一體化測控智能閘門在灌區中的應用

朱 蕾，賴 劍，羅 強

（四川省都江堰人民渠第一管理處,611930,彭州）

一體化測控智能閘門是集精確計量、精準控制、遠程實時管控于一體的自動化計量灌溉設備。四川省都江堰人民渠第一管理處為增強渠道和口門智能化控制能力，提高灌區信息化管理水平，在兩處閘站分水洞試點安裝了一體化測控智能閘門，經過功能測試，閘門性能良好、安全可靠。這一試點，對推進灌區地處偏遠、條件較差的口門實現“可視、可傳、可量、可控”的規劃要求和推動灌區管理機制改革、水價綜合改革具有重要意義。

一、應用背景

1.節水灌溉現實需要

都江堰人民渠第一管理處灌區屬于自流灌區，水源主要是區間徑流和蒲陽河來水，水量有限，供水緊張。一是自身引水調節能力較差。全年降雨時空分布不均，1—4月的降雨量僅占全年降雨量的9%，蒸發量占全年蒸發量的24%；水稻育秧、栽秧時段的3—6月降雨量占全年的 30%，蒸發量占全年的44%；降雨主要集中在5—9月，降雨量占全年的83%。二是農業灌溉浪費水嚴重。全年從上游蒲陽河引入水量30億m3，其中農業用水量達到20億m3左右，占66.7%。但是通過采用定額、面積和灌溉水利用系數測算，農業用水需水量應為14.1億 m3，表明灌溉中浪費了5.9億m3的水，約占總引水量的20%。由此可以看出，科學調配水量，遏制農業粗放用水，徹底改變灌區大水漫灌的傳統習慣，是當前灌區管理的主要課題。

2.高效管理需要

人民渠第一管理處水利工程運行時間長、渠道線路長、管理內容多、專業性強，傳統管理模式主要是人工現場巡視。全處28個基層管理段，定員120余人，實際在崗110余人，平均年齡48.7歲，近5年將退休42人，人員缺口大，已經不能滿足管理要求。這就要求加快推進信息化、智能化、遠程化管理手段建設，減輕勞動強度，減少人力成本，提高管理效率，促進管理處、管理站、養護段“三級變一級”管理機制改革盡快完成。

3.灌區信息化建設的需要

人民渠第一管理處信息化建設總體規劃是實現水資源調配 “可視、可量、可傳、可控”。具體目標：一是建立管理處、管理站、養護段通信網絡體系，實現三級管理機構之間信息互聯互通；二是完成灌區全部水量計量節點數字化建設，實現灌區水量精確計量；三是完成灌區覆蓋干渠、分干渠、支渠、分水洞全部口門自動化建設，提升灌區自動化水平，實現水量自動調配，逐步做到“無人值班，少人值守”。

4.農業水費綜合改革的需要

2017年年底，四川省發改委關于都江堰人民渠第一管理處灌區農業用水省管骨干工程供水價格的通知，明確了省管骨干工程供水價格，徹底將灌區按畝計收水費的方式變革為按供水量計收，這一重大變革決定了必須解決供水末端缺乏計量控制設備和缺乏科學調度手段的問題。

二、一體化測控智能閘門產品介紹

“一體化測控智能閘門”是通過水利部水工金屬結構質量檢驗測試中心檢測，進入水利部2017年新技術推廣目錄的高新技術產品。該智能閘門集合了小尺寸閘門、太陽能供電、水位測量、流量測量、無線通信、遠程控制、精準流量控制等功能，是閘門聯動控制和灌區信息化的基礎支撐。一體化測控智能閘門結構見圖1。

圖1 一體化測控智能閘門結構圖

一體化測控智能閘門功能：

①支持視頻采集、存儲、傳輸功能，可實現遠程實時監控、遠程抓拍、遠程管理。

②支持各種通信方式，包括GPRS/CDMA/GSM全網通，兼容以太網和WIFI等，可實現灌區渠道通信靈活組網。

③支持明渠計量，閘門開度控制絕對誤差＜0.1 mm，流量測量精度誤差＜5%，通過控制閘門開度和精確計算過閘流量實現末端水量控制。

④支持本地操作和遠程控制，通過手機APP、WEB平臺和云端存儲等技術實現遠程操控、故障報警、備份信息、數據自動上報等功能。

⑤支持多種供電方式，閘門驅動功率小、能耗低，最小功率只需10 W，可使用太陽能供電、市電太陽能互補供電、風光互補供電等方式。

⑥閘門主體由鋁合金制造，防腐蝕、不生銹、壽命長，使用周期超過10年。

⑦啟閉裝置、控制系統、水位計、限位計等均在工廠整體制造集成，現場安裝調試快捷，維修方便。

三、試點應用淺析

為使全渠系口門管理工作規范、數據實時共享，逐步實現業務管理現代化、信息系統網絡化、預測決策科學化、用水計價精準化、報表自動化，做到量水準、控水好，提高灌溉用水利用系數，都江堰人民渠第一管理處計劃在全渠系口門建設一體化智能閘門。

