一體化閘門在潘莊灌區(qū)的運(yùn)行及應(yīng)用分析

李元波，夏好秋

（1.德州市潘莊灌區(qū)運(yùn)行維護(hù)中心，山東 德州251200；2.德州市水利局河道管理服務(wù)中心，山東 德州251200）

自1972—2019年底，潘莊閘已累計(jì)引水500億m3，承擔(dān)著保障德州市工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及居民生活用水的重要任務(wù)[1]。灌區(qū)自渠首潘莊閘至渠尾尚廟閘總干渠全長91.3 km，沿干渠有引水口門107處，在渠尾尚廟閘進(jìn)入馬頰河，通過馬頰河向各縣市區(qū)及周邊城市供水。近幾年分別實(shí)施了“引黃濟(jì)津”與“引黃濟(jì)滄”應(yīng)急調(diào)水任務(wù)，在保障德州供水的同時(shí)，有效地緩解了天津市及河北省滄州市缺水狀況。

1 基層水管單位存在問題及原因

1.1 基層管理所存在問題

1）基層工作枯燥且條件艱苦，工作人員補(bǔ)充不及時(shí)。水利行業(yè)基層管理單位一般位于偏僻的地區(qū)，很多管理所附近連村莊都沒有，只是孤零零的一個(gè)院落，而幾乎所有的基層管理所都需要24 h值守，很多年輕人都無法忍受工作的環(huán)境，而不愿意去基層工作，導(dǎo)致管理人員退休后不能及時(shí)的補(bǔ)充，基層人員老齡化現(xiàn)象日益突出。

2）基層水管人員日常工作繁瑣、工作效率低、工作積極性不高。目前灌區(qū)各引水口門多采用現(xiàn)場手電起落方式為主，啟閉口門往往需要開車10 km左右趕赴現(xiàn)場，并且需要通過扶梯登上幾米高的站房，才可以進(jìn)行啟閉操作。不僅往返需要時(shí)間較長，而且操作極不方便且不利于工作人員安全，造成調(diào)度滯后而且耗時(shí)耗力，且在緊急情況下不能及時(shí)有效地處理突發(fā)情況，存在較大的管理隱患。

3）引水口門管理不規(guī)范、引水情況掌握不及時(shí)。灌區(qū)屬于自流灌區(qū)，共有7座管理所，引水口門107處，灌溉季節(jié)口門起落頻繁，因管理人員有限，管理局只對其中較大的42處口門進(jìn)行直接管轄，其余口門由鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）水利部門代管，灌區(qū)管理人員每日巡查時(shí)對口門引水情況進(jìn)行記錄上報(bào)，這樣往往造成引水情況的記錄不及時(shí)、水量控制不精確，這不僅影響到灌區(qū)日常管理，而且各級水利行業(yè)主管部門也難以作到及時(shí)、準(zhǔn)確和全面掌握灌區(qū)引水及調(diào)水情況[2]。

4）引水口門流量測量不規(guī)范?？陂T流量測量以傳統(tǒng)的漂浮物流速、口門開啟尺度為依據(jù)，受現(xiàn)場環(huán)境及操作人員技術(shù)水平影響較大，分水口門流量測量準(zhǔn)確性較低，非常不利于流量總體控制，管理資料及數(shù)據(jù)記錄以手工記錄為主，不利于信息共享，不利于水利行業(yè)的統(tǒng)籌管理。

1.2 原因分析

造成目前管理現(xiàn)狀的原因主要是基層水管單位管理任務(wù)的繁瑣以及基層操作方法的落后共同造成的。

解決問題的關(guān)鍵是提高基層管理所的工作能力，提高基層管理所的工作能力的關(guān)鍵就是探索一種智能精確的閘門自動(dòng)化啟閉方式及流量測報(bào)方式，使閘門啟閉及流量測報(bào)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能操作并自動(dòng)上傳閘門狀態(tài)、數(shù)據(jù)，這樣將極大地減輕基層工作人員的負(fù)擔(dān)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率及工作質(zhì)量，這樣就可以使基層水管人員集中精力去干好巡查、養(yǎng)護(hù)工作，同時(shí)緩解基層的人員不足現(xiàn)狀。

2 一體化閘門實(shí)施情況

針對管理中存在的現(xiàn)實(shí)問題，管理人員到位山灌區(qū)進(jìn)行實(shí)地考察，結(jié)合本地實(shí)際情況，2018年以黃莊東引水口為本地試點(diǎn)，實(shí)施了一體化閘門試點(diǎn)工程，測試一體化閘門在本灌區(qū)的適用性，為下一步信息化建設(shè)工程做好充分準(zhǔn)備和先期實(shí)驗(yàn)。

2.1 一體化閘門構(gòu)成

1）閘門主體材質(zhì)。一體化閘門主要采用鋁合金及不銹鋼材質(zhì)，與傳統(tǒng)閘門不同的是，一體化閘門包含門框和門體，這樣能達(dá)到輕量化設(shè)計(jì)，并具有良好的密封性及防腐蝕性。

2）閘門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，瞬時(shí)啟動(dòng)扭矩可達(dá)300%，很好的解決了閘門前泥沙淤積問題，且伺服電機(jī)行程控制精度更高，誤差不超過±1 mm。

