蘇秀峰，王俊杰

（山東省德州市水利局，253014，德州）

山東省德州市潘莊灌區(qū)屬全國(guó)特大型灌區(qū)，1972年建成開(kāi)灌，設(shè)計(jì)灌溉面積 500萬(wàn)畝 （15畝=1 hm2），擔(dān)負(fù)著336萬(wàn)人口的生產(chǎn)生活供水任務(wù)，年均引水10億m3，是全市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展生命線。近年灌區(qū)又承擔(dān)了引黃濟(jì)津（天津市）、引黃濟(jì)冀（河北?。┤蝿?wù)，惠及三?。ㄖ陛犑校┕まr(nóng)業(yè)發(fā)展和人民群眾用水安全。

近年，灌區(qū)投資139.4萬(wàn)元對(duì)水位測(cè)傳、監(jiān)控、遠(yuǎn)程閘控、遠(yuǎn)程測(cè)流四大系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)革新，不斷加快信息化建設(shè)步伐，不斷提升信息化建設(shè)質(zhì)量和管理效能，推動(dòng)灌區(qū)向現(xiàn)代化、可持續(xù)方向發(fā)展。

一、技術(shù)革新點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)功能

1.水位自動(dòng)測(cè)報(bào)傳輸技術(shù)

（1）基礎(chǔ)及不足

潘莊灌區(qū)總干渠上設(shè)有8個(gè)水沙觀測(cè)站，共安裝了14臺(tái)HW-1000型超聲波水位計(jì)，8個(gè)站各自觀測(cè)水位，然后通過(guò)人工以電話形式上報(bào)管理局，處于半自動(dòng)化階段，不能達(dá)到水位數(shù)據(jù)的共享。

（2）革新點(diǎn)

①自主研發(fā)了超聲波水位測(cè)量終端機(jī)，每5分鐘自動(dòng)測(cè)量一次。

②自主研發(fā)了水位數(shù)據(jù)接收機(jī)，具備設(shè)計(jì)水位、超設(shè)計(jì)水位20cm、超設(shè)計(jì)水位35 cm、半小時(shí)水位降幅20 cm等4項(xiàng)警示性能。

③自主研發(fā)了組態(tài)軟件和水位系統(tǒng)，具備自動(dòng)接收、記錄各終端機(jī)上傳水位，遠(yuǎn)程設(shè)定參數(shù)、高程、站名修改等功能，自動(dòng)生成各測(cè)點(diǎn)分時(shí)水位、日平均水位、月平均水位報(bào)表，并繪制柱形圖或曲線圖。

④通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在全國(guó)各地隨時(shí)查看，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查詢、共享、存儲(chǔ)、測(cè)報(bào)等功能。

⑤與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控圖像結(jié)合，能夠隨時(shí)直觀清楚地了解渠道的運(yùn)行狀態(tài)。

（3）實(shí)現(xiàn)功能

每6分鐘對(duì)灌區(qū)所有水位數(shù)據(jù)更新一次，做到了水位監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性、信息傳送的準(zhǔn)確性，提高了水情調(diào)度決策的科學(xué)性。

2.無(wú)縫覆蓋遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)

（1）基礎(chǔ)及不足

采用有線傳輸（光纜傳輸）和無(wú)線傳輸兩種形式，有線傳輸主要解決總干渠節(jié)制閘上下游的監(jiān)控，無(wú)線傳輸主要解決野外（無(wú)電源）險(xiǎn)工險(xiǎn)點(diǎn)及重點(diǎn)建筑物的監(jiān)控。設(shè)備功耗大，效率低，夜間運(yùn)轉(zhuǎn)難。

（2）革新點(diǎn)

①自主設(shè)計(jì)了照明系統(tǒng)，即懸掛式安裝飛利浦400 W泛光燈，與攝像機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)，中軸與云臺(tái)支架相連，以減輕云臺(tái)的受力，能夠探照300 m以內(nèi)范圍。

②自主設(shè)計(jì)并與某廠家合作制造了直流12V供電的云臺(tái)、控制解碼器和54WLED泛光燈，在不增加太陽(yáng)能電池面積、不加大設(shè)備成本的前提下，避免了逆變升壓帶來(lái)的效率損失，滿足了監(jiān)控點(diǎn)需要24小時(shí)工作的要求。

