一体化闸门在潘庄灌区的运行及应用分析

李元波，夏好秋

（1.德州市潘庄灌区运行维护中心，山东 德州251200；2.德州市水利局河道管理服务中心，山东 德州251200）

自1972—2019年底，潘庄闸已累计引水500亿m3，承担着保障德州市工农业生产及居民生活用水的重要任务[1]。灌区自渠首潘庄闸至渠尾尚庙闸总干渠全长91.3 km，沿干渠有引水口门107处，在渠尾尚庙闸进入马颊河，通过马颊河向各县市区及周边城市供水。近几年分别实施了“引黄济津”与“引黄济沧”应急调水任务，在保障德州供水的同时，有效地缓解了天津市及河北省沧州市缺水状况。

1 基层水管单位存在问题及原因

1.1 基层管理所存在问题

1）基层工作枯燥且条件艰苦，工作人员补充不及时。水利行业基层管理单位一般位于偏僻的地区，很多管理所附近连村庄都没有，只是孤零零的一个院落，而几乎所有的基层管理所都需要24 h值守，很多年轻人都无法忍受工作的环境，而不愿意去基层工作，导致管理人员退休后不能及时的补充，基层人员老龄化现象日益突出。

2）基层水管人员日常工作繁琐、工作效率低、工作积极性不高。目前灌区各引水口门多采用现场手电起落方式为主，启闭口门往往需要开车10 km左右赶赴现场，并且需要通过扶梯登上几米高的站房，才可以进行启闭操作。不仅往返需要时间较长，而且操作极不方便且不利于工作人员安全，造成调度滞后而且耗时耗力，且在紧急情况下不能及时有效地处理突发情况，存在较大的管理隐患。

3）引水口门管理不规范、引水情况掌握不及时。灌区属于自流灌区，共有7座管理所，引水口门107处，灌溉季节口门起落频繁，因管理人员有限，管理局只对其中较大的42处口门进行直接管辖，其余口门由镇（乡）水利部门代管，灌区管理人员每日巡查时对口门引水情况进行记录上报，这样往往造成引水情况的记录不及时、水量控制不精确，这不仅影响到灌区日常管理，而且各级水利行业主管部门也难以作到及时、准确和全面掌握灌区引水及调水情况[2]。

4）引水口门流量测量不规范。口门流量测量以传统的漂浮物流速、口门开启尺度为依据，受现场环境及操作人员技术水平影响较大，分水口门流量测量准确性较低，非常不利于流量总体控制，管理资料及数据记录以手工记录为主，不利于信息共享，不利于水利行业的统筹管理。

1.2 原因分析

造成目前管理现状的原因主要是基层水管单位管理任务的繁琐以及基层操作方法的落后共同造成的。

解决问题的关键是提高基层管理所的工作能力，提高基层管理所的工作能力的关键就是探索一种智能精确的闸门自动化启闭方式及流量测报方式，使闸门启闭及流量测报实现远程智能操作并自动上传闸门状态、数据，这样将极大地减轻基层工作人员的负担，降低劳动强度，提高工作效率及工作质量，这样就可以使基层水管人员集中精力去干好巡查、养护工作，同时缓解基层的人员不足现状。

2 一体化闸门实施情况

针对管理中存在的现实问题，管理人员到位山灌区进行实地考察，结合本地实际情况，2018年以黄庄东引水口为本地试点，实施了一体化闸门试点工程，测试一体化闸门在本灌区的适用性，为下一步信息化建设工程做好充分准备和先期实验。

2.1 一体化闸门构成

1）闸门主体材质。一体化闸门主要采用铝合金及不锈钢材质，与传统闸门不同的是，一体化闸门包含门框和门体，这样能达到轻量化设计，并具有良好的密封性及防腐蚀性。

2）闸门驱动机构。采用伺服电机驱动，瞬时启动扭矩可达300%，很好的解决了闸门前泥沙淤积问题，且伺服电机行程控制精度更高，误差不超过±1 mm。

3）闸门动力系统。闸门的动力系统均有太阳能供电系统提供，随着国内太阳能技术的发展，太阳能供电系统已经能提供可靠的电源，很好的解决了偏远地区电力线路无法接入的问题。

4）闸门现场控制系统。现场控制系统核心部件为RTU（Remote Terminal Unit），即远程终端控制系统，负责对闸门监测到的水位、开度、流量等信息进行存储并上传到监控中心，并接受和执行监控中心的调度指令，对闸门进行启闭操作[3]。

5）闸门主要附属设备。一体化闸门包含水位传感器、开度传感器、流量传感器以及通信模块等，主要负责监测闸门的各种水情信息[4]。

2.2 一体化闸门使用效果分析

试运行以来，一体化闸门无论在操作控制还是在可靠性以及数据采集、传输等各方面都取得了比较好的使用体验，得到了基层管理人员的高度评价，与传统闸门相比更加适用于当前水利管理。具体情况请参见表1。

2.3 存在缺点

1）超声波流量测量水箱存在较多问题。因渠道水质含沙量较大，容易造成淤积，以及较大的浊度不利于超声波信号的发射及接受，导致流量测量水箱不适宜应用于本灌区，鉴于此，流量测量主要使用水工建筑物测量法。

表1 一体化闸门与传统闸门使用效果对照表

2）行业标准不统一，缺少专业规范。目前一体化闸门行业内没有统一的标准及规范，建设单位在选择产品时往往依据考察情况及试验使用情况进行参考选择，非常受建设单位的专业人员工作能力制约，不利于管理单位把控整体建设质量也不利于一体化闸门的推广使用。

3）专业化更强，维护保养需要更加专业的人才。一体化闸门作为一项新技术，结合了机械工程及信息化系统集成的诸多技术，对于现场水利管理人员的要求更高，为今后的人员培训及人才引进提出了更高的要求。

3 一体化闸门应用前景

一体化闸门作为目前水利行业新型产品，以其简便可靠的操作方式、内置的各种安全保护措施、精准的控制精度以及实时性和高效性特点，为传统基层水利管理面临的诸多问题带来了良好的解决方案，使信息化技术在基层水利行业得到了很好的应用。在各个已经投入使用的地区，一体化闸门都体现了其在自动控制方面的优势，很好的解放了基层水管人员，真正做到了基层管理人员减负，提高了基层水利管理的运转效率。特别是像潘庄灌区这样引水口门流量较小，但是口门特别多，且分布比较散的灌区尤为适用。通过一年多来的试运行情况，体现了一体化闸门在基层水利管理中的优势，为了充分发挥一体化闸门的信息化优势，计划建设统一的信息平台，逐步安装一体化闸门及对部分传统闸门进行自动化改造，有序的实施信息化工程，逐步实现智慧灌区建设。

4 结语

强化用水需求和用水过程管理，严格实行用水总量控制、对可利用的水资源进行实时监控，全面推进节水型社会建设必将是下一步工作的重点。作为灌区，应该充分认识到当前水资源短缺的紧迫形势及国家对于水资源利用的高度重视，充分抓住当前信息化、网络化发展机遇，利用技术革新解决基层水利管理单位中存在的诸多弊端，加快灌区信息化建设，加强大型灌区管理能力建设。而一体化闸门虽为新型设备，但其通过技术革新，使传统闸门与信息化技术得到了很好的整合，为传统的闸门控制提供了多种解决方案，必能在未来水利发展中展现极高的使用价值。