3）閘門動(dòng)力系統(tǒng)。閘門的動(dòng)力系統(tǒng)均有太陽能供電系統(tǒng)提供，隨著國內(nèi)太陽能技術(shù)的發(fā)展，太陽能供電系統(tǒng)已經(jīng)能提供可靠的電源，很好的解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)電力線路無法接入的問題。

4）閘門現(xiàn)場控制系統(tǒng)。現(xiàn)場控制系統(tǒng)核心部件為RTU（Remote Terminal Unit），即遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對閘門監(jiān)測到的水位、開度、流量等信息進(jìn)行存儲并上傳到監(jiān)控中心，并接受和執(zhí)行監(jiān)控中心的調(diào)度指令，對閘門進(jìn)行啟閉操作[3]。

5）閘門主要附屬設(shè)備。一體化閘門包含水位傳感器、開度傳感器、流量傳感器以及通信模塊等，主要負(fù)責(zé)監(jiān)測閘門的各種水情信息[4]。

2.2 一體化閘門使用效果分析

試運(yùn)行以來，一體化閘門無論在操作控制還是在可靠性以及數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)雀鞣矫娑既〉昧吮容^好的使用體驗(yàn)，得到了基層管理人員的高度評價(jià)，與傳統(tǒng)閘門相比更加適用于當(dāng)前水利管理。具體情況請參見表1。

2.3 存在缺點(diǎn)

1）超聲波流量測量水箱存在較多問題。因渠道水質(zhì)含沙量較大，容易造成淤積，以及較大的濁度不利于超聲波信號的發(fā)射及接受，導(dǎo)致流量測量水箱不適宜應(yīng)用于本灌區(qū)，鑒于此，流量測量主要使用水工建筑物測量法。

表1 一體化閘門與傳統(tǒng)閘門使用效果對照表

2）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，缺少專業(yè)規(guī)范。目前一體化閘門行業(yè)內(nèi)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，建設(shè)單位在選擇產(chǎn)品時(shí)往往依據(jù)考察情況及試驗(yàn)使用情況進(jìn)行參考選擇，非常受建設(shè)單位的專業(yè)人員工作能力制約，不利于管理單位把控整體建設(shè)質(zhì)量也不利于一體化閘門的推廣使用。

3）專業(yè)化更強(qiáng)，維護(hù)保養(yǎng)需要更加專業(yè)的人才。一體化閘門作為一項(xiàng)新技術(shù)，結(jié)合了機(jī)械工程及信息化系統(tǒng)集成的諸多技術(shù)，對于現(xiàn)場水利管理人員的要求更高，為今后的人員培訓(xùn)及人才引進(jìn)提出了更高的要求。

3 一體化閘門應(yīng)用前景

一體化閘門作為目前水利行業(yè)新型產(chǎn)品，以其簡便可靠的操作方式、內(nèi)置的各種安全保護(hù)措施、精準(zhǔn)的控制精度以及實(shí)時(shí)性和高效性特點(diǎn)，為傳統(tǒng)基層水利管理面臨的諸多問題帶來了良好的解決方案，使信息化技術(shù)在基層水利行業(yè)得到了很好的應(yīng)用。在各個(gè)已經(jīng)投入使用的地區(qū)，一體化閘門都體現(xiàn)了其在自動(dòng)控制方面的優(yōu)勢，很好的解放了基層水管人員，真正做到了基層管理人員減負(fù)，提高了基層水利管理的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。特別是像潘莊灌區(qū)這樣引水口門流量較小，但是口門特別多，且分布比較散的灌區(qū)尤為適用。通過一年多來的試運(yùn)行情況，體現(xiàn)了一體化閘門在基層水利管理中的優(yōu)勢，為了充分發(fā)揮一體化閘門的信息化優(yōu)勢，計(jì)劃建設(shè)統(tǒng)一的信息平臺，逐步安裝一體化閘門及對部分傳統(tǒng)閘門進(jìn)行自動(dòng)化改造，有序的實(shí)施信息化工程，逐步實(shí)現(xiàn)智慧灌區(qū)建設(shè)。

4 結(jié)語

強(qiáng)化用水需求和用水過程管理，嚴(yán)格實(shí)行用水總量控制、對可利用的水資源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，全面推進(jìn)節(jié)水型社會建設(shè)必將是下一步工作的重點(diǎn)。作為灌區(qū)，應(yīng)該充分認(rèn)識到當(dāng)前水資源短缺的緊迫形勢及國家對于水資源利用的高度重視，充分抓住當(dāng)前信息化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展機(jī)遇，利用技術(shù)革新解決基層水利管理單位中存在的諸多弊端，加快灌區(qū)信息化建設(shè)，加強(qiáng)大型灌區(qū)管理能力建設(shè)。而一體化閘門雖為新型設(shè)備，但其通過技術(shù)革新，使傳統(tǒng)閘門與信息化技術(shù)得到了很好的整合，為傳統(tǒng)的閘門控制提供了多種解決方案，必能在未來水利發(fā)展中展現(xiàn)極高的使用價(jià)值。