③與廠家合作設(shè)計(jì)了一種節(jié)能控制器，能夠陰雨天氣連續(xù)工作15天，可根據(jù)需要接通和關(guān)閉有關(guān)設(shè)備的電源。有些監(jiān)控設(shè)備需要連續(xù)不間斷工作，如無(wú)線網(wǎng)橋和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；而有些設(shè)備只是在調(diào)看圖像時(shí)才需要工作，如攝像機(jī)、云臺(tái)、云臺(tái)控制解碼器和LED照明燈，節(jié)能控制器對(duì)耗電功率比較大的LED照明燈限制了工作時(shí)間。

（3）實(shí)現(xiàn)功能

解決了野外（無(wú)電源）進(jìn)行監(jiān)控的難題，實(shí)現(xiàn)了全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)控；降低了設(shè)備功耗，有效提高了電源的使用效率和系統(tǒng)的可靠性，提升了管理效能。

3.遠(yuǎn)程閘控技術(shù)

（1）基礎(chǔ)及不足

利用灌區(qū)開(kāi)通的信息化平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程遙控總干渠閘門(mén)的開(kāi)閉和運(yùn)行。系統(tǒng)穩(wěn)定性、安全性較差，多現(xiàn)場(chǎng)人工操作。

（2）革新點(diǎn)

①采用變頻技術(shù)合理調(diào)節(jié)提降速率。

②設(shè)定遠(yuǎn)程操作權(quán)限、電機(jī)負(fù)荷檢測(cè)、啟閉機(jī)壓力、閘板位置超限軟件、閘板位置超限硬件、啟閉機(jī)拉力壓力硬件等六重保護(hù)。

③電機(jī)過(guò)流、缺相、漏電保護(hù)功能均獨(dú)立于現(xiàn)場(chǎng)工控微機(jī)運(yùn)行。

④設(shè)置了閘板上下限、應(yīng)力警、電機(jī)保護(hù)4種報(bào)警指示。

⑤保留現(xiàn)場(chǎng)控制方式，若現(xiàn)場(chǎng)閘室控制設(shè)備出現(xiàn)故障，可使用控制柜上的開(kāi)關(guān)強(qiáng)行提落閘門(mén)。

（3）實(shí)現(xiàn)功能

在3～5分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)閘門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉，改變了以往3個(gè)小時(shí)左右才能完成啟閉一孔閘門(mén)的被動(dòng)局面，提高了調(diào)節(jié)干支渠水量和水位的時(shí)效性。經(jīng)測(cè)算，每個(gè)口門(mén)比過(guò)去節(jié)約引水量約 20%～30%。

4.遠(yuǎn)程自動(dòng)測(cè)流技術(shù)

（1）基礎(chǔ)及不足

采用人工觀測(cè)方式計(jì)量和控制流量，工作效率極低，人為失誤時(shí)常出現(xiàn)，影響測(cè)流的精度，既給供水調(diào)度造成困難，又造成了水資源浪費(fèi)。

（2）革新點(diǎn)

①研制自動(dòng)化測(cè)流控制臺(tái)，以高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)和32位PLC為主控單元，剔除人工操作模式。

②設(shè)置大屏幕觸摸屏，顯示所測(cè)量的水深、流速、流量及操作狀態(tài)，并可直接設(shè)定和修改各種變量參數(shù)，進(jìn)而通過(guò)控制臺(tái)或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)起點(diǎn)距、水深、流速進(jìn)行精確測(cè)量、顯示、保存。

③采用以太網(wǎng)通信模塊和遠(yuǎn)程遙測(cè)，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、圖像傳輸和遠(yuǎn)程控制。

（3）實(shí)現(xiàn)功能

①實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制全自動(dòng)測(cè)流，包括測(cè)流房門(mén)的自動(dòng)打開(kāi)、測(cè)流過(guò)程的全程監(jiān)控、測(cè)流垂線自動(dòng)布設(shè)及垂線測(cè)點(diǎn)的自動(dòng)定位等。

②實(shí)現(xiàn)了第一時(shí)間了解灌區(qū)各渠道水情信息，掌握了科學(xué)調(diào)配水資源、搶險(xiǎn)備汛的主動(dòng)權(quán)。

③測(cè)站實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守，節(jié)省了大量的人力、物力和財(cái)力，減少了工作強(qiáng)度，提高了工作效率。

