邢天鋒，張 勇，陶 東，周玉國

（寧夏固海揚水管理處，寧夏 中衛(wèi) 755100）

0 引言

固海揚水工程是寧夏建設(shè)最早的大型公益性扶貧揚黃灌溉工程，工程建設(shè)運行40 多年來，為加快寧夏南部山區(qū)群眾脫貧致富、經(jīng)濟社會發(fā)展、改善生態(tài)環(huán)境、維護民族團結(jié)做出了巨大貢獻。目前，固海揚水灌區(qū)還采用傳統(tǒng)的測量方式，新型測量方式還處于試點階段，尚未大規(guī)模投入使用。灌區(qū)測量主要分為斗口以上和斗口以下兩種。斗口以上測量主要指上下游泵站間的水量計量交接，以LS68 型旋杯式流速儀人工測流為主，屬于測量精度較高的測量方式。斗口以下測量方式主要是指無喉道量水堰建筑物計量方式，也是管理處對灌區(qū)灌溉用水最常用、最準確、最可靠的計量方式之一，運行40 多年來已被廣大灌區(qū)用戶所接受。

1 測控一體化閘門建設(shè)情況

為積極推進固海揚水灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)，固海揚水管理處組織對水閘及直開口安裝了自動化設(shè)備，工程總投資2 406 萬元，完成了171 座直開口、小高抽等自動監(jiān)控設(shè)備的安裝。管理處安裝測控一體化閘門124 套，安裝電磁流量計34 套。

1.1 中型水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)的安裝

13 座中型水閘安裝自動化監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了水閘運行狀態(tài)的實時監(jiān)測、視頻監(jiān)視、現(xiàn)地控制和遠程控制，在機組跳閘、洪水入渠等應急狀態(tài)下可及時打開退水閘，加強了系統(tǒng)的安全運行。

1.2 干渠直開口自動測控系統(tǒng)的安裝

124 座干渠直開口安裝了測控一體化閘門自動測控系統(tǒng)，20 座小高抽、14 處壓力管道分水口閘閥安裝了自動測控系統(tǒng)，實現(xiàn)了直開口閘門、閘閥的自動控制和計量，提高了配水精確度和水資源利用率。

1.3 水閘自動監(jiān)控業(yè)務應用系統(tǒng)的安裝

通過將項目建設(shè)的灌區(qū)中型水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)、直開口自動測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過電子政務外網(wǎng)傳輸?shù)剿麖d監(jiān)控平臺和固海業(yè)務應用系統(tǒng)，實現(xiàn)了固海揚水管理處對中型水閘、干渠直開口水閘數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一管理，為水資源調(diào)度管理提供服務。

2 測控一體化技術(shù)的應用目的和意義

2.1 應用目的

固海揚水管理處以建設(shè)現(xiàn)代化生態(tài)灌區(qū)為目標，積極應用大數(shù)據(jù)、云計算等先進理念和現(xiàn)代信息技術(shù)，推進灌區(qū)信息化建設(shè)，提升固海灌區(qū)服務水平。同時，以水管體制改革為契機，轉(zhuǎn)變固海灌區(qū)傳統(tǒng)的管水模式，采用“互聯(lián)網(wǎng)+水利”管理模式，推進現(xiàn)代化灌區(qū)建設(shè)進程，逐步打造“數(shù)字化、信息化、自動化、智能化”的揚水新灌區(qū)。

2.2 應用意義

2.2.1 建設(shè)節(jié)水型現(xiàn)代化灌區(qū)的基本需要

灌區(qū)供水管理信息自動化程度不高，仍采用傳統(tǒng)的人工操作方式，不適應現(xiàn)代化灌區(qū)管理的要求，因此灌區(qū)信息化建設(shè)是建設(shè)節(jié)水型現(xiàn)代化灌區(qū)的基本需要。

2.2.2 提升水利公共管理和社會服務能力

泵站資料收集和信息整理主要以人工為主，不僅影響灌溉管理水平的提升，而且相關(guān)人員不能及時掌握灌區(qū)實時供水情況，需要進行管理改革，改進灌區(qū)管理手段，用信息化、自動化手段代替人工操作，提升水利公共管理和社會服務能力。

