寧夏測控一體化閘門應用技術標準研究

武慧芳 陸立國 鮑子云 顧靖超 朱潔

摘 要：測控一體化閘門在寧夏應用已有10余年時間，應用數量1600多套，生產廠家18家，測流方式多種多樣，產品質量參差不齊，目前國家沒有針對測控一體化閘門應用的相關技術標準。為了統一標準，使測控一體化閘門得到更好應用，對測控一體化閘門應用原則、適用范圍、設備分類、選型、技術要求和適用條件等進行了規定，適用于寧夏灌區測控一體化閘門的設備選型與安裝。

關鍵詞：測控一體化閘門；測流設備；渠道測流；寧夏

中圖分類號：TV222.5；TP23 文獻標志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2022.01.024

引用格式：武慧芳，陸立國，鮑子云，等.寧夏測控一體化閘門應用技術標準研究[J].人民黃河，2022，44（1）：116-119，123.

StudyonApplicationTechnicalStandardsofIntegratedGatesfor SedimentaryWaterMeasurementandControlinNingxia

WUHuifang，LULiguo，BAOZiyun，GUJingchao，ZHUJie

（NingxiaInstituteofWaterResourcesResearch，Yinchuan750021，China）

Abstract：MeasurementandcontrolintegratedgateshavebeenusedinNingxiaformorethan10years.Thenumberofapplicationshas reachedmorethan1600sets.Thereare18manufacturers.Therearemanykindsofflowmeasurementmethodsandthequalityofproductsis uneven.Relevanttechnicalstandardsareregulated，inordertounifythestandards，makethemeasurementandcontrolintegratedgatebetter applied.Thisarticlespecifiedtheapplicationprinciples，scopeofapplication，equipmentclassification，selection，technicalrequirements andapplicableconditionsofthemeasurementandcontrolintegratedgate，withaviewtoachievingadvancedtechnology，safeandapplicable，economicalandreasonablequalityassuranceforthetechnologyandequipmentoftheintegratedmeasurementandcontrolgate.Atthesame time，ithadtheroleofguidingandpracticallysolvingoutstandingproblemsinthepromotionofnewtechnologiesandtheroleofstandardized implementationtopromotethedevelopmentofmodernecologicalirrigationareasanddigitalwatermanagementinNingxia.

Keywords：integratedgateformeasurementandcontrol；currentmeasurementequipment；channelcurrentmeasurement；Ningxia

測控一體化閘門集閘門、啟閉設備、測流設備、控制設備、供電設備于一體，集閘門啟閉、流量計量、遠程控制、通信功能于一體，結合對閘門開度、渠道水位、瞬時流量測量和時段水量的計算，并通過計算機和通信網絡系統，遠程進行渠系閘門的測控，或在給定流量、水位或開度下實現閘門輸配水量自動調節，實現渠道測水斷面或直開口測控流量的自動化[1-5]。

測控一體化閘門自2003年在寧夏灌區首次試應用至2019年底使用量已達1616套，生產廠家共18家，其中國外1家、國內17家，測流方式有超聲波、水位計、電磁流量計3種形式，在干渠、支斗渠等輸配水工程中示范應用取得了一定的效果[6-9]。隨著生產廠家的迅速增多，設備的種類和測流控制方式多種多樣，產品質量和技術要求參差不齊，目前國家沒有針對測控一體化閘門的相關技術標準，也無檢測檢驗機構，在閘門實際應用過程中出現了測流精度差、信號傳輸存在障礙、閘門自動化啟閉故障多等問題。為了統一標準，使測控一體化閘門設備在寧夏現代化生態灌區和數字治水工程中更好地應用，指導設計單位科學合理設計，審查、審批部門把握關鍵環節，建議管理單位正確采購與實施，同時為加速灌區現代化建設，實現灌區輸配水的自動化和智能化，特制定了寧夏灌區測控一體化閘門應用技術標準，對設備的應用原則、適用范圍、分類、選型、技術要求和適用條件進行規定，適用于寧夏灌區測控一體化閘門的設備選型與安裝。

