浅谈智能一体化闸门在大型灌区中的应用

姚 磊

（甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃兰州 730000）

0 引言

一体化智能测控灌溉智能闸门管理系统，是一台集远程精确在线计量、精准信息智能管理、远程精确信息监测控制等服务于为一体综合性的大型智能化测控计量管理灌溉专用设备。为切实增强排灌渠道自动化与闸口门的智能化控制与管理的综合能力，进一步提升灌区企业信息化与综合管理自动化水平，在灌区的二处闸站和分水洞试点灌区均安装并使用了一体化的智能测控灌溉与智能闸门，经过各项功能的综合测试，闸门的性能状态良好、可靠。

1 智能一体化闸门的应用背景

1.1 现实条件与发展建设需要

现代农业离不开水利工程的建设，面对复杂的、不可预料的自然天气环境，水利工程对农业生产有至关重要的作用。以我国的都江堰水利工程为例，都江堰人民渠第一管理处灌区的667 hm2以上农田灌溉面积属于小0.5自流性灌区，在水源渠道上主要采用的形式为区间径流的补充利用和直接从蒲阳河水库引水灌溉，因此水量的直接供应比较有限，供应也比较紧张。然而，农田水利自身的节水抗旱能力、引水和抗旱调节设施的蓄水灌溉能力都普遍不足。全年农田降雨点时空分布变化也很是复杂不均，1月中旬到翌年4月上旬农田的累计平均降雨量点约占全年降雨量点总面积的9%，蒸发量总数也只占全年蒸发量总数的24%而已。水稻移栽集中于育秧、栽秧期的关键两个时段，春季从3月到翌年6月平均降雨量约占同期全年总量降雨的30%，蒸发量也只占同期全年降雨量的44%左右。其降雨量高峰时间主要是集中在夏季从5月末到翌年9月，降雨量高峰已达同期全年雨量的83%。

1.2 需渍水污染极为严重

全年我国累计实现从长江上游向蒲阳河工程计划引入的需水量超过30亿m3，其中直接用于农业灌溉水量达到20亿m3/年，占总量的66.7%。通过综合计算，农业总用水净循环需要引水量为14.1亿m3/年，表明当年农田灌溉用水中实际已经重复利用，超过5.9亿m3/年约占我国全年工农业生产总需引水量份额中的20%。由此分析，科学有效平衡与调配渠引水量，改变了以往灌区农田大水漫灌用水及供水的习惯。

1.3 精细化施工管理

人民渠第一管理处水利工程系统运行管理工作量大，控制渠道线路长，工程管理人员作业管理范围面广量大，专业化需求也更强，在传统的人工管理巡检模式情况下，其主要作业方法是通过人工的现场管理巡检。全处下设社会基层服务站、综合办公管理点和业务段共有28个，人员编制120人，实际在岗职工110余人，平均年龄达48.7岁，未来的5年内，预计将有42人退休，人员缺口大，难以满足行政管理与服务要求。

这意味着企业必须进一步加快推进现代企业信息化、智能化、远程化管理平台项目建设，以提高综合行政管理效率，促进企业管理处、管理站、养护段等三级按照“三级变一级”的目标管理机制尽快实现[1]。

1.4 灌区供水信息化网络建设规划的具体需要

人民渠第一管理处水利信息化网建设的总体规划重点是确保实现全省水资源动态调配计划“可视、可量、可传、可控”的指标。一是要尽快建设全国灌溉管理处、管理站、养护段的三位一体通信与基础信息网络体系，并完成三级水利管理网之间的基础信息平台互联或互通工作。二是加快建立全省灌区内所有水量的精确计量管理节点和数字化节点，完成所有灌区水量全程精准调度与计量服务。三是尽快完成灌区全覆盖及干渠、分灌干渠、支渠、分出水洞全部口门的自动化控制建设，提升现有灌区供水自动化运行水平，实现灌水量双向自动统一调配，逐步做到“无人值班，少人值守”。

2 一体化测控系列智能闸门使用说明

一体化测控智能闸门，是一项经过国家知识产权局、水利部水工金属结构质量检验测试中心技术检测，并进入水利部2017年国家农业新产品技术推广目录的一项农业高新技术产品。该智能阀门系统主要集成了智能小尺寸阀门、太阳能直接供电、水位动态检测、流速自动检测、无线视频通讯、远程水位管理、精准流量实时控制等核心功能，是实施闸门远程联动智能化控制功能和农村灌区供水信息化应用的关键性技术支撑。