2.2.3 促進灌區(qū)現(xiàn)代化發(fā)展

為實現(xiàn)“傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代化水利轉(zhuǎn)變、粗放用水向精細化用水轉(zhuǎn)變”，推動現(xiàn)代化灌區(qū)建設(shè)進程，應采用灌區(qū)測控一體化技術(shù)，提升灌區(qū)管理和運行的信息化水平，促進灌區(qū)現(xiàn)代化發(fā)展。

3 測控一體化技術(shù)概述

3.1 主要功能

測控一體化閘門采用了輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計，集光伏能源管理、運動控制、水位采集、流量計量、遠程數(shù)據(jù)傳輸及控制等功能為一體，以實現(xiàn)渠道灌溉用水的精確控制和管理。閘門分流保護和閘門卡滯保護兩種，在荷載過大或閘門有異物阻擋時，可自行啟動保護功能，達到保護設(shè)備的作用。

3.2 操作模式

操作模式主要有遠程控制、現(xiàn)地操作和緊急制動3 種，可滿足多種條件下的操作需求，極大減輕配水人員的勞動強度和工作壓力，提高工作效率。

3.3 控制模式

控制模式分為恒定流量控制模式和閘位控制模式兩種。恒定流量控制模式屬于流量精確控制，通過閘板上下調(diào)節(jié)，始終將流量控制在設(shè)定范圍內(nèi)，可實現(xiàn)對全渠道流量的實時監(jiān)控，穩(wěn)定下游泵站機組運行的最優(yōu)水位。閘位控制模式，適用于閘前干渠水位和泵站前池水位穩(wěn)定的情況。應用閘位控制模式需要考慮多個影響因素，泵站水調(diào)員需要實時監(jiān)測下游泵站前池水位，以此決定測控一體化閘門的配水流量。

3.4 技術(shù)優(yōu)勢

測控一體化的優(yōu)勢如下。①測量精度高。測控一體化閘門流量不受干渠水位變化的影響，在設(shè)定流量后，當干渠水位上下變化時，系統(tǒng)自動啟閉閘門，從而穩(wěn)定過水流量，保證設(shè)定流量不變，提高測量精度。②操作方便。一是測控一體化分為遠程控制和現(xiàn)地控制兩種方式，配水人員可遠程或現(xiàn)地操控啟閉閘門，進行水量調(diào)配；二是測控一體化閘門計量數(shù)據(jù)支持多種查看方式，方便管理單位和用水戶及時了解水量。③反應迅速。配水人員發(fā)出操控指令，測控一體化閘門2 秒左右即可動作，節(jié)約操作時間，降低勞動強度。④異常報警。測控一體化閘門發(fā)生故障時，設(shè)備會顯示故障警告信號，通知維修人員進行故障處理。

4 測控一體化技術(shù)應用分析

4.1 測控一體化閘門運行效果分析

測控一體化閘門投入運行后，實現(xiàn)了閘門的現(xiàn)地控制和遠程控制能，但自動計量與實際流量存在一定偏差。

當斗口配水流量恒定不變時，在清水期有29 座斗口測控一體化閘門計量數(shù)據(jù)較穩(wěn)定、準確，基本符合要求，占比23.39%；在渾水期有26 座斗口測控一體化閘門計量數(shù)據(jù)較穩(wěn)定、準確，基本符合要求，占比20.97%。而全年始終準確的斗口只有10 臺，占比8.06%。

若斗口配水流量發(fā)生變化，有21 座斗口測控一體化閘門計量數(shù)據(jù)較穩(wěn)定、準確，基本符合要求，占比16.94%。流量變化時數(shù)據(jù)存在不穩(wěn)定、偏差較大的問題，主要原因是測控一體化設(shè)備數(shù)據(jù)計算存在偏差，對干渠水位條件、水質(zhì)及環(huán)境條件等沒有綜合考慮，導致在流量變化后，計算出現(xiàn)偏差。

運行結(jié)果表明，設(shè)備控制功能全部能夠?qū)崿F(xiàn)，但自動計量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，流量上下變幅值較大，配水流量值或水質(zhì)發(fā)生變化時，計量偏差值較大。

4.2 精度影響因素

（1）設(shè)備自身的測量精度。配水流量在同一流量狀態(tài)下，對設(shè)備計量進行校測調(diào)整，如流量不變，計量數(shù)據(jù)則較為穩(wěn)定準確。若配水流量值發(fā)生變化，測控一體化數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)偏差較大，如表1 所示。

