测控一体化闸门在敦化灌区的应用

（山西省水利水电科学研究院 山西太原030002）

1 敦化灌区概况

敦化灌区现名为太原市敦化扬水工程管理处，属冲击平原型灌区，位于山西省太原盆地，汾河二坝的东部，是以汾河水为水源的三级四站提水灌区，也是太原市最大的提水泵站，灌溉区域覆盖王答、徐沟、孟封、西谷四个乡镇的36 个村庄，灌溉面积6 974 hm2，装机台数12 台，装机容量为820 kW。灌区含干、支、斗、农四级渠道，其中干支渠道11 条（干渠6 条，支渠5 条），总长度53.169 km。灌区从1965年建成使用以来逐渐显现出水费征收困难、水资源利用率低、信息化程度低的问题。为解决这些问题，从2011年起多次对灌区进行了节水配套改造工程，到2018年年底为止共安装有测控一体化闸门75 套。

2 测控一体化闸门

2.1 构成

测控一体化闸门主要由闸门门体、数据测控、数据传输、动力驱动四部分组成，并与控制室安装了专用软件的计算机进行远程连接。测控一体化闸门及其构造示意，见图1。

1）闸门门体由闸门门框、闸门门板组成。闸门门板使用不锈钢碾压复合材料。该材料和传统铁质闸门相比更适合野外使用、不易生锈耐腐蚀、使用寿命长。

2）数据测控部分主要由水位传感器、开度传感器等测控模块组成。实时测量闸门上下游的水位信息，并与计算机设定的水位信息进行分析比较用来控制开度，实现按需灌溉。

图1 测控一体化闸门及其构造示意图

3）数据传输部分采取远程数据通信技术将数据测控部分与控制室的计算机实时在线连接在一起，能够实时进行数据的传输和处理。

4）动力驱动部分由太阳能板、蓄电池及驱动装置组成，能将太阳能转化为电能存储在蓄电池内为整个系统工作提供工作动力。

2.2 工作过程

测控一体化闸门的工作过程是通过太阳能板将太阳能转化为电能，存储在蓄电池内为整个闸门提供动力支持。闸板上下游的水位传感器和开度感应器能实时测控渠道内的水位、闸门开启高度、过闸流量等水情数据并通过数据传输部分传到控制室内的计算机中，计算机根据灌溉需求设定目标数值并与实时测得的数据进行对比发出闸门操作指令。系统反复循环执行这个操作指令，直到测得值达到设定值为止。其工作过程如图2所示。

图2 测控一体化闸门工作流程图

3 应用情况

3.1 测控一体化闸门安装情况

2011年敦化灌区首次引进测控一体化闸门，分别用于敦化电一支渠三号闸、电二支渠二号节制闸安装测控一体化闸门3 套进行示范。并于2014年、2015年、2018年分别配套30 套、25 套、17 套测控一体化闸门。闸门配套详情见表1。

实验组中，局部肿胀患者为1例，感染和闭塞患者均为0例，穿刺处渗血为1例，并发症发生率为4.76%，对照组中，局部肿胀患者为4例，感染患者为2例，闭塞患者为1例，穿刺处渗血患者为4例，并发症发生率为26.19%，实验组和对照组并发症发生率对比，差异有统计学意义（P＜0.05）。

表1 敦化灌区测控一体化闸门配套情况表

3.2 经济及节水效益

2011年安装测控一体化闸门后，改善灌溉面积4 700 hm2，年增加节水能力52 万m3，灌溉水利用系数由原来的0.41 提高到0.465。2014年、2015年配套后灌区半数闸门更换为测控一体化闸门，进一步提高了灌溉水利用系数，年增产效益达到350 万元，节水效益72.93 万元。2018年，改善灌溉面积5 067 hm2，灌溉水利用系数由0.46 提高到了0.501，亩均节水7.8 m3，年节水能力59.28 万m3。

