位山灌區(qū)閘門遠程測控系統(tǒng)應用探析

衣厚振，王曉飛

（聊城市位山灌區(qū)管理處，山東 聊城 252000）

位山灌區(qū)位于山東省西北部黃泛平原，渠首設計引水流量240 m3/s，設計灌溉面積36萬hm2，是黃河下游最大的引黃灌區(qū)。灌區(qū)骨干工程設有東、西2條輸沙渠，2個沉沙區(qū)和3條干渠，總長274 km；分干渠53條，總長797 km；流量大于1.0 m3/s的支渠393條，總長1 419 km；各類水工建筑物5 000余座。

2016年聊城市位山灌區(qū)管理處提出了建設全國一流的現(xiàn)代化新型生態(tài)灌區(qū)的奮斗目標。位山灌區(qū)圍繞現(xiàn)代化灌區(qū)建設，在信息化管理與應用方面積極探索，并在閘門遠程控制管理方面尋求突破，太陽能閘門遠程測控系統(tǒng)因此應運而生。通過位山灌區(qū)一干渠小（一）型的趙盤支渠閘和小（二）型的試驗站灌排閘近一年的應用來看，該套系統(tǒng)有效解決了灌區(qū)基層用水管理分散、應用粗放的問題，在灌區(qū)現(xiàn)代化管理中具有極大的優(yōu)勢，應用前景廣闊。

1 系統(tǒng)簡介

太陽能閘門遠程測控系統(tǒng)現(xiàn)為測試版，由北京潤華信通科技有限公司開發(fā)設計，系統(tǒng)包括太陽能發(fā)電板、設備控制箱、信號遠程傳輸、遠程接收測控等設備。依靠中國移動的GPRS無線網(wǎng)絡信號，該系統(tǒng)可在閘房與遠程接收測控設備間建立穩(wěn)定的連接，操作人員在遠程電腦登錄客戶端即可實現(xiàn)閘門的自動啟停控制，客戶端還具有圖像動態(tài)模擬功能，可以實現(xiàn)對閘門運行狀態(tài)的遠程監(jiān)控。

2 實際應用優(yōu)勢

2.1 解決遠端閘門管理諸多難點

灌區(qū)線長面廣，末級渠系閘門位置分散且距管理所較遠，因無穩(wěn)定電源，啟閉只能赴現(xiàn)場一一操作，費時費力。該系統(tǒng)可直接對原有啟閉機進行加裝改造，實現(xiàn)遠程自動操控，通過太陽能供電不但解決了電源問題，還省去了遠程牽拉電線、信號傳輸線的麻煩，通過實時監(jiān)測閘門狀態(tài)，方便了供用水，也加強了管理所對閘門的控制權(quán)限，保障了用水調(diào)度。

2.2 增強閘門運行維護的安全保障

該系統(tǒng)的太陽能發(fā)電板安裝在閘房頂部，保證光能利用率的同時兼顧設備安全；相比在老式啟閉機上加裝機電設備僅能實現(xiàn)電動控制外，該系統(tǒng)的遠程控制功能，避免了夜間遇突發(fā)情況不能及時控制閘門，造成農(nóng)民損失的狀況。同時該系統(tǒng)也保留了現(xiàn)場電動啟閉裝置，設置了強制關停按鈕和啟閉高度上下限值保護，通過監(jiān)測設備電壓、電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)過載保護、異常自動關停等功能，既保證了日常維護管理的便捷性，又提高了閘門使用中的安全保障。

3 存在問題

3.1 蓄電池使用率受季節(jié)影響

一方面受灌區(qū)綠化程度較高的影響，用電量較大的春灌、秋灌時節(jié)，位于閘房頂部的太陽能板受大樹遮陰影響嚴重，無法充分接受光照，蓄電池容易充電不足，導致閘門遠程控制時常因供電不足出現(xiàn)啟閉失靈；另一方面，在非灌溉季節(jié)，各支渠閘門使用率較低，而太陽能板持續(xù)為蓄電池充電，導致蓄電池長期處于只充電不放電狀態(tài)，大大降低了使用壽命。

3.2 系統(tǒng)過載保護可靠性不足

引水后閘門底部時常會有石塊、大段樹枝等障礙物，當通過系統(tǒng)遠程操作閘門下落遇到阻礙時，系統(tǒng)的過載保護往往反應不夠及時，無法第一時間自動關停，造成閘門絲杠壓彎，甚至影響啟閉機的穩(wěn)定及安全。

