位山灌區閘門遠程測控系統應用探析

衣厚振，王曉飛

（聊城市位山灌區管理處，山東 聊城 252000）

位山灌區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。灌區骨干工程設有東、西2條輸沙渠，2個沉沙區和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年聊城市位山灌區管理處提出了建設全國一流的現代化新型生態灌區的奮斗目標。位山灌區圍繞現代化灌區建設，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因此應運而生。通過位山灌區一干渠小（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，該套系統有效解決了灌區基層用水管理分散、應用粗放的問題，在灌區現代化管理中具有極大的優勢，應用前景廣闊。

1 系統簡介

太陽能閘門遠程測控系統現為測試版，由北京潤華信通科技有限公司開發設計，系統包括太陽能發電板、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無線網絡信號，該系統可在閘房與遠程接收測控設備間建立穩定的連接，操作人員在遠程電腦登錄客戶端即可實現閘門的自動啟停控制，客戶端還具有圖像動態模擬功能，可以實現對閘門運行狀態的遠程監控。

2 實際應用優勢

2.1 解決遠端閘門管理諸多難點

灌區線長面廣，末級渠系閘門位置分散且距管理所較遠，因無穩定電源，啟閉只能赴現場一一操作，費時費力。該系統可直接對原有啟閉機進行加裝改造，實現遠程自動操控，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，通過實時監測閘門狀態，方便了供用水，也加強了管理所對閘門的控制權限，保障了用水調度。

2.2 增強閘門運行維護的安全保障

該系統的太陽能發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電動控制外，該系統的遠程控制功能，避免了夜間遇突發情況不能及時控制閘門，造成農民損失的狀況。同時該系統也保留了現場電動啟閉裝置，設置了強制關停按鈕和啟閉高度上下限值保護，通過監測設備電壓、電機轉速實現過載保護、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影響

一方面受灌區綠化程度較高的影響，用電量較大的春灌、秋灌時節，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啟閉失靈；另一方面，在非灌溉季節，各支渠閘門使用率較低，而太陽能板持續為蓄電池充電，導致蓄電池長期處于只充電不放電狀態，大大降低了使用壽命。

3.2 系統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，當通過系統遠程操作閘門下落遇到阻礙時，系統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定及安全。

3.3 閘門啟閉精度影響止水效果

該系統通過加裝的定位追蹤裝置實現對閘門啟閉高度的精準控制，但通過多次運行發現系統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滲水現象，導致無法對水量做到精準控制。

3.4 缺乏有效的節水控制設計

農田灌溉季節，農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整啟閉高度，導致夜間水資源利用效率下降，產生浪費。

4 改進措施

4.1 統一綠化標準，提高太陽能綜合利用

灌區現代化不僅對使用技術提出了更高的要求，也對灌區生態、人文提出了新的要求。為提高蓄電池使用率：一是建議統一干渠、支渠小型閘房周圍綠化標準，10 m內栽植低矮灌木，兼顧生態環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狀，建議在閘房外部頂端加裝一個照明路燈，在非灌溉季節，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 攔污與設備改進結合，增強系統可靠性

一是在閘室內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；二是對系統過載保護裝置進行改進，現有的過載保護主要是通過監測電壓和電機轉速等參數實現異常關停，在實際應用中往往不夠靈敏。通過實際探索，結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測，實現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 加強系統精度校核，增加止水設計

一是依靠管理人員現場調驗，結合實際止水效果，對系統啟閉參數進行反復校核，通過不斷調整增加閘門啟閉精度；二是可以根據實際在閘門底部增加緩沖止水條（可與過載保護結合），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，實現分時段供水

該系統通過遠程傳輸手段可以實現閘門啟閉管理，從節約水資源角度考慮，探索閘門智能化控制，實現供水時段性水到渠成。結合實際，建議為該系統增加定時調節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，保證農民有充足的水量來灌溉農田，大大提高水的利用效率，但實現系統的穩定性、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 結語

太陽能閘門遠程測控系統的應用是位山灌區進行灌區現代化探索的縮影。圍繞該系統的應用可以在測水量水、用水保障上繼續探索，結合供水信息管理平臺建設，使之具備水量精準控制、水情實時監測上報、供需結合等功能，為水資源高效利用和灌區現代化建設創造條件，全面推動灌區生態、技術、信息方面的進步，實現灌區可持續發展。