二、應(yīng)用效益

1.省工效益

經(jīng)計(jì)算共可省工60人，其中水位測(cè)報(bào)員16人，堤防及建筑物安全巡查人員16人，沉沙池專(zhuān)職防守人員18人，專(zhuān)門(mén)巡查小組10人。按照灌區(qū)人員結(jié)構(gòu)和工資現(xiàn)狀，年可節(jié)省費(fèi)用近500萬(wàn)元。

2.搶險(xiǎn)減支效益

開(kāi)灌40多年，灌區(qū)發(fā)生決口12次，直接損失1 200萬(wàn)元；淹地10余次，直接損失100萬(wàn)元。按照決口發(fā)生概率測(cè)算，年可減少搶險(xiǎn)支出費(fèi)用約為32.5萬(wàn)元。

3.水費(fèi)增收效益

灌區(qū)多年平均引水量為95000萬(wàn)m3，平均引水天數(shù)150天，多年發(fā)生決口的概率為30%。按照決口后搶險(xiǎn)堵復(fù)時(shí)間30天計(jì)，年均少引水5700萬(wàn)m3；再加上因搶險(xiǎn)分水水量500萬(wàn)m3，年可增加計(jì)量水量6200萬(wàn)m3，按照德州市現(xiàn)行農(nóng)業(yè)灌溉水費(fèi)0.065元/m3測(cè)算，可增收水費(fèi)403萬(wàn)元。

三、結(jié) 語(yǔ)

遠(yuǎn)程自動(dòng)測(cè)流設(shè)施

潘莊灌區(qū)4項(xiàng)信息技術(shù)的革新和應(yīng)用，為灌區(qū)管理、運(yùn)行提供了堅(jiān)強(qiáng)的科技支撐和技術(shù)保障，使灌區(qū)有力破解了干支渠多、點(diǎn)多、面廣造成的歷史性管理難題，有效化解了監(jiān)測(cè)設(shè)施不全、調(diào)度水平不高、管理手段落后等諸多現(xiàn)實(shí)性問(wèn)題，有力應(yīng)對(duì)了長(zhǎng)時(shí)間、高水位、大流量引供水帶來(lái)的一系列嚴(yán)峻險(xiǎn)情，提升了現(xiàn)代化管理水平和決策效率，提高了精細(xì)調(diào)度能力和應(yīng)急處理能力，增添了可持續(xù)發(fā)展的源泉和動(dòng)力，促進(jìn)了水資源的優(yōu)化配置。近年，灌區(qū)年均引黃調(diào)水能力提高35%以上，輸供水量提高52%以上，圓滿完成引黃濟(jì)津、引黃濟(jì)冀等多項(xiàng)急難險(xiǎn)重任務(wù)，高效滿足了各方面的用水需求，最大程度地發(fā)揮了整體效益。

[1]肖建華，郭鈺.灌區(qū)信息化系統(tǒng)集成方案研究與實(shí)現(xiàn)[J].水利信息化，2010（5）.

[2]程永東，黎偉萍，周葉青.灌區(qū)交接斷面測(cè)流信息化技術(shù)應(yīng)用[J].水利信息化，2011（2）.

[3]周亞平，李欣苓，李曉輝，張志松.淺析我國(guó)大型灌區(qū)信息化建設(shè)[J].水利水文自動(dòng)化，2007（3）.

[4]焦敏.聯(lián)宇公司灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)在東風(fēng)渠工程中的應(yīng)用 [J].中國(guó)水利，2010（4）.

[5]張學(xué)會(huì)，孫璐.夾馬口灌區(qū)現(xiàn)代化管理實(shí)踐[J].中國(guó)水利，2012（3）.

[6]蘇俊輝，王海平.防水閘門(mén)遠(yuǎn)程控制技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].科技資訊，2012（12）.

[7]張?jiān)挥?灌區(qū)閘門(mén)遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制技術(shù)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（2）.

[8]康玲，姜鐵兵.泄洪閘門(mén)動(dòng)態(tài)跟蹤控制理論研究 [J].華中理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2000（2）.

[9]賈振波，黎保國(guó).液壓閘門(mén)啟閉機(jī)電氣控制技術(shù)電路分析 [J].電子制作，2012（12）.

[10]田作佳.東港灌區(qū)信息化系統(tǒng)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2013（4）.