汾河灌區二壩東干渠全渠道控制方案簡述

郭 濤，劉春艷

（太原市水利勘測設計院，山西 太原 030002）

1 概況

汾河灌區是山西最大的自流灌區，位于山西省中部太原盆地，南北長140 km，東西寬約20 km。灌區跨3市、11個縣（區），控制面積13.7萬hm2。其中耕地約10.46萬hm2，設計灌溉面積9.97萬hm2。汾河灌區由一壩灌區、二壩灌區、三壩灌區3個灌區組成，其中二壩灌區渠首座落在汾河清徐長頭村西約1 km，灌區南至平遙縣南良莊，南北長約50 km。灌溉面積5.538萬hm2，汾東灌區2.103萬hm2，汾西灌區3.48萬hm2。

汾河灌區二壩汾東灌區東干渠開展節水改造引入全渠道控制系統，采用先進的節水技術和設備（測控一體閘）在灌區開展節水改造。下面結合工作實踐，對東干渠全渠道控制方案作一介紹。

2 全渠道控制系統簡介

全渠道控制系統能夠使灌溉渠系實現“按需供水”，是最先進的灌溉控制技術之一。由澳大利亞Rubicon公司研制開發，廣泛應用于澳大利亞、美國等國。全渠道控制系統能夠幫助灌區管理機構實現精確的灌溉系統自動化管理和控制，是根據用水戶需求進行供水的下游控制系統。在灌溉季節，可將閘與閘之間的每段渠道視為一個“蓄水池”。當下游用戶取水時引起渠道水位的下降，閘門會自動調節開度補充水量，直到水位達到設定值為止。依次往上類推，使渠道上的每扇閘門自動調節。通過計算機和通信網絡系統，實行整個灌區或部分灌溉渠系輸配水的自動化，實現整個渠系網絡的智能化調配水量和全局控制。實踐應用表明，全渠道控制系統可以將渠系水利用系數提高15%～20%。由于全渠道控制系統為用水戶提供了靈活、可靠、公平的供水服務，因而提高了農田配水的效率，減少了配水過程中的棄水損失，在越來越多的國家中得到廣泛應用。

3 全渠道控制系統結構

測控一體閘作為全渠道控制系統核心產品，是根據水力學原理設計而成的，是集測、控于一體的頂面溢流式或底流式閘門。該設備以太陽能為動力，通過集成在內部的無線通信系統和SCADA（數據采集與監視控制系統）網絡與控制中心及用水戶連接，控制中心和用水戶通過配套軟件系統進行實時動態聯系，為用水戶提供及時穩定的供水服務。包括閘門門框、水位傳感器、開度傳感器、閘門、驅動裝置、控制器、太陽能板、通訊系統等，具有穩定閘前水位或流量的作用和啟閉靈活等特點，水量監測精度可達到98%以上，在SCADA平臺和全渠道控制調度軟件的支持下，將傳統的灌溉供水逐步提升到按需供水。

4 建設方案

4.1 建設內容

根據調研，如果實現東干渠整條渠道水量測控的自動化，需要在現有的節制閘和分水口處安裝測控一體化閘門，閘門之間通過無線通訊和網絡，相互聯動，自動調節，實現整條渠道的測量和控制的現代化和信息化。根據閘與閘之間的測量數據，發現渠道中滲漏嚴重的地段和險工險段，針對性地進行襯砌或修復。本方案旨在通過全渠道控制系統建設及閘門的優化調度，快速實現控制系統內水資源的優化配置，為用水戶提供更加安全、公平、可靠、靈活的供水服務。

若考慮東干渠所有節制閘和分水口，需安裝測控一體閘92扇，其中干渠節制閘14處，東一支和東二支分水閘2處，其他為干渠直開口閘。

4.2 投資規模

根據測算，92扇閘門共需設備投資1 833萬元，包括太陽能供電系統、無線通訊設備、上下游水位監測系統、閘門開度監測系統、閘門自動控制系統及現地軟件系統等。另外，閘門運行調試費4.6萬元。因此閘門設備及安裝調試費合計約1 838萬元。

通訊網絡投資除基本的基站建設外，其他各項設備投資已包含在閘門系統中。考慮到閘門系統和汾河灌區管理局信息中心管理站之間的距離，擬安裝2處無線中繼站，每處中繼站塔高15 m，投資30萬元，加上通訊系統設置調試費3.13萬元，每處需33萬元。

5 預期效果

由于閘門漏水、渠道滲漏和無法控制的棄水造成東干渠至少有30%的灌溉水被浪費。安裝全渠道控制系統后，從東干渠渠首開始將采用新的測量與控制設備和管理理念，所有節制閘和配水口安裝的測控一體化閘門，能夠實現東干渠全渠道的精確計量與配水控制，改善灌溉系統的輸配水條件，在規定的時間內自動供水，提高輸水效率和計費點水量測量的可靠性。

東干渠安裝全渠道控制系統后，干渠上的所有閘門均可實現精確計量；徹底改善現有渠系中底流式閘門的漏水現象；保證東干渠的水位穩定，為東干渠閘門間的渠段提供實時水量平衡數據，識別并量化所發生的滲漏等水量損失。實現計算機網絡控制后，用水戶能夠得到公平、可靠、靈活地供水服務，提高了灌區管理人員的服務水平。顯著增強了對環境的控制能力，更好地適應了灌區經濟和社會發展，基本達到了水資源高效利用和灌區可持續發展的目標。

6 結語

全渠道控制系統中的測控一體化閘門和閘門間自動聯動的特性，能夠保證灌區實現準確計量和動態控制。選擇一個獨立的有一定規模的灌溉系統，建立規模化示范區，對現有明渠灌溉系統進行改造，在所有節制閘和分水口處安裝測控一體化閘門，利用閘門間的自動調節和聯動，可實現對用水戶的“按需供水”。通過1年多的運行和監測，積累了一套完整的資料和數據，為該系統的進一步應用推廣創造了條件。