1.國內外智能閘門對比

根據灌區建設需求，對國內外一體化智能閘門進行了調研對比。總的看，國外農業灌溉已經廣泛應用物聯網技術，管理理念先進，技術先進，設備先進，部分灌區已經實現了數字化管理。如果采用國外設備，將面臨設備價格高、供貨周期長、后期配套服務跟不上等問題。同時，要將關系國計民生的農業生產數據的管理、存儲、分析依托國外，由此帶來極高的安全風險。近幾年，國內一體化智能閘門技術飛速發展，科技水平、智能管理等已經達到或接近國際水平。人民渠第一管理處聯合四川大學和成都萬江港利科技股份有限公司共同研發了“一體化測控智能閘門”，采用單站式設計，具備實時視頻、精確計量、精準控制、手機APP遠程管理等功能，可針對灌區渠道情況、灌溉時段、管理模式及使用要求，定制最佳方案。該產品實現了“產、學、研”結合，已在全國多個灌區得到推廣應用。

2.試點情況

2017—2018年，結合灌區特點，選擇了人民渠新繁站同心堰、青白江站團結堰各1處閘門進行先期試點建設及功能測試。

建成后，先后對一體化測控智能閘門試點工程的供電性能、監控功能、流量測量、遠程控制、通信系統等方面進行測評，測評結果總體良好，性能安全可靠。特別是閘門流量測量和遠程控制更是得到實踐認證，證實了閘門的可靠性和實用性。這是人民渠第一管理處灌區技術與需求相結合的首次試點，為灌區信息化建設和推進水價綜合改革提供了良好的示范。

①供電性能。試點工程主要采取太陽能供電方式供電，在每天只有4~5小時日照的冬天，試點電池仍然經受住了高強度高負荷的測試，供電總體穩定可靠。

②監控功能。采用間隔10分鐘定時拍照、實時視頻圖像傳輸、隨機抓拍三種方式；監控鏡頭可遠程控制，可有效對閘門水位、周邊情況進行監控；監控鏡頭采用高清夜視鏡頭，圖像畫面清晰，晝夜可視；云端存儲可有效記錄和回看。

③流量測量。閘門采用“計算機三維數值模擬測量法”，控水功能與水工建筑物“一體化”設計，通過精準控制閘門開度，有效提高量水、控水質量和精準度。從計量數據與傳統的斷面計量數據對比看，數據準確，誤差小于5%。

④遠程控制。本地采用觸摸屏和按鍵操作控制，遠程通過手機APP或WEB終端方式控制，通過終端軟件可對閘門啟閉、閘門開度、瞬時流量、閘前后水深、本次開閘累計時間流量、設備信息等參數進行查詢、管理，并遠程控制閘門啟閉，開度精度達到了設計要求。

⑤通信系統。選用GPRS/CDMA/GSM通信方式，使用移動通信網絡信號，信號穩定，通信質量有保證，信號完全滿足視頻傳輸、數據上傳、遠程控制要求。

⑥建設方式。兩處閘門均根據現地條件進行設計安裝，閘門穩定性好、維護方便。

同心堰、團結堰試點應用效果表明，一體化測控智能閘門適應高低溫、不同規格渠系、泥沙淤積等各種應用環境。在各種天候條件下，供電系統、控制系統及傳感器性能均穩定、可靠，為地點偏僻、條件較差的分水洞遠程計量控制提供了一種高效、經濟、可行的解決方案，在推進現代化灌區建設上邁出了堅實一步。

四、結 語

人民渠第一管理處灌區干渠、支渠上共有112處閘站250孔閘門，407個分水洞 （407孔閘門）；口門中的20%有口無閘，60%以上無市電，70%靠人工手搖啟閉，基本無自動化計量設施。要實現“節水優先、系統治理”必須首先解決管段內主要用水大戶（農業灌溉）信息化建設問題，實現對灌溉用水精準、可控、按需分配。從試點成果看，一體化測控智能閘門具有“單站式設計、可分期投入，扁平化鏈接、體系化運行，綜合性組網、智能化管控”等優勢，通過推廣使用這套設備可使全灌區口門實現可視化監控、信息化管理、精確化計量、精準化控制。