水利信息化 CHINA WATER RESOURCES 2017.14 疏勒河灌区闸门 精准远程自动化控制技术研究 马乐平，刘磊，陈兴国1 （1.甘肃省疏勒河流域水资源管理局，735211，玉门：2.南瑞集团公司国网电力科学研究院，211000，南京） 关键词：疏勒河灌区：渠道流量：闭环控制：自动化 中图分类号：S27TP393 文献标识码：B 文章编号：10001123{2017)14005802 甘肃省疏勒河灌区现有斗口以实现灌区水资源优化配置，提高灌区 统理论方面有丰硕的成果，而且在应 上各类闸门2000余座，承担着灌区 用水效率和效益，需选择合理的控制用方面也取得了很大的成功.
134.42万亩（1亩=1/15hm²，下同）农方法对这些设施加以控制，如加强人 在理论方面，国外目前采用非恒 业灌溉的水量调节、计量任务，主要 工控制或建立自动化控制手段等，通定 定流的二维和三维计算模型求解 以平板闸门人工螺杆启闭和断面人 过整个灌区的资源优化等一系列准 Saint-Venant长波方程模拟渠道中的 工观测水位并利用率定的水位流量 则对各个控制设施实现远程控制或 流态变化，尤其是自动闸门的过渡过 关系曲线查算输水流量进而计算水 自动化控制，最线实现整个灌区的自 程及调节过程中闸门与渠道水体相 量，由于点多面广、布局分散且大多 动化.
由此可见，灌区实现自动化控 互作用的模拟.
其中主要模拟闸门上 无输电线路通达，水管人员只能依靠 制的先决条件就是对灌区基本设施 游自动控制、闸门下游自动控制和综 人工操作和现场观测.
随着灌区信息 的控制，这些设施主要是灌区渠道中 合控制，为闸门开度与流量的控制提 化建设的深入，为减轻水管人员的劳 的分水闸、节制闸、管道等.
供可靠的基础信息.
动强度达到无人值守，解决此类闸门 目前灌区闸门作为水利工程建 在整体控制方面，澳大利亚一公 远程自动控制和过闸流量精准计量 设中一个基本的水利设施，在农田灌 司提出了全渠道控制系统理论，通过 成为现实问题.
溉、水位控制、供水等诸多工程应用 渠道上下游闸门联动控制、测控一 一、灌区闸门实施精准远 中发挥着重要作用.
而当前绝大多数 体，对传统闸门进行了彻底改造，据 程控制的重要性 灌区的分水控制、测流计量等基本上 脱了以往粗放式人工管理模式，但这 是依靠配水员手动操作和目测经验， 一方法适于水流流速较缓且具有一 疏勒河灌区位于河西走廊西端， 管理水平低，效率低，与灌区信息化 定调蓄水功能的渠道，同时投资成本 是甘肃省百万亩以上大型自流灌区 建设要求具有很大差距.
较高.
之一.
由于地处我国西北干旱地区， 农业灌溉要达到“计量到户、按 国内大部分灌区在闸门控制方 疏勒河灌区水资源一直较为缺乏，用 方收费“的目标，除需要精确的量水 面只是将原来手动闸门改造成远程 水矛盾突出，2014年灌区被水利部确 设备外，还要保证输水控制的精准， 自动化控制闸门，过闸流量主要根据 定为全国水权制度建设试点单位，各 将两者结合起来共同达到精准输水， 测定的闸前、闸后水位和闸门开度再 级渠道闸门控制和水量精准计量是 是实现精准农业的关键.
依据水力学公式进行计算，由于闸门 水权分配和灌区信息化建设的基础.
二、国内外渠道闸门自动 运行工况不同，特别是闸前水流素乱 调配水是灌区管理工作的主要 控制研究现状 造成水位波动较大，直接影响到水位 内容之一，输水计量的精确性和控制 传感器读数精度，进而影响到过闹流 的精准性直接关系灌区水资源“三条 国外对渠道自动控制闸门的研 量，除非改善原有闸前建筑物进水条 红线“的控制目标.
对于灌区而言，为 究起步较早，不仅在远程测控闸门系 件或增加传感器数量， 收稿日期:20170226 作者简介：马乐平，处长，教授级高圾工程师.
