 r/min不同工况下的流量。

2.2 试验装置

为了获取准确数据，采用现场试验，试验装置如图2-1所示，试验原理如图2-2。量水池为矩形砖混结构，侧面加筋。试验地点位于钓鱼镇元如村2组位于兴化市东北约16.0 km，钓鱼镇西南5.0 km。灌溉水源取自东西向圩内河道，河宽约9 m，内河水位约1.20 m，平均水深约1.5 m，圩内河与新海河相通，试验期间水位恒定。灌溉稻田呈长条形，长度175 m，宽度17 m，约4.5亩。地面高程3.00 m，量水池高度0.82 m，净扬程2.70 m。

3 试验结果

3.1 试验方案

试验结果表明，流量与转速呈正比关系，符合比例律，详见图3-1、图3-2。

3.2 试验工况分析

绘制不同转速下混流泵性能曲线和管道性能曲线，两者交点为泵装置运行工况点。不同转速的泵性能曲线根据比例律，换算。

（1）10吋混流泵

10吋混流泵（10HB-30）（旧泵）980 r/min时流量263 m3/h，1060 r/min时流量313 m3/h，如图3-3。该泵为上世纪70年代生产，使用时间较长，运行效率较低，油耗高达1.5 L/h以上（正常0.9 L/h ）。

10吋混流泵（250HW-8）（新泵），980 r/min时流量396 m3/h，1060 r/min时流量536 m3/h，如图3-4。

（2）8吋混流泵

8吋混流泵（200HW-5S）1160 r/min时，流量371 m3/h，如图3-5。

10吋混流泵（250HW-8）980 r/min时流量396 m3/h，8吋混流泵（200HW-5S）1160 r/min时流量371 m3/h。

10吋混流泵（10HB-30）980 r/min时流量263 m3/h，比10吋新泵（250HW-8）980 r/min时流量低33.6%。因此，8吋混流泵（旧）1160 r/min时流量275 m3/h。

3.3 水泵运行净扬程修正

试验时量水池设置在地面以上，将净扬程提高80 cm，实际灌溉运行净扬程1.9 m，因此，实际运行的泵流量比试验工况流量略大，需修正。10吋混流泵（250HW-8）980 r/min时流量439 m3/h，8吋混流泵（200HW-5S）1160 r/min时流量403 m3/h。净扬程修正后的工况分别见图3-6和图3-7。

10吋混流泵（10HB-30）980 r/min时流量299 m3/h，比10吋混流泵（250HW-8）980 r/min时流量低31.9%。

4 分析与讨论

（1）额定工况运行流量

10吋混流泵980 r/min时流量299 m3/h，8吋混流泵1160 r/min时流量296 m3/h。

根据调研，实际水泵中档转速（83.6%额定转速）运行，10吋混流泵（旧）流量223 m3/h，8吋混流泵（旧）流量192.3 m3/h。

据调研，10吋混流泵（旧泵）平均灌溉时间约1 h/次，4.5亩用水量223 m3。平均供水49.6 m3/亩，灌溉平均水深74 mm，多年平均灌溉10～12次，首次泡田平均需水量80 -100 m3/亩，每亩灌溉年供水量526-646 m3。参考《江苏省灌溉用水定额（2014）》基本水稻灌溉定额+附加灌溉定额，为636 m3/亩，基本相符。

因船载柴油机泵使用的混流泵普遍使用年限较长（>40年），与额定工况相比，实测水泵流量299 m3/h，比新泵的流量低31.9%。

（2）现状机泵装置普遍老旧，管道变形破损亟需改造，内容包括电启动电机、控制器、变速箱等，改造费用800元/套。

（3）用水管理粗放，因秧苗直播方式，密度大，无规则行间距，机泵从稻田一端进水流向另一端时，秧苗对水流流动阻力大，当田块较长时，漫灌式上水用时较长。其次，稻田田埂受耕机碾压局部不规则塌陷，田埂保水能力不强，稻田漏水、渗水现象严重，田埂需加高、加固。

（4）机泵运行作业多数缺少泵出水池防冲斗。实际稻田受水端冲刷形成椭圆形凹坑，试验地点土质为亚粘土，冲刷凹坑宽约 1.8 m，长度超过2.2 m。面积大于3.0 m2。

5 成果与建议

5.1 研究成果

通过实测，流动灌溉柴油机船供水，现状实际用水定额测算成果见表5-1。现状，流动灌溉不同泵型等条件下，亩均灌水量均高于省用水定额，约9.7%-30.7%。

5.2 建议

（1）实际应用中，需客观掌握柴油机泵的运行时长，需选择适合机泵计量的计时器，可选用“震动式计时器柴油机专用”，这种计时器具有感震传感器、防水、LCD显示、电池使用寿命长等特点，型号为RL-HM06，宁波启凡电子生产，售价约35元/台。

（2）建议财政适当补贴建设防冲刷砖混出水池和流动灌溉机船设备维修费，以提高机泵运行效率，实现节水增效。

（3）逐步改用电灌站，便于运行管理自动化。

（4）鉴于水泵运行条件恶劣、水位变动等，建议对常规泵型的水泵流量进行跟踪率定。

（5）全面推进农业水价综合改革，规范农业用水计量管理。

具体供水操作程序a.计时器读取初值;b.确定水泵铭牌转速;c.启动机泵运行;d.结束计时;e.根据率定流量和运行时间，推算该机泵实际的供水量;f.记录水泵供水量[3、4]。

参考文献

[1]袁家明. 近代江南地区灌溉机械推广应用研究[D].南京农业大学，2009.

[2]黄道见.柴油机泵在农业方面的应用[J].农机化研究，2009，31（06）：214-216.

[3]王芳.农业灌溉水价改革措施探讨[J].农业科技与信息，2020（05）：95-96.

[4]王苏，周蔚，徐瑶，陈丹，褚琳琳.基于节水优先的江苏省农业用水与节水发展策略探讨[J].农业与技术，2020，40（04）：67-70.

揚州大学环境科学与工程学院 江苏扬州 225100