1 應用原則

（1）選型原則。測控一體化閘門選型須結合區域特點，適應當地灌溉管理水平，達到選型科學、配套完善、運行可靠，便于維護和管理；同時要注重掌握產品性能和技術指標，采用先進成熟、經濟適用的設備材料及元器件，優先保證控制的可靠性、測流的穩定性和信號傳輸的安全性。

（2）設計原則。測控閘門工程設計須結合區域特點，適應當地灌溉管理水平、經濟發展水平、水利現代化發展和現代化生態灌區建設要求，達到工程設計合理、設備選型科學、設施運行可靠、便于維護和管理。

（3）建設原則。干渠直開口測控閘門的建設由各渠道管理部門（管理處）根據水利廳總體安排負責，并對工程的質量負責。支渠及支渠以下測控閘門由各市縣水務部門根據灌區規劃負責建設，并上報水利廳審批。測控閘門的建設應本著工程所在區域灌區的灌溉條件具備、灌溉工程完好、運行管理良好、集中連片的原則統一規劃、統一建設，并對工程的質量負責。

（4）管理原則。測控閘門的管理按照從屬關系采取分級管理，渠道管理部門（管理處）負責干渠直開口測控閘門的控制與管理，根據灌溉需求適時配水。市縣水務部門、鄉鎮水管所（站）、農民用水協會負責支渠及支渠以下測控閘門的控制與管理，根據配水計劃、用水需求適時灌溉。

2 適用范圍

（1）寧夏地處我國西北內陸，夏季炎熱、冬季寒冷，沙塵天氣較多，灌溉的黃河水泥沙含量大，要求測控閘門必須滿足溫度、泥沙、防冰凍、抗老化、耐腐蝕、防風沙、防雷電等環境要求。

（2）灌區骨干渠道的直開口進口閘門規格通常為60cm×60cm、80cm×80cm、100cm×100cm，有的甚至更大；田間支斗農渠閘門規格通常為30cm×30cm、40cm×40cm、50cm×50cm、60cm×60cm。這就要求測控閘門設計時應有不同的規格尺寸來滿足灌區不同級別渠道的需求。閘門除采用上述常用的規格外，其他規格應根據現場實際定制。

（3）以黃河水灌溉的渠道泥沙淤積較為嚴重，測控閘門的外形和測流方法的設計及安裝方式應考慮泥沙淤積問題。

（4）測控閘門適用于寧夏北部、中部、南部地區從干渠、支干渠等骨干工程上取水的直開口，從支渠上取水的斗農口，也適用于支斗農渠上的節制閘等控制性建筑物。

3 測控一體化閘門分類

閘門可按照功能、建設類型、渠道級別、閘門板類型、測流方式、測流與控制位置關系、測箱位置、傳動方式進行多種劃分，見圖1。

（1）按功能劃分。閘門根據功能可分為測控一體化閘門與控制性閘門。測控一體化水閘是集通信、供電、上下游水位監測、閘位監測、水量控制與調節等于一體，并具備數據記錄和流量計算功能的現代化渠系水流遠程控制設備，可實現渠道測水斷面或直開口測控流量的自動化；控制性水閘是集通信、供電、自動啟閉于一體，利用計算機與通信網絡進行閘門遠程控制的設備，不具備測流功能，包括進水閘、節制閘、分水閘、退水閘。

（2）按建設類型劃分。根據建筑物完好程度、投資狀況可將測控一體化閘門劃分為新建（或拆除重建）和改建兩種。新建、拆除重建的測控一體集成式閘門包括進水口、暗涵（圓管涵和箱涵兩種）、出水口三部分；改建的測控一體集成式閘門和測控一體分離式閘門包括進水口、出水口兩部分。