水58 ?1994-2017 China Academic Jourmal Electronic Publishing Housc. All rights rcserved. .cnki.net
水利信息化 2017.14中国水利 三、疏勒河灌区闸门远程 控制研究情况 结合疏勒河灌区斗口输水的特 水路 液位计 点，利用先进的控制技术及水位采集 整流部 滚向 技术，通过基于闸后断面流量闸 收缩段 浮子 门控制逼近目标流量的闭环式自动 静水井 化控制技术研究，即抛开利用间孔测 扩散段 流方式，利用间后50m内渠道标准 巴歌尔槽加磁致伸缩水位计进行流 量（水量）在线监测.
所得实时流量 （水量）数据通过数据线至闸门 导水管 喉道 控制上位机，与闸位控制器所接收到 的由调度人员发送的目标流量（水 图1巴歇尔槽加磁致神缩水位计概化图 量）比较后，确定闸门提升或下降，形 成实测流量与闸门开度闭环控制自 现地手动 手扭轮 动调节最线通近目标流量（在5%允 许误差范围即可），这一方法已成功 现地电动- 操作技钮 应用于疏勒河灌区的斗口间门的精 中心站软件 准控制.
图1为巴歌尔槽加磁致伸缩 通信装置 PC 电机 螺杆升降机 于机 APP 开度编码器 水位计概化图.
1.闸门精准闭环控制系统结构 疏勒河斗口的渠道设计流量基 显示屏 深道闸门 本在0.3~1.0m/s，闸门为螺杆铸铁闸 门，针对疏勒河灌区闸门实际需求， 图2闸门控制系统框架 在不改变现有闸门运行工况下，闸门 的控制系统总体结构由驱动系统、升 流量 初始闸门开度一 降系统、测控系统、太阳能供电系统、 流量关系由线 通信系统、显示屏及一体化箱体组 开度 机始控制 成.
闸门的开启和关闭支持本地、远 巴敏尔槽-水位计 调整开度 自动化闸门 日标流量 程电动控制和本地机械手摇控制等3 种控制方式.
图2为闸门控制系统总 水位滤量关系曲线 体框架.
精准闭环控制 >5% 2.闸门精准闭环控制设计 实际快量 闸门的远程控制实现了闸门自 时比分析 以5 停止/达到 精准控制目标 动化，为了达到过闸流量的精准测 控，本次研究利用间后的流量逐 渐通近闸门控制的目标流量，根据量 图3阐门精准闭环控制流程示意图 水堰槽的比选，本次间后流量采用巴 歌尔槽加碰致伸缩水位计进行流量 过间后巴歌尔槽水位计计量的流量 定的，通过初设的关系进行闸门的开 监测，流量数据通过数据线接入闸门 与闸门的开度，率定出闸门的开度与 启，再通过下游流量的逐步调整 一体化控制装置.
流量的初始关系曲线，达到闸门初步 间门的开度，使闸后流量与目标流量 闸门精准闭环控制流程见图3.
目标流量的控制开度.
②闸门精准闭 的偏差在5%内，最终达到控制流量逼 ①流量与闸门开度关系曲线.
为了更 环控制.
由于每次渠道来水的不确定 近目标流量的目的.
快速地达到精准控制的目标，首先通 性，闸门的开度与流量关系也是不确 （下转第42页） 59水 ?1994-2017 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. .cnki.net
工程建设与管理 CHINA WATER RESOURCES 2017.14 涝池2861处，蓄水灌溉型涝港2320 边走廊、亭阁、亲水平台等，种植景 农田基建措施，会明显减少涝池集 处，水系联通型涝池1018处，生态湿 观林带、花草，为新型城镇化建设添 雨量，修建涝池需要认真测算.
八是 地型涝池401处，新增蓄水容积彩，使涝池这一农村原本就有的自 建议先在大型灌区里搞试点，把灌 2120万m².
2016年7月省水利厅召 然生态、文化生态和城里人奢望的 区渠道补给作为涝池主要水源，采 开了全省农村涝池水生态整治工作湖波、湿地成为新农村一道美丽风 取水费减免政策措施鼓励群众以 现场会，组织编制了（陕西省涝池建 景线，五是要增加管理设施，加强管 涝池为可靠水源发展渗灌、滴灌等 设技术导则（试行）》，宝鸡、渭南等市 理.
要设置水位自动测报、灌溉渠系 高效节水农业.
九是尽可能采取种 县区积极响应涝池恢复完善工作.
补水与农业用水计量装置等.
各村 植莲藕或水面覆膜及水体增氧等措 “小涝池”关乎农村“大生态”，陕 委会指定专人进行管理，要建立村 施，减少水面蒸发损失.
