潘庄灌区信息技术的革新与应用

苏秀峰，王俊杰

（山东省德州市水利局，253014，德州）

山东省德州市潘庄灌区属全国特大型灌区，1972年建成开灌，设计灌溉面积 500万亩 （15亩=1 hm2），担负着336万人口的生产生活供水任务，年均引水10亿m3，是全市经济社会发展生命线。近年灌区又承担了引黄济津（天津市）、引黄济冀（河北省）任务，惠及三省（直辖市）工农业发展和人民群众用水安全。

近年，灌区投资139.4万元对水位测传、监控、远程闸控、远程测流四大系统进行技术革新，不断加快信息化建设步伐，不断提升信息化建设质量和管理效能，推动灌区向现代化、可持续方向发展。

一、技术革新点及实现功能

1.水位自动测报传输技术

（1）基础及不足

潘庄灌区总干渠上设有8个水沙观测站，共安装了14台HW-1000型超声波水位计，8个站各自观测水位，然后通过人工以电话形式上报管理局，处于半自动化阶段，不能达到水位数据的共享。

（2）革新点

①自主研发了超声波水位测量终端机，每5分钟自动测量一次。

②自主研发了水位数据接收机，具备设计水位、超设计水位20cm、超设计水位35 cm、半小时水位降幅20 cm等4项警示性能。

③自主研发了组态软件和水位系统，具备自动接收、记录各终端机上传水位，远程设定参数、高程、站名修改等功能，自动生成各测点分时水位、日平均水位、月平均水位报表，并绘制柱形图或曲线图。

④通过无线网络在全国各地随时查看，实现了数据实时查询、共享、存储、测报等功能。

⑤与现场监控图像结合，能够随时直观清楚地了解渠道的运行状态。

（3）实现功能

每6分钟对灌区所有水位数据更新一次，做到了水位监测的实时性、信息传送的准确性，提高了水情调度决策的科学性。

2.无缝覆盖远程监控技术

（1）基础及不足

采用有线传输（光缆传输）和无线传输两种形式，有线传输主要解决总干渠节制闸上下游的监控，无线传输主要解决野外（无电源）险工险点及重点建筑物的监控。设备功耗大，效率低，夜间运转难。

（2）革新点

①自主设计了照明系统，即悬挂式安装飞利浦400 W泛光灯，与摄像机同步运转，中轴与云台支架相连，以减轻云台的受力，能够探照300 m以内范围。

②自主设计并与某厂家合作制造了直流12V供电的云台、控制解码器和54WLED泛光灯，在不增加太阳能电池面积、不加大设备成本的前提下，避免了逆变升压带来的效率损失，满足了监控点需要24小时工作的要求。

③与厂家合作设计了一种节能控制器，能够阴雨天气连续工作15天，可根据需要接通和关闭有关设备的电源。有些监控设备需要连续不间断工作，如无线网桥和网络交换机；而有些设备只是在调看图像时才需要工作，如摄像机、云台、云台控制解码器和LED照明灯，节能控制器对耗电功率比较大的LED照明灯限制了工作时间。

（3）实现功能

解决了野外（无电源）进行监控的难题，实现了全天候实时监控；降低了设备功耗，有效提高了电源的使用效率和系统的可靠性，提升了管理效能。

3.远程闸控技术

（1）基础及不足

利用灌区开通的信息化平台和网络，远程遥控总干渠闸门的开闭和运行。系统稳定性、安全性较差，多现场人工操作。

（2）革新点

①采用变频技术合理调节提降速率。

②设定远程操作权限、电机负荷检测、启闭机压力、闸板位置超限软件、闸板位置超限硬件、启闭机拉力压力硬件等六重保护。

③电机过流、缺相、漏电保护功能均独立于现场工控微机运行。

④设置了闸板上下限、应力警、电机保护4种报警指示。

⑤保留现场控制方式，若现场闸室控制设备出现故障，可使用控制柜上的开关强行提落闸门。

（3）实现功能

在3～5分钟内实现闸门开启和关闭，改变了以往3个小时左右才能完成启闭一孔闸门的被动局面，提高了调节干支渠水量和水位的时效性。经测算，每个口门比过去节约引水量约 20%～30%。

4.远程自动测流技术

（1）基础及不足

采用人工观测方式计量和控制流量，工作效率极低，人为失误时常出现，影响测流的精度，既给供水调度造成困难，又造成了水资源浪费。

（2）革新点

①研制自动化测流控制台，以高性能工业计算机和32位PLC为主控单元，剔除人工操作模式。

②设置大屏幕触摸屏，显示所测量的水深、流速、流量及操作状态，并可直接设定和修改各种变量参数，进而通过控制台或远程计算机即可实现对起点距、水深、流速进行精确测量、显示、保存。

③采用以太网通信模块和远程遥测，进行实时数据、图像传输和远程控制。

（3）实现功能

①实现了远程控制全自动测流，包括测流房门的自动打开、测流过程的全程监控、测流垂线自动布设及垂线测点的自动定位等。

②实现了第一时间了解灌区各渠道水情信息，掌握了科学调配水资源、抢险备汛的主动权。

③测站实现了无人值守，节省了大量的人力、物力和财力，减少了工作强度，提高了工作效率。

二、应用效益

1.省工效益

经计算共可省工60人，其中水位测报员16人，堤防及建筑物安全巡查人员16人，沉沙池专职防守人员18人，专门巡查小组10人。按照灌区人员结构和工资现状，年可节省费用近500万元。

2.抢险减支效益

开灌40多年，灌区发生决口12次，直接损失1 200万元；淹地10余次，直接损失100万元。按照决口发生概率测算，年可减少抢险支出费用约为32.5万元。

3.水费增收效益

灌区多年平均引水量为95000万m3，平均引水天数150天，多年发生决口的概率为30%。按照决口后抢险堵复时间30天计，年均少引水5700万m3；再加上因抢险分水水量500万m3，年可增加计量水量6200万m3，按照德州市现行农业灌溉水费0.065元/m3测算，可增收水费403万元。

三、结 语

远程自动测流设施

潘庄灌区4项信息技术的革新和应用，为灌区管理、运行提供了坚强的科技支撑和技术保障，使灌区有力破解了干支渠多、点多、面广造成的历史性管理难题，有效化解了监测设施不全、调度水平不高、管理手段落后等诸多现实性问题，有力应对了长时间、高水位、大流量引供水带来的一系列严峻险情，提升了现代化管理水平和决策效率，提高了精细调度能力和应急处理能力，增添了可持续发展的源泉和动力，促进了水资源的优化配置。近年，灌区年均引黄调水能力提高35%以上，输供水量提高52%以上，圆满完成引黄济津、引黄济冀等多项急难险重任务，高效满足了各方面的用水需求，最大程度地发挥了整体效益。

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