一体化测控智能闸门支持太阳能光伏供电或接入的方式，闸门电机驱动系统功率峰值衰减甚小，能耗系数很低，可同时灵活选择使用太阳能光伏供电、市电系统供电。智能一体化闸门主体由全铸铝合金工艺材料制造，具有防腐蚀、耐老化、使用寿命长等特点。一体化测控智能闸门由开启闭合装置、控制系统、水位计、限位计等核心部件组成，装配、调试、维修方便，维护管理也十分简单[2]。

3 通过试点项目示范工程应用推广项目

3.1 试点完成情况

在灌区2017—2018年，结合灌区特点，分别对灌区新繁堰站、青白江闸站等各段的各1个处闸门工程进行先期工程建设试点，研究和配套建设实施方案及技术分析测试。建成试运行后，先后3次组织人员对机电自控一体化智能测控设备及智能闸门系统进行测试，对工程项目的供电装置性能、监控报警单元功能、流量动态在线测量、远程自动控制、通信和调度系统智能化运行功能等6个方面指标，逐项进行跟踪测评，测评结果为工程项目总体质量良好，性能与系统安全可靠。这是人民渠第一管理处在灌区首次进行智能一体化闸门系统的应用试点，为全国灌区供水信息化网络建设和推进我国水价机制综合管理改革实践提供出了一项良好的先行示范[3]。

3.2 供电性能

试点电池工程采用太阳能供电方式，在大约4～5 h/天的连续日照条件下，试点电池系统经受住了长时间高强度和高电压负荷的反复测试，供电效果稳定可靠。

3.3 监控报警功能

采用了间隔约为10 min以内的定时连续自动拍照、实时视频图像连续自动采集传输、随机事件自动视频抓拍报警等3种自动报警的方式，都顺利地完成了报警操作。监控报警镜头还可完全支持远程实时视频录像控制，充分实现了对远程闸门水位、周边地形等动态情况及时准确地进行全方位实时监控。监控夜视功能高清镜头，图像画面更为清晰，昼夜可连续进行可视连续拍摄操作；数据云端存储功能可随时提供实时记录数据[4]。

3.4 流量测量

闸门设计采用“计算机三维数值模拟测量法”标准，控水闸功能与水工建筑物按照“一体化技术标准”设计，通过微机精准计算控制闸门开度，有效地提高了闸门量水、控水闸门质量等级和计算精准度。

3.5 远程在线控制

本地系统采用智能触摸屏方式和智能按键式操作模式控制，可以通过智能手机APP端或远程WEB终端方式实施远程控制，通过远程终端软件系统可自动对闸门的启或闭、闸门的开度、瞬时流量、闸底前后的水深、开闸前累计的流量、设备信息状态等相关参数进行动态查询、管理，并支持手动控制闸门启与闭，开度与精度已达到了相关设计规范要求。

3.6 通信系统

选用国际标准GPRS/标准、CDMA/国际标准、GSM移动通信技术方式，使用标准移动视频通信系统网络信号，信号波形稳定，通信网络质量更有保证，信号传输完全能够满足远程视频语音传输、数据同步上传、远程语音控制功能的相关要求[5]。

3.7 建设方式

闸门结构可以根据建筑物的条件来进行合理设计并安装，闸门稳定性比较好、维护管理方便。同心堰、团结堰工程试点示范应用工程效果监测表明，一体化测控智能闸门可以适应不同断面规格渠系、泥沙淤积区域等水利工程各种复杂运行环境。在灌区各种特殊气候条件环境下，供电系统、通讯系统、控制系统网络和各种传感器性能稳定、可靠，为地处偏远山区、自然条件恶劣的老灌区实现远程智能化计量与自动化控制，提供了一个更加快捷、经济、安全可行的整体方案，在加快推进老灌区现代化建设上，迈出了坚实的第一步。

4 结语

人民渠第一管理处在灌区的干沟、支航道系统上共设置112处闸站、250孔总闸及407个分水孔（407孔闸门），50%以上都无市电，70%全部靠人工手摇机械启开或开闭，基本上都不具备自动化仪表及自动计量设备。要顺利实现“节水优先、系统治理”目标，首先要考虑并解决所属管段区域内的农业灌溉问题以及水利基础设施信息化的网络系统建设问题，为农业的可持续发展提供支撑[6]。