刘思璋

（甘肃省景泰川电力提灌管理局，甘肃 景泰730400）

1 工程概况

景电灌区位于甘肃省中部省城兰州以北180km 处，东临黄河，北倚腾格里沙漠，自东向西横跨甘、蒙两省区，白银、武威、内蒙阿拉善盟三市（盟），景泰、古浪、民勤、左旗四县（旗）。工程分期建设：一期工程1969 年开工建设，1974 年竣工；二期工程1984 年7 月开工建设，1994 年基本建成，1999 年竣工验收；景电二期延伸向民勤调水工程，1995 年11 月开工建设，2000 年9月基本建成，2001 年3 月5 日开始向民勤输水，是利用已建成的景电二期工程的灌溉间隙和空闲容量向民勤调水，缓解该地区水资源日趋减少、土地沙化、生态环境恶化的应急工程。

1.1 工程主要特性

景电工程从黄河提水，总体规划设计提水流量28.6m3/s，加大流量33m3/s，装机容量25.97 万kW，兴建泵站43 座，最大提水高度602m，灌溉面积近百万亩。

一期灌区修建泵站13 座，安装机组103 台（套），总装机容量6.78 万kW。总干渠1 条，干渠2 条，总干及干渠长73.44km，总干及干渠建筑物141 座，支渠16 条，长135.27km，支渠建筑物459 座，量水堰401 座。

二期灌区已建成总干及干渠泵站18 级（座）, 支渠泵站12座，共安装机组203 台（套），建成总干渠及干渠3 条，总长113.24km，总干渠及干渠建筑物375 座，支渠43 条，总长337.95km，支渠渠道建筑物2112 座，量水堰782 座。

1.2 工程效益

景电工程的兴建，在腾格里沙漠南沿筑起了一道绿色屏障，有效地阻止了腾格里沙漠的南移，从根本上改变了当地农业生产基本条件。工程运行30 多年来，产生了显著的经济效益、社会效益、生态环境效益，被灌区人民称为“翻身工程、扶贫工程、致富工程”，成为甘肃省农业科技示范、发展“两高一优”农业、带领群众致富奔小康的示范基地。

2 闸门远程智能测控系统技术方案确定及研制

闸门远程智能测控系统主要由远程智能测控终端、闸门控制器、通信系统、太阳能供电系统、中心调度系统等四部分组成。

闸门控制器和远程智能测控终端是利用太阳能供电，通过中心计算机远程监控各支、斗口水量及闸门的运行情况，根据目标流量完成对闸门的闭环控制，同时将现场采集到的水量及闸门信息通过无线通讯网上传至监控中心，实现对闸门的远程测控。

2.1 技术参数确定

闸门远程自动测控系统的研制，最关键的两个参数是流量确定和动力选择。

闸孔流量的大小，取决于闸前水深和闸孔过流面积。以闸前的最低水深、支渠实际运行需要的最大流量值，根据闸孔出流公式

计算需要的闸孔宽度b 和闸孔高度e。式中，μ1=0.76（e/H)0.038。

对闸门进行受力分析，计算需要的启闭力矩，根据最大力矩，选择启动电动机功率。以景电二期工程总一支为例，通过力学传递和杠杆原理计算，以0.735KN 的力完成静水压力为4193KN 的闸门启闭操作。

2.2 新型结构闸门研制

传统平板闸门的卡阻和漏水问题是制约闸门远程智能测控系统的关键因素之一。克服传统平板闸门自身的问题，吸取拍门的密封性良好和弧形闸门省力的优点，研制了节能省力的新型拍弧式结构闸门，是该系统研制的重要亮点。

2.3 远程测控终端

景电采用的远程测控终端具有串口、开关量输入、定时等多种休眠模式和大容量本地存储的能力，通过人机界面和操作按键，便于现场管理人员操作。

远程测控终端采用低功耗大容量设计，具有强大的前端数据采集与处理能力，用于数据采集、处理、存储，并上传至信息中心。

图1 远程测控系统结构框图

该终端作为系统的独立工作站点，完成现场数据的采集与处理以及与监控中心的远程通信，具有易扩展性和易维护性的特点，而且自成体系，当远程通信中断时能独立运行，不影响对现场数据的采集功能。远程测控系统结构见图1。

