汾河灌區(qū)二壩東干渠全渠道控制方案簡(jiǎn)述

郭 濤，劉春艷

（太原市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山西 太原 030002）

1 概況

汾河灌區(qū)是山西最大的自流灌區(qū)，位于山西省中部太原盆地，南北長(zhǎng)140 km，東西寬約20 km。灌區(qū)跨3市、11個(gè)縣（區(qū)），控制面積13.7萬(wàn)hm2。其中耕地約10.46萬(wàn)hm2，設(shè)計(jì)灌溉面積9.97萬(wàn)hm2。汾河灌區(qū)由一壩灌區(qū)、二壩灌區(qū)、三壩灌區(qū)3個(gè)灌區(qū)組成，其中二壩灌區(qū)渠首座落在汾河清徐長(zhǎng)頭村西約1 km，灌區(qū)南至平遙縣南良莊，南北長(zhǎng)約50 km。灌溉面積5.538萬(wàn)hm2，汾東灌區(qū)2.103萬(wàn)hm2，汾西灌區(qū)3.48萬(wàn)hm2。

汾河灌區(qū)二壩汾東灌區(qū)東干渠開(kāi)展節(jié)水改造引入全渠道控制系統(tǒng)，采用先進(jìn)的節(jié)水技術(shù)和設(shè)備（測(cè)控一體閘）在灌區(qū)開(kāi)展節(jié)水改造。下面結(jié)合工作實(shí)踐，對(duì)東干渠全渠道控制方案作一介紹。

2 全渠道控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

全渠道控制系統(tǒng)能夠使灌溉渠系實(shí)現(xiàn)“按需供水”，是最先進(jìn)的灌溉控制技術(shù)之一。由澳大利亞Rubicon公司研制開(kāi)發(fā)，廣泛應(yīng)用于澳大利亞、美國(guó)等國(guó)。全渠道控制系統(tǒng)能夠幫助灌區(qū)管理機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)精確的灌溉系統(tǒng)自動(dòng)化管理和控制，是根據(jù)用水戶需求進(jìn)行供水的下游控制系統(tǒng)。在灌溉季節(jié)，可將閘與閘之間的每段渠道視為一個(gè)“蓄水池”。當(dāng)下游用戶取水時(shí)引起渠道水位的下降，閘門(mén)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)度補(bǔ)充水量，直到水位達(dá)到設(shè)定值為止。依次往上類(lèi)推，使渠道上的每扇閘門(mén)自動(dòng)調(diào)節(jié)。通過(guò)計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)行整個(gè)灌區(qū)或部分灌溉渠系輸配水的自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)整個(gè)渠系網(wǎng)絡(luò)的智能化調(diào)配水量和全局控制。實(shí)踐應(yīng)用表明，全渠道控制系統(tǒng)可以將渠系水利用系數(shù)提高15%～20%。由于全渠道控制系統(tǒng)為用水戶提供了靈活、可靠、公平的供水服務(wù)，因而提高了農(nóng)田配水的效率，減少了配水過(guò)程中的棄水損失，在越來(lái)越多的國(guó)家中得到廣泛應(yīng)用。

3 全渠道控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

測(cè)控一體閘作為全渠道控制系統(tǒng)核心產(chǎn)品，是根據(jù)水力學(xué)原理設(shè)計(jì)而成的，是集測(cè)、控于一體的頂面溢流式或底流式閘門(mén)。該設(shè)備以太陽(yáng)能為動(dòng)力，通過(guò)集成在內(nèi)部的無(wú)線通信系統(tǒng)和SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)與控制中心及用水戶連接，控制中心和用水戶通過(guò)配套軟件系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)聯(lián)系，為用水戶提供及時(shí)穩(wěn)定的供水服務(wù)。包括閘門(mén)門(mén)框、水位傳感器、開(kāi)度傳感器、閘門(mén)、驅(qū)動(dòng)裝置、控制器、太陽(yáng)能板、通訊系統(tǒng)等，具有穩(wěn)定閘前水位或流量的作用和啟閉靈活等特點(diǎn)，水量監(jiān)測(cè)精度可達(dá)到98%以上，在SCADA平臺(tái)和全渠道控制調(diào)度軟件的支持下，將傳統(tǒng)的灌溉供水逐步提升到按需供水。