3.3 閘門啟閉精度影響止水效果

該系統(tǒng)通過加裝的定位追蹤裝置實現(xiàn)對閘門啟閉高度的精準控制，但通過多次運行發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在實際啟閉過程中仍舊存在誤差。在實際應用中小于1 cm的誤差就會使閘底出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，導致無法對水量做到精準控制。

3.4 缺乏有效的節(jié)水控制設計

農(nóng)田灌溉季節(jié)，農(nóng)民主要集中在白天灌溉，所以用水高峰主要集中在白天，夜間需水量會急劇減少，但實際管理中閘門開啟后通常不會頻繁調(diào)整啟閉高度，導致夜間水資源利用效率下降，產(chǎn)生浪費。

4 改進措施

4.1 統(tǒng)一綠化標準，提高太陽能綜合利用

灌區(qū)現(xiàn)代化不僅對使用技術(shù)提出了更高的要求，也對灌區(qū)生態(tài)、人文提出了新的要求。為提高蓄電池使用率：一是建議統(tǒng)一干渠、支渠小型閘房周圍綠化標準，10 m內(nèi)栽植低矮灌木，兼顧生態(tài)環(huán)境與太陽能板光照接受；二是考慮到干渠堤防附近村莊較多的現(xiàn)狀，建議在閘房外部頂端加裝一個照明路燈，在非灌溉季節(jié)，用定時開關設置為夜間自動照明，方便夜間通行的群眾，增強堤防安全保障的同時解決蓄電池過充導致使用壽命降低的問題；三是由于電池沖放電次數(shù)的頻繁，建議將蓄電池改為鋰電池，延長電池的使用壽命。

4.2 攔污與設備改進結(jié)合，增強系統(tǒng)可靠性

一是在閘室內(nèi)閘門前的位置加裝小型的攔污柵，保證較大的障礙物無法進入閘室；二是對系統(tǒng)過載保護裝置進行改進，現(xiàn)有的過載保護主要是通過監(jiān)測電壓和電機轉(zhuǎn)速等參數(shù)實現(xiàn)異常關停，在實際應用中往往不夠靈敏。通過實際探索，結(jié)合測流儀器中的水深感應裝置，建議在閘門底部增加彈性感應式的斷電保護裝置，用直接感應代替間接監(jiān)測，實現(xiàn)斷電保護的及時啟動。彈性設計既可避免感應裝置因入水阻力觸發(fā)斷電，又可使閘門在遇到障礙物時感應裝置能在彈性范圍內(nèi)第一時間關停，對啟閉機及絲杠起到保護的作用。

4.3 加強系統(tǒng)精度校核，增加止水設計

一是依靠管理人員現(xiàn)場調(diào)驗，結(jié)合實際止水效果，對系統(tǒng)啟閉參數(shù)進行反復校核，通過不斷調(diào)整增加閘門啟閉精度；二是可以根據(jù)實際在閘門底部增加緩沖止水條（可與過載保護結(jié)合），在閘門關閉時通過緩沖止水條的彈性增強止水效果，此系統(tǒng)的誤差在厘米級，實踐證明改進后可以有效避免閘底漏水、滲水狀況。

4.4 探索智能化控制，實現(xiàn)分時段供水

該系統(tǒng)通過遠程傳輸手段可以實現(xiàn)閘門啟閉管理，從節(jié)約水資源角度考慮，探索閘門智能化控制，實現(xiàn)供水時段性水到渠成。結(jié)合實際，建議為該系統(tǒng)增加定時調(diào)節(jié)閘門啟閉高度的設計，在需水量低的夜間降低閘門開啟高度來減少供水量，在需水量高的白天提高閘門開啟高度來增加供水量，保證農(nóng)民有充足的水量來灌溉農(nóng)田，大大提高水的利用效率，但實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性及實際可操作性等功能仍面臨一些難點，需要進一步探索。

5 結(jié)語

太陽能閘門遠程測控系統(tǒng)的應用是位山灌區(qū)進行灌區(qū)現(xiàn)代化探索的縮影。圍繞該系統(tǒng)的應用可以在測水量水、用水保障上繼續(xù)探索，結(jié)合供水信息管理平臺建設，使之具備水量精準控制、水情實時監(jiān)測上報、供需結(jié)合等功能，為水資源高效利用和灌區(qū)現(xiàn)代化建設創(chuàng)造條件，全面推動灌區(qū)生態(tài)、技術(shù)、信息方面的進步，實現(xiàn)灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展。