電氣自動化和信息化在灌區(qū)運(yùn)行管理中的作用

寧繼勇，徐 剛，李 超

（濟(jì)南市水利工程服務(wù)中心，山東 濟(jì)南 250099）

國家高度重視水利工程設(shè)施的建設(shè)，特別是大型灌區(qū)的續(xù)建配套與現(xiàn)代化節(jié)水改造工程。加大投入力度，加快實(shí)施以節(jié)水為中心的大型灌區(qū)續(xù)建配套與技術(shù)改造，有利于解決灌區(qū)病險、“卡脖子”及骨干渠段嚴(yán)重滲漏等突出問題，對大幅提升農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，提高灌溉水利用效率和效益，保障國家糧食安全，促進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，增加農(nóng)民收入，促進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)和保障資源節(jié)約型社會建設(shè)具有重要的意義[1]。

1 灌區(qū)在運(yùn)行管理中存在問題

目前，我國基本形成了世界上灌溉面積最大的農(nóng)田灌溉保障體系，灌溉事業(yè)成效顯著，但同現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)和新農(nóng)村建設(shè)的要求相比，仍然存在許多問題。以濟(jì)南市邢家渡引黃灌區(qū)和田山引黃灌區(qū)為例分析問題所在，并尋求解決對策。

邢家渡灌區(qū)位于濟(jì)南市的東北部，黃河以北，灌區(qū)范圍包括起步區(qū)、濟(jì)陽、商河3 個區(qū)（縣），有效灌溉面積6.2 萬hm2，灌區(qū)管理范圍內(nèi)總干渠長度約40 km[2]。灌區(qū)設(shè)有1 座提水泵站，2 座渡槽、5 座節(jié)制閘、44 座分水閘、19 座生產(chǎn)橋，分別分布在主干渠周邊，運(yùn)行管理距離長，范圍廣，難度大。

田山灌區(qū)擔(dān)負(fù)著濟(jì)南市平陰縣、泰安市肥城市境內(nèi)2.11 萬hm2農(nóng)田灌溉任務(wù)，主體工程主要包括一級泵站、一級總干渠、沉沙池、二級泵站、二級總干渠、連通工程及高壓輸電線路等。一級總干渠長6.45 km，沉沙條渠長4 km、占地面積180 余公頃，二級總干渠長8.445 km，總計設(shè)有2 座泵站、8 座節(jié)制閘、3 座進(jìn)水閘、1 座分水閘、1 座調(diào)水閘。灌區(qū)水利工程的分布不集中給灌區(qū)的安全運(yùn)行管理帶來了很多問題和挑戰(zhàn)。

1.1 現(xiàn)代化裝備不足

邢家渡灌區(qū)與田山灌區(qū)的管理均沿用了傳統(tǒng)的裝備和技術(shù)手段，缺乏有效的監(jiān)測、控制、調(diào)度、信息采集裝備與共享服務(wù)。以節(jié)制閘提降閘為例，通常是電話下達(dá)指令，閘門運(yùn)行管理人員接受指令后趕到相應(yīng)的節(jié)制閘（或分水閘），采取手動方式提降閘門，閘門開度基本采用目測閘門位置的方式控制，反饋結(jié)果也是電話通知、手動記錄。不僅缺乏時效性，閘門開度也無法做到精確無誤，流量更是不能準(zhǔn)確控制，也增加了工作人員的不安全風(fēng)險。

1.2 流量無法做到合理調(diào)度

灌區(qū)內(nèi)閘門數(shù)量眾多，缺乏自動化測流設(shè)備，各個閘門流量測算基本上是憑借經(jīng)驗進(jìn)行估測，無法得到系統(tǒng)的流量數(shù)據(jù)，很難做到整個灌區(qū)流量的合理調(diào)度，導(dǎo)致有些閘門對應(yīng)的農(nóng)田需要用水較大但流量不足，有些閘門對應(yīng)的農(nóng)田灌溉用水較少但水量很大的用水問題時有發(fā)生。不僅與群眾的灌溉用水需求產(chǎn)生矛盾，也在一定程度上導(dǎo)致了水資源的利用不均衡。

1.3 安全運(yùn)行管理風(fēng)險較大

一是灌區(qū)電氣自動化和信息化建設(shè)不足。數(shù)據(jù)采集等操作都需要運(yùn)行管理人員實(shí)地現(xiàn)場進(jìn)行，而操作現(xiàn)場往往分布比較分散、范圍比較廣，對運(yùn)行管理人員的數(shù)量和專業(yè)性上有一定的要求。許多現(xiàn)場操作都是臨水作業(yè)、高壓作業(yè)或高處作業(yè)，如果運(yùn)管人員不具備相應(yīng)的專業(yè)素質(zhì)和操作經(jīng)驗，會增加安全風(fēng)險。

二是電氣設(shè)備缺乏相應(yīng)的保護(hù)。節(jié)制閘絲杠沒有行程開關(guān)保護(hù)，易發(fā)生頂壞絲杠的風(fēng)險。泵站各類軸承的溫度和電流電壓數(shù)據(jù)無法采集，極易發(fā)生燒壞水泵電機(jī)的情況。