西农村涝池水生态整治已成为新时 规民约，严格遵守相应的水禁忌，保 参考文献： 期陕西水利工作的亮点之一.
但是恢 证涝池长效运行，造福子孙后代.
六 [1]于春山，等.新农村建设背景下的农 复农村涝池也应注意以下问题： 是要继承创新涝池修建技术.
老一 村水生态环境问题的思考门水利发 一是水利部门要认真进行规划 辈人建涝池既要解决池子渗漏存不 展研究，2011（11）. 设计，考虑排涝、灌溉、水生态、美化 上水的问题，又要避免池水严密防 [2]杨振华.浙江常山：整治农村池塘 环境等需求，合理确定各村镇涝池 渗而隔绝了地气使池水成为死水， 重建乡村水生态[N]浙江日报，2014- 位置、数量、大小.
二是要提高技术 用红黏土、黄胶泥做防渗，是祖祖辈 0520. 措施，解决好雨水、污水分流和污水 辈先人的智慧结晶.
现代人如何解 [3]冯晓多.唐长安城北部主要池限及 分散处理问题.
要防止农药、化肥、 决这个问题值得思考.
七是要切实 其作用山西安文理学院学报社会科 车辆机械油污以及生活废水污染， 科学理性地对待涝池恢复完善问 学版 2006(9). 超过涝池自净能力.
三是要采取设 题，防止出现“无水可蓄”“一潭臭 [4]翼名峰，等.大水漫灌是农业用水的 置护栏、台阶和投放必要救生圈等 水““仅为景观“的情况，有些地方因 “漏斗“]中国国情国力，1998（4）. 措施，保障人员安全.
四是要修建池 为修建了不少水窖以及水土保持、 责任编辑李建章 （上接第59页） 进为太阳能支持直流变频电机驱动， 参考文献： 3.闸门精准闭环控制方式 集能源支持、监测、控制、通信为一 [1]卢竹生，等.灌区水位管理系统开 采用基于B/S（Browser/Server）体，具有自动监测水情、自动记录数发与应用[月.中国水利，2012（22） 结构即浏览器和服务器结构，利用据、自动汇算记录及根据水情稳定流 [2]王洪彦，信息化灌区管理中信息数 全组态式设计、面向服务（SOA）、分量的作用.
流量的测量根据闸后巴歌 据的整合研究[月中国水利，2015（15）. 层分布式组件模型技术，建立灌区 尔槽与专门设置的水位传感器来实 [3]王晓杰.明渠自动量水系统的研究 一体化平台服务总线，为灌区系统 现，避免了水位波动和视觉引起的误 与应用[D]太原理工大学，2015. 提供标准化、规范化、一体化的服务 差：闸门开度依靠闸门上的传感器参 [4]姚林碧.渠道自动控制技术与发展 平台，实现测、控一体化，灌区管理 考点来监测，避免了手工测量的误 趋势[门.排灌机械，2002(20). 人员在此平台即可实现远程操控闸 差，并通过闭环控制技术使过闸流量 [S]原超基于GPRS灌区输配水渠道流量 门精准灌溉.
同时开发了疏勒河渠 的控制更为精准，双塔灌区从2015 自动监测系输的设计太原理工大学，2014 系闸门控制手机APP，灌区管理人 年开始实现了24套闸门的自动化控 [6]任庆海.农业灌区渠首计量设施调 员通过手机随时随地对闸门进行远 制，覆盖灌溉面积6.8万亩，做到了及 研与分析[门.水利信息化 2015（4） 程监控.
时准确调节渠系流量：有效快速执行 [7]高洪春.以水利灌区技术创新提高 四结语 配水任务，克服人工操作带来的不准 水利灌区管理能力黑龙江科技信 确因素：同时大大降低了工作人员的 息 2016(17)- 通过基于闸后流量的精准闭环 劳动强度，利用准确的量水设备与先 [8]樊铭京.明渠恒定非均匀流渠道流 自动化控制技术，将传统闸门控制水进的控制系统将闸门和流量监控结 量实时监测方法研究与探讨[J]山东 流单一的功能改进为测控一体化多合在一起，进一步提升了灌区现代化 农业大学学报，2010（41） 功能，闸门动力由人力或电力驱动改管理水平.
责任编辑张金慧 水42 ?1994-2017 China Acadcmic Jourmal Electronic Publishing Housc. All rights reserved. .cnki.net
