潘莊灌區信息技術的革新與應用

蘇秀峰，王俊杰

（山東省德州市水利局，253014，德州）

山東省德州市潘莊灌區屬全國特大型灌區，1972年建成開灌，設計灌溉面積 500萬畝 （15畝=1 hm2），擔負著336萬人口的生產生活供水任務，年均引水10億m3，是全市經濟社會發展生命線。近年灌區又承擔了引黃濟津（天津市）、引黃濟冀（河北省）任務，惠及三省（直轄市）工農業發展和人民群眾用水安全。

近年，灌區投資139.4萬元對水位測傳、監控、遠程閘控、遠程測流四大系統進行技術革新，不斷加快信息化建設步伐，不斷提升信息化建設質量和管理效能，推動灌區向現代化、可持續方向發展。

一、技術革新點及實現功能

1.水位自動測報傳輸技術

（1）基礎及不足

潘莊灌區總干渠上設有8個水沙觀測站，共安裝了14臺HW-1000型超聲波水位計，8個站各自觀測水位，然后通過人工以電話形式上報管理局，處于半自動化階段，不能達到水位數據的共享。

（2）革新點

①自主研發了超聲波水位測量終端機，每5分鐘自動測量一次。

②自主研發了水位數據接收機，具備設計水位、超設計水位20cm、超設計水位35 cm、半小時水位降幅20 cm等4項警示性能。

③自主研發了組態軟件和水位系統，具備自動接收、記錄各終端機上傳水位，遠程設定參數、高程、站名修改等功能，自動生成各測點分時水位、日平均水位、月平均水位報表，并繪制柱形圖或曲線圖。

④通過無線網絡在全國各地隨時查看，實現了數據實時查詢、共享、存儲、測報等功能。

⑤與現場監控圖像結合，能夠隨時直觀清楚地了解渠道的運行狀態。

（3）實現功能

每6分鐘對灌區所有水位數據更新一次，做到了水位監測的實時性、信息傳送的準確性，提高了水情調度決策的科學性。

2.無縫覆蓋遠程監控技術

（1）基礎及不足

采用有線傳輸（光纜傳輸）和無線傳輸兩種形式，有線傳輸主要解決總干渠節制閘上下游的監控，無線傳輸主要解決野外（無電源）險工險點及重點建筑物的監控。設備功耗大，效率低，夜間運轉難。

（2）革新點

①自主設計了照明系統，即懸掛式安裝飛利浦400 W泛光燈，與攝像機同步運轉，中軸與云臺支架相連，以減輕云臺的受力，能夠探照300 m以內范圍。

②自主設計并與某廠家合作制造了直流12V供電的云臺、控制解碼器和54WLED泛光燈，在不增加太陽能電池面積、不加大設備成本的前提下，避免了逆變升壓帶來的效率損失，滿足了監控點需要24小時工作的要求。

③與廠家合作設計了一種節能控制器，能夠陰雨天氣連續工作15天，可根據需要接通和關閉有關設備的電源。有些監控設備需要連續不間斷工作，如無線網橋和網絡交換機；而有些設備只是在調看圖像時才需要工作，如攝像機、云臺、云臺控制解碼器和LED照明燈，節能控制器對耗電功率比較大的LED照明燈限制了工作時間。

（3）實現功能

解決了野外（無電源）進行監控的難題，實現了全天候實時監控；降低了設備功耗，有效提高了電源的使用效率和系統的可靠性，提升了管理效能。

3.遠程閘控技術

（1）基礎及不足

利用灌區開通的信息化平臺和網絡，遠程遙控總干渠閘門的開閉和運行。系統穩定性、安全性較差，多現場人工操作。

（2）革新點

①采用變頻技術合理調節提降速率。

②設定遠程操作權限、電機負荷檢測、啟閉機壓力、閘板位置超限軟件、閘板位置超限硬件、啟閉機拉力壓力硬件等六重保護。

③電機過流、缺相、漏電保護功能均獨立于現場工控微機運行。

④設置了閘板上下限、應力警、電機保護4種報警指示。

⑤保留現場控制方式，若現場閘室控制設備出現故障，可使用控制柜上的開關強行提落閘門。

（3）實現功能

在3～5分鐘內實現閘門開啟和關閉，改變了以往3個小時左右才能完成啟閉一孔閘門的被動局面，提高了調節干支渠水量和水位的時效性。經測算，每個口門比過去節約引水量約 20%～30%。

4.遠程自動測流技術

（1）基礎及不足

采用人工觀測方式計量和控制流量，工作效率極低，人為失誤時常出現，影響測流的精度，既給供水調度造成困難，又造成了水資源浪費。

（2）革新點

①研制自動化測流控制臺，以高性能工業計算機和32位PLC為主控單元，剔除人工操作模式。

②設置大屏幕觸摸屏，顯示所測量的水深、流速、流量及操作狀態，并可直接設定和修改各種變量參數，進而通過控制臺或遠程計算機即可實現對起點距、水深、流速進行精確測量、顯示、保存。

③采用以太網通信模塊和遠程遙測，進行實時數據、圖像傳輸和遠程控制。

（3）實現功能

①實現了遠程控制全自動測流，包括測流房門的自動打開、測流過程的全程監控、測流垂線自動布設及垂線測點的自動定位等。

②實現了第一時間了解灌區各渠道水情信息，掌握了科學調配水資源、搶險備汛的主動權。

③測站實現了無人值守，節省了大量的人力、物力和財力，減少了工作強度，提高了工作效率。

二、應用效益

1.省工效益

經計算共可省工60人，其中水位測報員16人，堤防及建筑物安全巡查人員16人，沉沙池專職防守人員18人，專門巡查小組10人。按照灌區人員結構和工資現狀，年可節省費用近500萬元。

2.搶險減支效益

開灌40多年，灌區發生決口12次，直接損失1 200萬元；淹地10余次，直接損失100萬元。按照決口發生概率測算，年可減少搶險支出費用約為32.5萬元。

3.水費增收效益

灌區多年平均引水量為95000萬m3，平均引水天數150天，多年發生決口的概率為30%。按照決口后搶險堵復時間30天計，年均少引水5700萬m3；再加上因搶險分水水量500萬m3，年可增加計量水量6200萬m3，按照德州市現行農業灌溉水費0.065元/m3測算，可增收水費403萬元。

三、結 語

遠程自動測流設施

潘莊灌區4項信息技術的革新和應用，為灌區管理、運行提供了堅強的科技支撐和技術保障，使灌區有力破解了干支渠多、點多、面廣造成的歷史性管理難題，有效化解了監測設施不全、調度水平不高、管理手段落后等諸多現實性問題，有力應對了長時間、高水位、大流量引供水帶來的一系列嚴峻險情，提升了現代化管理水平和決策效率，提高了精細調度能力和應急處理能力，增添了可持續發展的源泉和動力，促進了水資源的優化配置。近年，灌區年均引黃調水能力提高35%以上，輸供水量提高52%以上，圓滿完成引黃濟津、引黃濟冀等多項急難險重任務，高效滿足了各方面的用水需求，最大程度地發揮了整體效益。

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