（3）按渠道級別劃分。閘門按渠道級別可分為干渠設備與田間設備。干渠設備即安裝于支口上的閘門，田間設備為安裝于斗渠以下級別渠道上的閘門。

（4）按閘門板類型劃分。測控一體化閘門按門板類型可劃分為板閘與翻斗式閘門，板閘門板為直立平板形式，利用閘門上下啟閉高度調節水量大小；翻斗式閘門門板為弧槽型，利用旋轉弧槽開度進行擋水放水。槽閘與板閘應結合工程實際與閘門功能需求進行選取。

（5）按測流與控制位置關系劃分。測控一體化板閘根據閘門控制與測流之間的位置關系，分為測控一體集成式閘門與測控一體分離式閘門（見圖2）。集成式閘門為測箱或水位傳感器與閘門控制系統集成為一體，分離式閘門為測箱或水位傳感器與閘門控制系統分離，安裝于出水口部位。

（6）按測流方式劃分。測控一體化板閘按測流方式可分為水位量測法閘門與測箱量測法閘門。水位量測法閘門通過在閘前和閘后布設水位計，結合閘門開啟高度，通過測量上下游水位并經經驗公式或試驗曲線換算成流量實現流量計量；測箱量測法閘門通過在測流箱內布設超聲波換能器，采用陣列式時差法流速測量技術實現流量計量，或在測箱內使用管道式電磁流量計，采用法拉第電磁感應定律進行流量測量。

（7）按測箱位置劃分。測控一體化集成式閘門按測箱位置可分為測箱前置式與測箱后置式兩種，測箱前置式即測流箱體位于閘門板之前，與閘門形成一體的安裝方式；測箱后置式為測流箱體位于閘門板之后或獨立安裝。

（8）按傳動方式劃分。測控一體化板閘根據傳動方式不同可分為對輪傳動與螺桿傳動兩種。對輪傳動閘門：具有常規平板閘門、啟閉機功能，并具有自動測流、遠程自動控制、自動調整流量的設備，其傳動為對輪傳動系統。螺桿傳動閘門：具有常規平板閘門、啟閉機功能，并具有自動測流、遠程自動控制、自動調整流量的設備，其傳動為螺桿傳動系統。

4 設備選型

（1）干渠直開口。干渠直開口一般采用雙控測箱板閘，但應根據建設條件和現場環境，綜合比選雙控集成前置測箱板閘、雙控集成后置測箱板閘、雙控分離后置測箱板閘或其他方式，若有其他特殊要求，則可選用雙控集成水位板閘或槽閘。

（2）田間取水口。田間取水口、支渠節制閘或分水閘，應在量測水最小單元劃分的基礎上，比選測控一體化閘門設備或控制性閘門設備。

斗渠進水口一般采用“單控”設備，若有“雙控”設備需要，通過比選論證后合理確定。對于經土地流轉的公司或種植大戶所管轄的農口首部，一般應采用“雙控”設備。

5 技術要求

5.1 測流精度要求

各類測流裝置的實驗室整體測量精度應滿足《灌溉渠道系統量水規范》（GB/T21303—2017）以及其他各類型測流方式有關規定要求[10]。在多泥沙條件下，干渠直開口的測流精度應高于田間取水口的測量精度；在綜合條件較好的情況下，田間取水口現場測量精度應≥90%；在多泥沙條件下測流精度不低于設計要求。

超聲波時差法[11]：測箱板閘產品出廠前，清水、正向進水、水面平穩條件下，實驗室測箱測流誤差為滿箱計量誤差≤2.5%，不滿箱（水位≥測水箱高度的1/2）計量誤差≤5%。

上下游水位法[12-14]：集成槽閘產品出廠前，清水、正向進水、水面平穩條件下，實驗室測箱測流誤差≤5%；分離板閘產品出廠前，清水、正向進水、水面平穩條件下的元器件測流誤差≤5%。