（2）含沙量增大，水由清水變?yōu)闇喫绊戄^大。同一個配水流量下，清水期和渾水期設(shè)備計量數(shù)據(jù)偏差大，如表2 所示。

表1 流量變化時數(shù)據(jù)對比

表2 清水期和渾水期測流數(shù)據(jù)對比

（3）梢段干渠一體化閘門測箱淤積對精準度影響較大。稍段干渠因流量小，測箱產(chǎn)生淤積，過水斷面減小，導致流量偏差較大。

4.3 存在的問題

①在末級渠道，存在閘門測箱容易淤積、水深淹沒不住箱體的問題，從而使設(shè)備計量與量水堰計量有較大偏差。②遠程操作時，由于網(wǎng)絡(luò)延遲、設(shè)備自身系統(tǒng)和軟件設(shè)計等因素影響，造成閘門控制延遲和現(xiàn)地運行情況不明確，出現(xiàn)配水流量過大、系統(tǒng)不顯示流量的現(xiàn)象。③測控一體化閘門計量的流量不穩(wěn)定，上下波動較大，特別是發(fā)生斗變時，流量數(shù)據(jù)誤差變大，經(jīng)過廠家多次調(diào)整后，才能繼續(xù)使用，但隨著時間推移，誤差又繼續(xù)擴大，不具備完全投入應用的條件。④由于軟件、設(shè)備自身和運營商等因素影響，存在設(shè)備不定期掉線的問題。⑤測量精度影響因素多，測量數(shù)據(jù)誤差大，暫不能作為水費計收的依據(jù)。⑥設(shè)備后期運維費用高，且不確定因素多，后續(xù)資金無法保障。⑦以泵站為基礎(chǔ)架設(shè)本地服務器，架設(shè)成本高，運行效率低，運維成本高。

5 測控一體化閘門應用建議

通過一年多的運行試驗，測控一體化閘門雖然在功能上實現(xiàn)了遠程自動控制和水量計量，但是在精確計量上還存在一定偏差，主要是因為設(shè)備技術(shù)水平低、抗干擾能力弱、環(huán)境影響因素大。測控一體化閘門顛覆了灌區(qū)群眾對水量計量的認知，在后期的投入運行中勢必會受到灌區(qū)群眾不認可和不信任。對此，本文提出以下建議。

一是采用測控分體式閘門。測控分體式閘門適合各種條件的斗口，較為符合固海揚水灌區(qū)實情。因測控分體式閘門測流原理基于無喉道量水堰測流原理，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，與量水堰計量完全一致，更容易被灌區(qū)群眾接受。

二是采用云平臺、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代化技術(shù)手段。在現(xiàn)代化灌區(qū)建設(shè)進程中，要依賴云計算、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，推進智慧水利建設(shè)。在2018 年量測水改造時，固海揚水灌區(qū)了采用本地服務器，受成本高、運維難、帶寬小等因素影響，閘控系統(tǒng)服務效率低、反應慢。在以后的改造中，要依托水利云平臺、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，推進固海現(xiàn)代化、信息化和智慧灌區(qū)的建設(shè)。

三是探索智慧灌溉新平臺。要通過量測水信息化改造服務于智慧灌溉系統(tǒng)，結(jié)合智能化泵站改造、梯級調(diào)度模型建立，打造全渠道控制系統(tǒng)，并以全渠道控制系統(tǒng)為主體，建立固海灌區(qū)智慧灌溉平臺，以達到減員增效的目的，為固海揚水管理處水管體制改革提供方向。

6 結(jié)語

測控一體化技術(shù)作為測量水領(lǐng)域的新技術(shù)，為測量水技術(shù)的推陳出新指明了方向，也是未來水利計量的必由之路。固海揚水灌區(qū)也向建設(shè)現(xiàn)代化灌區(qū)邁出了重要一步，但是受限于測控一體化技術(shù)水平，灌區(qū)在測控一體化閘門的管理上只限于操作，計量還不可靠，統(tǒng)計數(shù)據(jù)不能作為水費計收的依據(jù)。測控一體化閘門的測、控功能僅僅實現(xiàn)了低精度測量，還需要向更高標準、更深層次、更高穩(wěn)定性方面繼續(xù)提升。