3.3 其他效果

该系统能够实时、精准、有效地完成对闸门监控，可以对所控制整个闸门的运行状态进行全过程实时监控。能可靠准确地完成闸门的启闭操作。取得了以下效果：

1）对灌区内水情、水量进行总体控制。测控一体化闸门采用无线数据传输设备实时进行传输数据，对闸门上下游水位、闸门开度及用水情况进行实时监控，能及时返回水情数据，并能根据需求按设定水量进行灌溉，实现了水情监测和水量总体控制。

2）杜绝了偷水情况，以往灌区没有监控设备，闸门为手动操作，且无保护防范措施，时有农户私自拉开闸板灌溉自己的田地。测控一体化闸门的安装使用，能对用水全过程进行监测、自动记录用水情况、实现了水情透明从根本上杜绝了偷水情况。

3）该系统功能完善，技术可靠，提高了灌区自动化控制程度。测控一体化闸门集灌区水量计量、闸门控制和用水实时调度等功能为一体，对整个闸门运行中的相关信息的实时进行采集、分析处理、存储，同时还有数据查询、故障报警等辅助功能，有效地提高了灌区的自动化程度及管理水平。

3.4 解决的问题

敦化灌区安装测控一体化闸门后解决了灌区内的以下问题：

1）供水不及时的问题：传统灌溉需要提前进行人工安排、现场调度和对闸门进行控制，耗时耗力，造成了灌溉不及时的问题。采取测控一体化闸门后，只需农户和控制室工作人员沟通，设定灌水区域和灌水量就可以通过远程指令及时快速对闸门进行控制，大大地提高了响应速度，克服了人工操作的弊端。

2）计量不准确的问题：敦化灌区灌溉用水的管理一直比较粗放，之前采用的是建筑物量水和以电折水方式进行计量。由于渠道放水的人员专业知识限制，对水工建筑物量水的判别不准确，仅凭粗略估算，计量极不准确。以电折水计算采用统一的折算系数，未能考虑机井位置的区别，计算存在偏差。采用本系统后水量的计算由水位传感器、开度传感器共同全面监控灌区渠道内的水位信息，通过计算得出过闸流量，科学的计量功能大大提高了供水水量信息的准确性。

3）收费困难的问题：敦化灌区是一座老灌区，长久以来受传统观念的影响、灌区管理及供水服务质量问题等影响，收费难一直是灌区面对的重要问题。系统能利用实时的灌水数据信息，进行统计、分析，最终计算费用，并生成用水信息和水费报表，水量水费一目了然，农户用水明白，缴费积极，有效地解决了收费难的问题。

4）水资源浪费的问题：农户的传统用水习惯，灌溉一般采用大水漫灌，不懂得合理灌溉，用水量得不到控制，水资源浪费严重。采用该系统能够根据作物需水量按需灌溉且用水量和农户经济直接挂钩，激发了农户的节水热情，有效地减少了取水量。

4 问题及建议

在使用测控一体化闸门的过程中发现一些问题，针对这些问题提出了以下建议，以便更好地为灌区服务。

1）对操作人员的专业技术要求较高。该系统虽然操作简单但是需要一定的专业技术素养，才能更好地完成操作，建议安排专人并进行培训后再上岗。

2）盗窃问题时有发生，闸门采用的是不锈钢材料全部外置无保护措施，太阳能板安装在室外，也没有任何防护措施，时有破坏和偷盗的情况发生。闸门是该系统的主体、太阳能板造价高，如果发生失窃直接损失和间接损失相当严重。为了防止此类情况发生，除了注意加强防护外还需要加大宣传力度，分析其重要性及和群众的直接利益关系，激发群众的保护热情，能积极主动保护设备，更好地为灌区服务。

3）防冻任务重，该系统的运行温度为-18℃～60℃，灌区的冬季最低温度偶会低至-20℃以下，容易发生冻结情况，由于该闸门构造精密，传统的融冻方式不适合使用，因此防冻任务较重。建议在进入霜冻期时，提前做好防冻措施，减少对设备的损伤，延长使用寿命。

5 结语

安装使用测控一体化闸门系统后能利用现代化的手段对全灌区的用水情况进行监控，取得了明显的经济和社会效益，有效地提高了灌溉水利用系数，是值得推广发展的。