位山灌区闸门远程测控系统应用探析

衣厚振，王晓飞

（聊城市位山灌区管理处，山东 聊城 252000）

位山灌区位于山东省西北部黄泛平原，渠首设计引水流量240 m3/s，设计灌溉面积36万hm2，是黄河下游最大的引黄灌区。灌区骨干工程设有东、西2条输沙渠，2个沉沙区和3条干渠，总长274 km；分干渠53条，总长797 km；流量大于1.0 m3/s的支渠393条，总长1 419 km；各类水工建筑物5 000余座。

2016年聊城市位山灌区管理处提出了建设全国一流的现代化新型生态灌区的奋斗目标。位山灌区围绕现代化灌区建设，在信息化管理与应用方面积极探索，并在闸门远程控制管理方面寻求突破，太阳能闸门远程测控系统因此应运而生。通过位山灌区一干渠小（一）型的赵盘支渠闸和小（二）型的试验站灌排闸近一年的应用来看，该套系统有效解决了灌区基层用水管理分散、应用粗放的问题，在灌区现代化管理中具有极大的优势，应用前景广阔。

1 系统简介

太阳能闸门远程测控系统现为测试版，由北京润华信通科技有限公司开发设计，系统包括太阳能发电板、设备控制箱、信号远程传输、远程接收测控等设备。依靠中国移动的GPRS无线网络信号，该系统可在闸房与远程接收测控设备间建立稳定的连接，操作人员在远程电脑登录客户端即可实现闸门的自动启停控制，客户端还具有图像动态模拟功能，可以实现对闸门运行状态的远程监控。

2 实际应用优势

2.1 解决远端闸门管理诸多难点

灌区线长面广，末级渠系闸门位置分散且距管理所较远，因无稳定电源，启闭只能赴现场一一操作，费时费力。该系统可直接对原有启闭机进行加装改造，实现远程自动操控，通过太阳能供电不但解决了电源问题，还省去了远程牵拉电线、信号传输线的麻烦，通过实时监测闸门状态，方便了供用水，也加强了管理所对闸门的控制权限，保障了用水调度。

2.2 增强闸门运行维护的安全保障

该系统的太阳能发电板安装在闸房顶部，保证光能利用率的同时兼顾设备安全；相比在老式启闭机上加装机电设备仅能实现电动控制外，该系统的远程控制功能，避免了夜间遇突发情况不能及时控制闸门，造成农民损失的状况。同时该系统也保留了现场电动启闭装置，设置了强制关停按钮和启闭高度上下限值保护，通过监测设备电压、电机转速实现过载保护、异常自动关停等功能，既保证了日常维护管理的便捷性，又提高了闸门使用中的安全保障。

3 存在问题

3.1 蓄电池使用率受季节影响

一方面受灌区绿化程度较高的影响，用电量较大的春灌、秋灌时节，位于闸房顶部的太阳能板受大树遮阴影响严重，无法充分接受光照，蓄电池容易充电不足，导致闸门远程控制时常因供电不足出现启闭失灵；另一方面，在非灌溉季节，各支渠闸门使用率较低，而太阳能板持续为蓄电池充电，导致蓄电池长期处于只充电不放电状态，大大降低了使用寿命。

3.2 系统过载保护可靠性不足

引水后闸门底部时常会有石块、大段树枝等障碍物，当通过系统远程操作闸门下落遇到阻碍时，系统的过载保护往往反应不够及时，无法第一时间自动关停，造成闸门丝杠压弯，甚至影响启闭机的稳定及安全。

3.3 闸门启闭精度影响止水效果

该系统通过加装的定位追踪装置实现对闸门启闭高度的精准控制，但通过多次运行发现系统在实际启闭过程中仍旧存在误差。在实际应用中小于1 cm的误差就会使闸底出现渗水现象，导致无法对水量做到精准控制。

3.4 缺乏有效的节水控制设计

农田灌溉季节，农民主要集中在白天灌溉，所以用水高峰主要集中在白天，夜间需水量会急剧减少，但实际管理中闸门开启后通常不会频繁调整启闭高度，导致夜间水资源利用效率下降，产生浪费。

4 改进措施

4.1 统一绿化标准，提高太阳能综合利用

灌区现代化不仅对使用技术提出了更高的要求，也对灌区生态、人文提出了新的要求。为提高蓄电池使用率：一是建议统一干渠、支渠小型闸房周围绿化标准，10 m内栽植低矮灌木，兼顾生态环境与太阳能板光照接受；二是考虑到干渠堤防附近村庄较多的现状，建议在闸房外部顶端加装一个照明路灯，在非灌溉季节，用定时开关设置为夜间自动照明，方便夜间通行的群众，增强堤防安全保障的同时解决蓄电池过充导致使用寿命降低的问题；三是由于电池冲放电次数的频繁，建议将蓄电池改为锂电池，延长电池的使用寿命。

4.2 拦污与设备改进结合，增强系统可靠性

一是在闸室内闸门前的位置加装小型的拦污栅，保证较大的障碍物无法进入闸室；二是对系统过载保护装置进行改进，现有的过载保护主要是通过监测电压和电机转速等参数实现异常关停，在实际应用中往往不够灵敏。通过实际探索，结合测流仪器中的水深感应装置，建议在闸门底部增加弹性感应式的断电保护装置，用直接感应代替间接监测，实现断电保护的及时启动。弹性设计既可避免感应装置因入水阻力触发断电，又可使闸门在遇到障碍物时感应装置能在弹性范围内第一时间关停，对启闭机及丝杠起到保护的作用。

4.3 加强系统精度校核，增加止水设计

一是依靠管理人员现场调验，结合实际止水效果，对系统启闭参数进行反复校核，通过不断调整增加闸门启闭精度；二是可以根据实际在闸门底部增加缓冲止水条（可与过载保护结合），在闸门关闭时通过缓冲止水条的弹性增强止水效果，此系统的误差在厘米级，实践证明改进后可以有效避免闸底漏水、渗水状况。

4.4 探索智能化控制，实现分时段供水

该系统通过远程传输手段可以实现闸门启闭管理，从节约水资源角度考虑，探索闸门智能化控制，实现供水时段性水到渠成。结合实际，建议为该系统增加定时调节闸门启闭高度的设计，在需水量低的夜间降低闸门开启高度来减少供水量，在需水量高的白天提高闸门开启高度来增加供水量，保证农民有充足的水量来灌溉农田，大大提高水的利用效率，但实现系统的稳定性、安全性及实际可操作性等功能仍面临一些难点，需要进一步探索。

5 结语

太阳能闸门远程测控系统的应用是位山灌区进行灌区现代化探索的缩影。围绕该系统的应用可以在测水量水、用水保障上继续探索，结合供水信息管理平台建设，使之具备水量精准控制、水情实时监测上报、供需结合等功能，为水资源高效利用和灌区现代化建设创造条件，全面推动灌区生态、技术、信息方面的进步，实现灌区可持续发展。