5.2 閘門流量匹配

閘門的選型要與建筑物流量相匹配，表1列出了不同寬度閘門所對應的最小和最大流量值。若閘門流量范圍與表1中不同時，只要符合水力學原理，滿足正常使用要求，亦可選用。

5.3 測箱要求

①測箱結構形式通常為長方形，也可經論證在滿足測箱功能要求的前提下采用圓形等其他結構形式。②測箱根據建筑物進口位置安裝尺寸和進口水流條件，分前置式測箱和后置式測箱兩種：若進口具有足夠的安裝空間且水流滿足測流條件可采用前置式，若進口沒有安裝空間或水流不能滿足測流條件可采用后置式。③前置式測箱基本組成部分有進水擴口、箱體、連接法蘭、防護擋板，箱體主要包含加強結構、電子倉、線纜防護裝置、吊環等。箱體、連接法蘭為必備的組成部分，其他結構可視具體情況選擇使用。④后置式測箱基本組成部分有箱體、連接法蘭、防護擋板，箱體主要包含加強結構、電子倉、線纜防護裝置、吊環等，箱體、連接法蘭為必備的組成部分，其他結構可視具體情況選擇使用。⑤在測箱設計時應考慮水壓荷載、泥沙荷載、凍脹變形等產生的影響。⑥測箱結構尺寸不宜大于1500mm×1500mm，超出該尺寸時測箱設計需提供相應的結構穩定性證明文件和換能器測流精度證明文件。⑦測箱材質具有防銹耐腐蝕性能，電子倉防護等級水下>IP68、水上>IP65。

5.4 閘門要求[15-18]

（1）閘門結構由閘門閘板、閘門門框、止水及拉桿（螺桿）、傳動系統及零部件等組成。

（2）材質要求：為減輕閘門門板和門框重量，門板和門框材料宜選擇密度較小、強度高、耐腐蝕的材料。在正常使用過程中不得出現影響測控一體化閘門安全運行的形變；在冬季或進水口出現柴草淤堵情況下，其主要結構的變形≤2mm。

（3）閘門尺寸：一體化板閘400mm×400mm～2000mm×2000mm，一體化槽閘寬度600～2000mm、高度700～2000mm。

（4）啟閉速度：一體化板閘啟閉速度（電動）≥1mm/s，一體化槽閘全開至全關耗時不大于30min，對啟閉機速度要求高的閘門，建設單位可根據實際需求在相關文件中另行要求。

（5）閘門開度：采用高精度絕對編碼器（≥256位），開度誤差±0.5mm。

（6）驅動方式：可采用鋼索驅動與絲杠絲母驅動兩種型式，推薦使用鋼索驅動，若采用絲杠絲母驅動型式，絲桿必須采用不銹鋼，絲母采用高韌性螺栓用鋼，防止在長期使用過程中出現螺桿螺母間隙增大問題。

（7）驅動馬達：12V或24V直流電源，產品質量符合《小功率直流電動機通用技術條件》（JB/T 5276—2007）要求。

（8）密封性：密封件每延米應小于0.02L/min。

（9）應急操作：閘門必須具備應急操作裝置，當控制系統無法工作時，可手動操作，直接驅動閘門。

（10）安全防護等級：設備水下部分（線纜、蓄電池等）≥IP68；水上部分應有防風、防雨、防塵、防雷擊功能，≥IP54。

6 適用條件

測控一體化集成式設備適用于新建、拆除重建，或者原有進水口改動不大，且能夠滿足集成式閘門安裝條件的改建工程。

“單控”設備適用于沒有測流要求的進水口、分水口、退水口，以及用于調節上下游水位或控制下泄水流流量的節制閘。

7 結 語

本文結合寧夏地域特色，因地制宜，從應用原則、適用范圍、設備分類、選型、技術要求和適用條件6個方面對測控一體化閘門的應用標準進行了規定，對測控一體化閘門進行了細致的分類與闡述，并從精度、測箱、閘門等方面進行了詳細的技術要求規定。在全國首次構建了該標準體系，填補了測控一體化閘門應用標準的空白，該標準的制定不論是對設備生產廠家還是工程建設方都有極大的約束促進作用，對該行業的發展有一定的推進作用。

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【責任編輯 張華巖】