4 建設(shè)方案

4.1 建設(shè)內(nèi)容

根據(jù)調(diào)研，如果實(shí)現(xiàn)東干渠整條渠道水量測(cè)控的自動(dòng)化，需要在現(xiàn)有的節(jié)制閘和分水口處安裝測(cè)控一體化閘門(mén)，閘門(mén)之間通過(guò)無(wú)線通訊和網(wǎng)絡(luò)，相互聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)整條渠道的測(cè)量和控制的現(xiàn)代化和信息化。根據(jù)閘與閘之間的測(cè)量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)渠道中滲漏嚴(yán)重的地段和險(xiǎn)工險(xiǎn)段，針對(duì)性地進(jìn)行襯砌或修復(fù)。本方案旨在通過(guò)全渠道控制系統(tǒng)建設(shè)及閘門(mén)的優(yōu)化調(diào)度，快速實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)內(nèi)水資源的優(yōu)化配置，為用水戶提供更加安全、公平、可靠、靈活的供水服務(wù)。

若考慮東干渠所有節(jié)制閘和分水口，需安裝測(cè)控一體閘92扇，其中干渠節(jié)制閘14處，東一支和東二支分水閘2處，其他為干渠直開(kāi)口閘。

4.2 投資規(guī)模

根據(jù)測(cè)算，92扇閘門(mén)共需設(shè)備投資1 833萬(wàn)元，包括太陽(yáng)能供電系統(tǒng)、無(wú)線通訊設(shè)備、上下游水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、閘門(mén)開(kāi)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、閘門(mén)自動(dòng)控制系統(tǒng)及現(xiàn)地軟件系統(tǒng)等。另外，閘門(mén)運(yùn)行調(diào)試費(fèi)4.6萬(wàn)元。因此閘門(mén)設(shè)備及安裝調(diào)試費(fèi)合計(jì)約1 838萬(wàn)元。

通訊網(wǎng)絡(luò)投資除基本的基站建設(shè)外，其他各項(xiàng)設(shè)備投資已包含在閘門(mén)系統(tǒng)中?？紤]到閘門(mén)系統(tǒng)和汾河灌區(qū)管理局信息中心管理站之間的距離，擬安裝2處無(wú)線中繼站，每處中繼站塔高15 m，投資30萬(wàn)元，加上通訊系統(tǒng)設(shè)置調(diào)試費(fèi)3.13萬(wàn)元，每處需33萬(wàn)元。

5 預(yù)期效果

由于閘門(mén)漏水、渠道滲漏和無(wú)法控制的棄水造成東干渠至少有30%的灌溉水被浪費(fèi)。安裝全渠道控制系統(tǒng)后，從東干渠渠首開(kāi)始將采用新的測(cè)量與控制設(shè)備和管理理念，所有節(jié)制閘和配水口安裝的測(cè)控一體化閘門(mén)，能夠?qū)崿F(xiàn)東干渠全渠道的精確計(jì)量與配水控制，改善灌溉系統(tǒng)的輸配水條件，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)供水，提高輸水效率和計(jì)費(fèi)點(diǎn)水量測(cè)量的可靠性。

東干渠安裝全渠道控制系統(tǒng)后，干渠上的所有閘門(mén)均可實(shí)現(xiàn)精確計(jì)量；徹底改善現(xiàn)有渠系中底流式閘門(mén)的漏水現(xiàn)象；保證東干渠的水位穩(wěn)定，為東干渠閘門(mén)間的渠段提供實(shí)時(shí)水量平衡數(shù)據(jù)，識(shí)別并量化所發(fā)生的滲漏等水量損失。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制后，用水戶能夠得到公平、可靠、靈活地供水服務(wù)，提高了灌區(qū)管理人員的服務(wù)水平。顯著增強(qiáng)了對(duì)環(huán)境的控制能力，更好地適應(yīng)了灌區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，基本達(dá)到了水資源高效利用和灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

6 結(jié)語(yǔ)

全渠道控制系統(tǒng)中的測(cè)控一體化閘門(mén)和閘門(mén)間自動(dòng)聯(lián)動(dòng)的特性，能夠保證灌區(qū)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)量和動(dòng)態(tài)控制。選擇一個(gè)獨(dú)立的有一定規(guī)模的灌溉系統(tǒng)，建立規(guī)模化示范區(qū)，對(duì)現(xiàn)有明渠灌溉系統(tǒng)進(jìn)行改造，在所有節(jié)制閘和分水口處安裝測(cè)控一體化閘門(mén)，利用閘門(mén)間的自動(dòng)調(diào)節(jié)和聯(lián)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)用水戶的“按需供水”。通過(guò)1年多的運(yùn)行和監(jiān)測(cè)，積累了一套完整的資料和數(shù)據(jù)，為該系統(tǒng)的進(jìn)一步應(yīng)用推廣創(chuàng)造了條件。