位山灌區(qū)閘門遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用探析

衣厚振，王曉飛

（聊城市位山灌區(qū)管理處，山東 聊城 252000）

位山灌區(qū)位于山東省西北部黃泛平原，渠首設(shè)計(jì)引水流量240 m3/s，設(shè)計(jì)灌溉面積36萬hm2，是黃河下游最大的引黃灌區(qū)。灌區(qū)骨干工程設(shè)有東、西2條輸沙渠，2個(gè)沉沙區(qū)和3條干渠，總長(zhǎng)274 km；分干渠53條，總長(zhǎng)797 km；流量大于1.0 m3/s的支渠393條，總長(zhǎng)1 419 km；各類水工建筑物5 000余座。

2016年聊城市位山灌區(qū)管理處提出了建設(shè)全國一流的現(xiàn)代化新型生態(tài)灌區(qū)的奮斗目標(biāo)。位山灌區(qū)圍繞現(xiàn)代化灌區(qū)建設(shè)，在信息化管理與應(yīng)用方面積極探索，并在閘門遠(yuǎn)程控制管理方面尋求突破，太陽能閘門遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)因此應(yīng)運(yùn)而生。通過位山灌區(qū)一干渠?。ㄒ唬┬偷内w盤支渠閘和?。ǘ┬偷脑囼?yàn)站灌排閘近一年的應(yīng)用來看，該套系統(tǒng)有效解決了灌區(qū)基層用水管理分散、應(yīng)用粗放的問題，在灌區(qū)現(xiàn)代化管理中具有極大的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景廣闊。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

太陽能閘門遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)現(xiàn)為測(cè)試版，由北京潤華信通科技有限公司開發(fā)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)包括太陽能發(fā)電板、設(shè)備控制箱、信號(hào)遠(yuǎn)程傳輸、遠(yuǎn)程接收測(cè)控等設(shè)備。依靠中國移動(dòng)的GPRS無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，該系統(tǒng)可在閘房與遠(yuǎn)程接收測(cè)控設(shè)備間建立穩(wěn)定的連接，操作人員在遠(yuǎn)程電腦登錄客戶端即可實(shí)現(xiàn)閘門的自動(dòng)啟?？刂?，客戶端還具有圖像動(dòng)態(tài)模擬功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2 實(shí)際應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 解決遠(yuǎn)端閘門管理諸多難點(diǎn)

灌區(qū)線長(zhǎng)面廣，末級(jí)渠系閘門位置分散且距管理所較遠(yuǎn)，因無穩(wěn)定電源，啟閉只能赴現(xiàn)場(chǎng)一一操作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。該系統(tǒng)可直接對(duì)原有啟閉機(jī)進(jìn)行加裝改造，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)操控，通過太陽能供電不但解決了電源問題，還省去了遠(yuǎn)程牽拉電線、信號(hào)傳輸線的麻煩，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)閘門狀態(tài)，方便了供用水，也加強(qiáng)了管理所對(duì)閘門的控制權(quán)限，保障了用水調(diào)度。

2.2 增強(qiáng)閘門運(yùn)行維護(hù)的安全保障

該系統(tǒng)的太陽能發(fā)電板安裝在閘房頂部，保證光能利用率的同時(shí)兼顧設(shè)備安全；相比在老式啟閉機(jī)上加裝機(jī)電設(shè)備僅能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)控制外，該系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制功能，避免了夜間遇突發(fā)情況不能及時(shí)控制閘門，造成農(nóng)民損失的狀況。同時(shí)該系統(tǒng)也保留了現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)啟閉裝置，設(shè)置了強(qiáng)制關(guān)停按鈕和啟閉高度上下限值保護(hù)，通過監(jiān)測(cè)設(shè)備電壓、電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)、異常自動(dòng)關(guān)停等功能，既保證了日常維護(hù)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(jié)影響

一方面受灌區(qū)綠化程度較高的影響，用電量較大的春灌、秋灌時(shí)節(jié)，位于閘房頂部的太陽能板受大樹遮陰影響嚴(yán)重，無法充分接受光照，蓄電池容易充電不足，導(dǎo)致閘門遠(yuǎn)程控制時(shí)常因供電不足出現(xiàn)啟閉失靈；另一方面，在非灌溉季節(jié)，各支渠閘門使用率較低，而太陽能板持續(xù)為蓄電池充電，導(dǎo)致蓄電池長(zhǎng)期處于只充電不放電狀態(tài)，大大降低了使用壽命。

3.2 系統(tǒng)過載保護(hù)可靠性不足

引水后閘門底部時(shí)常會(huì)有石塊、大段樹枝等障礙物，當(dāng)通過系統(tǒng)遠(yuǎn)程操作閘門下落遇到阻礙時(shí)，系統(tǒng)的過載保護(hù)往往反應(yīng)不夠及時(shí)，無法第一時(shí)間自動(dòng)關(guān)停，造成閘門絲杠壓彎，甚至影響啟閉機(jī)的穩(wěn)定及安全。