2.4 闸门控制器

闸门控制器是灌区水量及闸门远程智能控制系统的执行机构。

AD-ZK－2009 闸门控制器为闸门的开/关提供了精确的开度控制，具有三重保护功能：即开度控制、机械上下限控制和力矩控制。AD-ZK－2009 闸门控制器采用直联式结构, 功能全面、性能可靠、体积小、重量轻、使用维护方便。

闸门远程控制流程见图2。

2.5 太阳能供电系统

景泰电力提灌工程，灌溉面积百余万亩，灌区地域广袤，支、斗口分散，有些闸口市电难以到达，且使用市电建设成本高、施工难度大。根据景电灌区具有丰富的光热资源，年日照时数约3000 小时，为确保全系统的正常运转，及降低灌区建设成本、运营费用，本系统的设备供电部分选用太阳能供电技术，由太阳能电池组件(阵列)、控制器、蓄电池组成。其中电池组件和蓄电池为电源系统，控制器为控制保护系统。

图2 闸门远程控制流程图

2.6 通信系统

由于被测控分水口地处偏僻、布局分散，结合当地无线公网覆盖情况，我们选择在相同气候环境条件下，对全灌区各计划测控点CDMA 和GSM 移动公网信号质量的测试对比，选择CDMA 通信方式。

图3 通信系统结构图

3 闸门远程智能测控系统实施的保障措施

3.1 加强施工管理

3.1.1 明确任务，落实责任。在各施工项目上，均派有项目负责人和技术人员，配合监理工程师监督检查质量、进度等施工情况，协商解决施工中出现的问题，严格按照合同进行施工。加强技术管理，开工前做好技术交底工作，严格按照规范要求，提出技术标准和要求。竣工时认真做好竣工技术资料的搜集、整编工作。抓好进度管理，设备购置、设备安装调试、软件开发，事先做好各项工作的进度计划，督促执行做好项目。

3.1.2 抓质量管理。由管理局质安处配合监理部进行对设备、设备安装等质量控制、监督与验收。对于设备，从对投标单位资质审查到设备的质量检查，对每一个环节严格把关。对于应用软件开发，提出详细的书面要求，注重软件调试过程，对每一项内容按要求逐一进行调试。设备供货单位和软件开发单位在项目结算时，对于设备必须附有质量合格证，调试报告等基本资料，由监理人员、项目负责人、开发商共同签字，证明系统开发结束。

3.2 施工保障条件

以项目负责人为组织者，项目成员为骨干，信息中心为实施部门，进行各项工作的衔与接协调，保证项目正常实施。

4 闸门远程智能测控系统效益分析

闸门远程智能测控系统具有系统可靠性好、安全性高、产品成熟、操作简单、管理方便、易于维护等特点。该系统的研制和投入使用不但可以实时测量水量信息、控制闸门运行，实现精确化、精细化的科学管理，而且能够提高设备运行效率和水的有效利用率，实现水资源的优化配置，达到节水、节能、降低供水成本，合理用水，取得了以下经济效益：

4.1 水量及闸门远程测控的实现，有利于加强干渠水量管理，提高干渠水利用率，减轻水量管理人员劳动强度。

4.2 支渠闸门启闭操作、流量调节、水量统计的自动化，减轻水量管理人员的劳动强度，可减少支口管理人数。

4.3 远程测控终端现场智能闭环控制，使支渠流量始终保持目标值，提高分水响应能力，避免了因干渠水位变化导致支渠流量的增减变化，保证支渠流量稳定，有利于提高支渠利用率。

4.4 太阳能供电方式，节约架设供电线路费用和电费开支；使用固态胶体免维护电池，使用寿命长、耐高温、抗低温、维护成本低。

4.5 廉价租用CDMA 无线宽带移动通信公网，保持永远在线，节约组建专网的费用，节约了维护成本。

4.6 流量的实时性，实现公开透明的干渠水量管理，提高干渠利用率1%，每年节约水资源达到416 万m3，节约电能800 万Kwh。

5 结论

灌区闸门远程智能测控系统的研制开发实现了支渠闸门远程闭环自动控制、流量自动调节、水量远程传输及统计，通过对流量的实时准确监控，为水量管理和优化调度提供了技术手段，也为灌区用水的合理调度和科学决策提供了充分、准确、及时的数据，缩短了调度决策周期，降低了管理成本，减轻了劳动强度，改善了灌区用水环境，提高了水量管理的工作效率，提升了灌区管理水平，对灌区水资源的优化配置和综合效益的发挥起到了极为重要的作用。