三是放水期間安全巡查壓力大。視頻監(jiān)控設(shè)施不能覆蓋全部渠道、閘門，無法做到集中、統(tǒng)一調(diào)度。在用水高峰期，供水矛盾加大，易導(dǎo)致村民偷水行為，巡查人員無法24 h 全方位巡查給供水帶來諸多不利因素。

2 電氣自動化和信息化的應(yīng)用

隨著國家對水利工程基礎(chǔ)設(shè)施投入比重的加大，電氣自動化和信息化技術(shù)在灌區(qū)建設(shè)、運(yùn)行、管理中發(fā)揮了很大的作用。首先，有效提升了灌區(qū)運(yùn)行效益。通過將電氣自動化和信息化技術(shù)應(yīng)用于灌區(qū)運(yùn)行管理中，通常能實(shí)現(xiàn)閘門的遠(yuǎn)程啟閉控制、自動化流量的測算、遠(yuǎn)程監(jiān)控與調(diào)度等現(xiàn)代化作業(yè)，減少了人力物力的投入，創(chuàng)造了良好的綜合效益。其次，有效提升了灌區(qū)自動化水平。通過電氣自動化系統(tǒng)和信息化建設(shè)將各個分散的水利設(shè)施數(shù)據(jù)采集到統(tǒng)一的平臺，不但能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作與控制，還可以對采集的數(shù)據(jù)開展信息化處理，并借助監(jiān)控系統(tǒng)為灌區(qū)運(yùn)行管理提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

2.1 遠(yuǎn)程自動化操控系統(tǒng)

灌區(qū)自動化操控系統(tǒng)包含遠(yuǎn)程控制、水位監(jiān)測、閘門開度監(jiān)測、水量測算等功能。系統(tǒng)建立以遠(yuǎn)程PLC 控制模塊為核心，以互聯(lián)網(wǎng)為依托，在中心控制室設(shè)置上位機(jī)軟件，對閘門、水泵設(shè)備進(jìn)行開閉控制，對流量數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程采集。管理人員在中心控制室就可完成控制，不必親臨惡劣的現(xiàn)場環(huán)境就可以對現(xiàn)場工作情況進(jìn)行監(jiān)視和操作，完成對參數(shù)的設(shè)置與調(diào)整。同時在電機(jī)傳動齒輪上安裝編碼器，編碼器信號反饋到PLC 中實(shí)現(xiàn)對閘門開度的監(jiān)測與調(diào)整，預(yù)防發(fā)生誤操作引起的機(jī)電設(shè)備損壞等情況。同時，中心操控室內(nèi)信息化系統(tǒng)也完成了閘門運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集工作，通過系統(tǒng)的整理、分析、匯總以報表的形式呈現(xiàn)出來，使工作更為便捷化、快速化、準(zhǔn)確化。

2.2 水量測量采集系統(tǒng)

邢家渡引黃灌區(qū)與田山灌區(qū)都是采用明渠供水，通過分散在渠道上的各個閘門來調(diào)節(jié)供水量。水量測量采集系統(tǒng)是通過在重要的渠道上方架設(shè)自動化測流設(shè)備對水量進(jìn)行測量，水量測量采集系統(tǒng)由測流橋、測流小車、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和信息傳輸系統(tǒng)組成，按照設(shè)定的程序在相應(yīng)的時間段自行完成渠道流量的測量和數(shù)據(jù)的采集，計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對采集的數(shù)據(jù)和相關(guān)信息進(jìn)行加工處理，以報表的形式通過信息傳輸系統(tǒng)匯總到供水調(diào)度室。供水調(diào)度室根據(jù)各個測流點(diǎn)的流量情況來調(diào)整各個閘門的啟閉及高度，以滿足整個灌區(qū)流量的合理調(diào)度。

2.3 渠道閘門視頻監(jiān)控系統(tǒng)

灌區(qū)渠道比較長，閘門分布比較分散，用水高峰期供需矛盾比較嚴(yán)峻。為了保障供水計劃順利實(shí)施，防止水利設(shè)施被人為破壞，往往需要投入大量的人力和物力對渠道、閘門進(jìn)行巡查。視頻監(jiān)控系統(tǒng)由攝像機(jī)、傳輸系統(tǒng)、控制主機(jī)、顯示與記錄系統(tǒng)組成，能將現(xiàn)場的情況和數(shù)據(jù)及時傳輸?shù)街蛋嗍遥蛋嗳藛T不用頻繁地往返于現(xiàn)場就能及時掌握實(shí)際情況，對突發(fā)情況做出及時有效的處理。視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠存儲一段時間的視頻數(shù)據(jù)，方便查閱觀看。閘門、渠道段的攝像頭旁設(shè)置了擴(kuò)音器，在特殊情況下也方便遠(yuǎn)程喊話，能夠更加實(shí)時有效地管理渠道、閘門。

3 結(jié) 語

在灌區(qū)實(shí)行電氣自動化和信息化建設(shè)，能保證電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，達(dá)到調(diào)度運(yùn)行的總體優(yōu)化和水資源的優(yōu)化配置的目的。下一步，要堅持把技術(shù)創(chuàng)新作為灌區(qū)發(fā)展的重要任務(wù)，以期能夠有效提升水利灌區(qū)管理整體水平。