3.3 閘門啟閉精度影響止水效果

該系統(tǒng)通過加裝的定位追蹤裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門啟閉高度的精準(zhǔn)控制，但通過多次運(yùn)行發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在實(shí)際啟閉過程中仍舊存在誤差。在實(shí)際應(yīng)用中小于1 cm的誤差就會(huì)使閘底出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，導(dǎo)致無法對(duì)水量做到精準(zhǔn)控制。

3.4 缺乏有效的節(jié)水控制設(shè)計(jì)

農(nóng)田灌溉季節(jié)，農(nóng)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(huì)急劇減少，但實(shí)際管理中閘門開啟后通常不會(huì)頻繁調(diào)整啟閉高度，導(dǎo)致夜間水資源利用效率下降，產(chǎn)生浪費(fèi)。

4 改進(jìn)措施

4.1 統(tǒng)一綠化標(biāo)準(zhǔn)，提高太陽能綜合利用

灌區(qū)現(xiàn)代化不僅對(duì)使用技術(shù)提出了更高的要求，也對(duì)灌區(qū)生態(tài)、人文提出了新的要求。為提高蓄電池使用率：一是建議統(tǒng)一干渠、支渠小型閘房周圍綠化標(biāo)準(zhǔn)，10 m內(nèi)栽植低矮灌木，兼顧生態(tài)環(huán)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(xiàn)狀，建議在閘房外部頂端加裝一個(gè)照明路燈，在非灌溉季節(jié)，用定時(shí)開關(guān)設(shè)置為夜間自動(dòng)照明，方便夜間通行的群眾，增強(qiáng)堤防安全保障的同時(shí)解決蓄電池過充導(dǎo)致使用壽命降低的問題；三是由于電池沖放電次數(shù)的頻繁，建議將蓄電池改為鋰電池，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

4.2 攔污與設(shè)備改進(jìn)結(jié)合，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性

一是在閘室內(nèi)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(jìn)入閘室；二是對(duì)系統(tǒng)過載保護(hù)裝置進(jìn)行改進(jìn)，現(xiàn)有的過載保護(hù)主要是通過監(jiān)測(cè)電壓和電機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)實(shí)現(xiàn)異常關(guān)停，在實(shí)際應(yīng)用中往往不夠靈敏。通過實(shí)際探索，結(jié)合測(cè)流儀器中的水深感應(yīng)裝置，建議在閘門底部增加彈性感應(yīng)式的斷電保護(hù)裝置，用直接感應(yīng)代替間接監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)斷電保護(hù)的及時(shí)啟動(dòng)。彈性設(shè)計(jì)既可避免感應(yīng)裝置因入水阻力觸發(fā)斷電，又可使閘門在遇到障礙物時(shí)感應(yīng)裝置能在彈性范圍內(nèi)第一時(shí)間關(guān)停，對(duì)啟閉機(jī)及絲杠起到保護(hù)的作用。

4.3 加強(qiáng)系統(tǒng)精度校核，增加止水設(shè)計(jì)

一是依靠管理人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際止水效果，對(duì)系統(tǒng)啟閉參數(shù)進(jìn)行反復(fù)校核，通過不斷調(diào)整增加閘門啟閉精度；二是可以根據(jù)實(shí)際在閘門底部增加緩沖止水條（可與過載保護(hù)結(jié)合），在閘門關(guān)閉時(shí)通過緩沖止水條的彈性增強(qiáng)止水效果，此系統(tǒng)的誤差在厘米級(jí)，實(shí)踐證明改進(jìn)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(shí)現(xiàn)分時(shí)段供水

該系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程傳輸手段可以實(shí)現(xiàn)閘門啟閉管理，從節(jié)約水資源角度考慮，探索閘門智能化控制，實(shí)現(xiàn)供水時(shí)段性水到渠成。結(jié)合實(shí)際，建議為該系統(tǒng)增加定時(shí)調(diào)節(jié)閘門啟閉高度的設(shè)計(jì)，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(nóng)民有充足的水量來灌溉農(nóng)田，大大提高水的利用效率，但實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性及實(shí)際可操作性等功能仍面臨一些難點(diǎn)，需要進(jìn)一步探索。

5 結(jié)語

太陽能閘門遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用是位山灌區(qū)進(jìn)行灌區(qū)現(xiàn)代化探索的縮影。圍繞該系統(tǒng)的應(yīng)用可以在測(cè)水量水、用水保障上繼續(xù)探索，結(jié)合供水信息管理平臺(tái)建設(shè)，使之具備水量精準(zhǔn)控制、水情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上報(bào)、供需結(jié)合等功能，為水資源高效利用和灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)創(chuàng)造條件，全面推動(dòng)灌區(qū)生態(tài)、技術(shù)、信息方面的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展。