测控一体化闸门在汾河灌区的应用

杨鲲鹏

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 概述

测控一体化闸门属灌溉渠道系统控制技术范畴，是灌溉渠道系统控制的关键设备，对闸门制造行业尚属高新技术，是由澳大利亚RVBLON公司研制开发完成的全渠道自动控制系统。我国灌区应用该技术还处于起步阶段，也只在少数灌区有所应用。

测控一体化闸门是集闸门门体、数据测量、闸门控制、数据通讯、动力驱动为一体的顶面溢流自动控制闸门。其工作原理是依靠太阳能能量支持，实现水情监测和闸门自动控制。其工作程序是将太阳能通过太阳能板转化为电能，存储在蓄电池内作为能量支持，上下游水位感应器和闸门开度感应器将水位、闸门开启高度、过闸流量等水情数据通过超短频通讯系统，传到中央控制系统，中控室根据灌溉需求和实时检测数据发出闸门操作指令。其特点是通过闸门高度集成，实现现场和远程控制两种模式，获得精准化的实时数据。

汾河灌区是山西省最大的自流灌区，主要水源为汾河水库和汾河河道区间水，受益面积15万hm2。灌区内现有引水枢纽3处，固定灌溉渠道3 005条，总长3 607 km，建筑物10 535座。灌区在续建配套与节水改造工程实施过程中，于2010年在汾河二坝东干一支渠四号闸引进灌溉量水闸门测控一体化整套设备。

汾河二坝东干一支渠全长12.5 km，设计流量6 m3/s，四号闸位于东一支渠6+529 km处。区域多年平均气温8℃，最高气温38℃，最低气温零下20℃，最大冻土深度0.8 m，年降雨量451 mm，年蒸发量1 052 mm。四号闸水源为汾河二坝枢纽引水到东干经东一支渠到四号闸节制可向下游配水，也可引入农渠直接用于灌溉。灌溉时间一般为春浇每年3月至4月，伏浇每年六七月，秋冬浇每年10月至次年2月。

2 应用过程

2.1 施工过程

测控一体化闸门制作高度集成，实现了闸门制作工业化，只要在预先预制的闸体安装即可。其施工过程为：灌区根据渠道和灌溉现状，发出采购闸门的需求，工厂根据需求选择适用的闸门，并根据闸门对闸体的要求发出闸体预留要求，设计单位设计，施工单位根据设计图纸施工建筑闸体，工厂技工到现场安装并调试闸门。需要注意的是，一体化闸门为堰流，经常会淤积，在建闸体时要预留冲淤洞或其他排污设施。

2.2 闸门构成

汾河灌区二坝东干一支渠四号闸采用测控一体化闸门，包括支渠2扇（孔）节制闸和左右2扇（孔）配水闸，设中央控制系统一处控制每扇闸门，每扇闸门形成一个独立的系统，每个系统由8个部分组成。

闸门门框是预制铝合金U形结构，安装固定在混凝土闸体墙壁上，用膨胀镙丝固定，胶结材料（玻璃胶等）密封，可为其他部件安装提供基础。

闸门门体是预制铝合金结构，由三块铝合金板组成，两侧铝合金板发挥了渠道边墙的作用，中间板呈弧形，与两侧板组成扇形结构，安装在门框中。

太阳能板提供整个系统的能源支持，闸门依靠太阳能实现水情监测和自动化控制。每扇闸门标配有12V60W的太阳能电池板和24 Ah的蓄电池。太阳能板用铝合金管举起，向阳布置。

水位监测设施采用超声波原理监测水位高度，配有超声波水位监测仪。

开度监测设备依靠弧形闸门上的传感器参考点监测闸门的开启状况，配有数码编码开度仪。

驱动装置包含直流电机和减速装置，配有驱动马达和变速装置。

控制装置负责接收和分析水情监测信息，上传下达调试指令，处理有关指令。配套有中央控制系统。

通讯装置负责水情数据传输，实时准确的传输数据。采用超短波传输设备。

2.3 运行管理

四号闸采用测控一体化闸门是节水改造工程，管理机构现有规模不变，配一人进行管理。由于是新项目、高科技，属试行阶段，所以要对现有工作人员进行培训，合格后方可上岗。四号闸属东一支管理，采集受益区内灌溉基础数据后报东一支管理所，并按照管理所指令进行工作。

3 应用效果

3.1 具备了“两大特点”

一是“无人化管理”。测控一体化闸门集能源支持、监测、控制、通讯为一体，具有自动监测水情、自动记录数据、自动汇算记录及根据水情稳定流量的作用。同时具备现场和远程双重控制功能，可节省人力，实现“无人化管理”。

二是精准化测水。水位的测量根据门体结构中专门设置的水位传感器来实现，避免了水位波动和视觉引起的误差；闸门开度依靠弧形闸门上的传感器参考点来监测，避免了手工测量的误差，使用这两项技术后可使过闸流量的测量更为精准，测量精度保持在±5%左右。

3.2 实现了“三点改进”

一是过闸水流由孔流改进为堰流。由一般的有闸潜流和有闸自由流改进为溢流，使上游水位更加稳定，避免了闸前旋流和水位的波动，有利于测量精度的提高。

二是传统闸门控制水流单一的功能改进为测控一体化多元功能。传统的闸门只控制流量，水情监测、闸门控制、水量记录等由人工来完成。一体化闸门集监测水情、自动化控制闸门、近远程通讯、数据记录汇总计算于一体，实现了多元化功能，使用更为简便。

三是由人力驱动或电力驱动改进为太阳能能源支持。灌区闸门的位置一般比较偏僻，电力驱动运用不方便又不经济，将支持能源改为太阳能，不受地理位置限制，使用更为方便，为偏远地区创造了条件，为全渠道控制奠定了基础。

3.3 发挥了“四大作用”

一是实现了水情全局总控制。一体化闸站采用超短波数据传输设备传输数据，以及超声波水位监测仪、数码编码开度仪进行水情监测，水情数据通过传输和授权实现全局控制。

二是防止了跑水和漏水。一体化闸门实行轨道运行，止水效果较好，不会发生漏水现象。其水情数据可以实时传输到水管部门，如有异常可及时发现，抢险可实现全局调配，有利于减少水量损失。

三是杜绝了偷水、抢水和人情水。一体化闸门的应用，实现了水情透明、过程监测、自动记录，杜绝了偷水、抢水和人情水。

四是提高了整体管水效果。该闸门采用堰流方式使上游水位更稳，多元化功能可实现闸门自动调节，在1 h之内达到最佳工作状态，提高了灌溉效率和服务水平。

4 问题及思考

汾河灌区应用一体化闸门后，可大大提高工作效率，但也存在以下问题：一是防盗任务重。一体化闸门闸体为铝合金结构，有太阳能板和蓄电池等外放设备。而四号闸属季节性灌溉灌区，在不灌溉时需要由专人照看，增加了管理工作量。二是防冻要求高。在非灌溉季节渠道中经常有水，当地最低气温零下25℃，闸门被冻是常事，传统的砸、烧等解冻方法不适宜在一体化闸门中使用。三是价格昂贵。一体化闸门在我国尚属起步阶段，还未推广使用，目前造价昂贵，期待在工业过程中降低成本。