电气自动化和信息化在灌区运行管理中的作用

宁继勇，徐 刚，李 超

（济南市水利工程服务中心，山东 济南 250099）

国家高度重视水利工程设施的建设，特别是大型灌区的续建配套与现代化节水改造工程。加大投入力度，加快实施以节水为中心的大型灌区续建配套与技术改造，有利于解决灌区病险、“卡脖子”及骨干渠段严重渗漏等突出问题，对大幅提升农业综合生产能力，提高灌溉水利用效率和效益，保障国家粮食安全，促进农业结构调整，增加农民收入，促进新农村建设和保障资源节约型社会建设具有重要的意义[1]。

1 灌区在运行管理中存在问题

目前，我国基本形成了世界上灌溉面积最大的农田灌溉保障体系，灌溉事业成效显著，但同现代化农业和新农村建设的要求相比，仍然存在许多问题。以济南市邢家渡引黄灌区和田山引黄灌区为例分析问题所在，并寻求解决对策。

邢家渡灌区位于济南市的东北部，黄河以北，灌区范围包括起步区、济阳、商河3 个区（县），有效灌溉面积6.2 万hm2，灌区管理范围内总干渠长度约40 km[2]。灌区设有1 座提水泵站，2 座渡槽、5 座节制闸、44 座分水闸、19 座生产桥，分别分布在主干渠周边，运行管理距离长，范围广，难度大。

田山灌区担负着济南市平阴县、泰安市肥城市境内2.11 万hm2农田灌溉任务，主体工程主要包括一级泵站、一级总干渠、沉沙池、二级泵站、二级总干渠、连通工程及高压输电线路等。一级总干渠长6.45 km，沉沙条渠长4 km、占地面积180 余公顷，二级总干渠长8.445 km，总计设有2 座泵站、8 座节制闸、3 座进水闸、1 座分水闸、1 座调水闸。灌区水利工程的分布不集中给灌区的安全运行管理带来了很多问题和挑战。

1.1 现代化装备不足

邢家渡灌区与田山灌区的管理均沿用了传统的装备和技术手段，缺乏有效的监测、控制、调度、信息采集装备与共享服务。以节制闸提降闸为例，通常是电话下达指令，闸门运行管理人员接受指令后赶到相应的节制闸（或分水闸），采取手动方式提降闸门，闸门开度基本采用目测闸门位置的方式控制，反馈结果也是电话通知、手动记录。不仅缺乏时效性，闸门开度也无法做到精确无误，流量更是不能准确控制，也增加了工作人员的不安全风险。

1.2 流量无法做到合理调度

灌区内闸门数量众多，缺乏自动化测流设备，各个闸门流量测算基本上是凭借经验进行估测，无法得到系统的流量数据，很难做到整个灌区流量的合理调度，导致有些闸门对应的农田需要用水较大但流量不足，有些闸门对应的农田灌溉用水较少但水量很大的用水问题时有发生。不仅与群众的灌溉用水需求产生矛盾，也在一定程度上导致了水资源的利用不均衡。

1.3 安全运行管理风险较大

一是灌区电气自动化和信息化建设不足。数据采集等操作都需要运行管理人员实地现场进行，而操作现场往往分布比较分散、范围比较广，对运行管理人员的数量和专业性上有一定的要求。许多现场操作都是临水作业、高压作业或高处作业，如果运管人员不具备相应的专业素质和操作经验，会增加安全风险。

二是电气设备缺乏相应的保护。节制闸丝杠没有行程开关保护，易发生顶坏丝杠的风险。泵站各类轴承的温度和电流电压数据无法采集，极易发生烧坏水泵电机的情况。

三是放水期间安全巡查压力大。视频监控设施不能覆盖全部渠道、闸门，无法做到集中、统一调度。在用水高峰期，供水矛盾加大，易导致村民偷水行为，巡查人员无法24 h 全方位巡查给供水带来诸多不利因素。

2 电气自动化和信息化的应用

随着国家对水利工程基础设施投入比重的加大，电气自动化和信息化技术在灌区建设、运行、管理中发挥了很大的作用。首先，有效提升了灌区运行效益。通过将电气自动化和信息化技术应用于灌区运行管理中，通常能实现闸门的远程启闭控制、自动化流量的测算、远程监控与调度等现代化作业，减少了人力物力的投入，创造了良好的综合效益。其次，有效提升了灌区自动化水平。通过电气自动化系统和信息化建设将各个分散的水利设施数据采集到统一的平台，不但能实现远程操作与控制，还可以对采集的数据开展信息化处理，并借助监控系统为灌区运行管理提供可靠的数据支持。

2.1 远程自动化操控系统

灌区自动化操控系统包含远程控制、水位监测、闸门开度监测、水量测算等功能。系统建立以远程PLC 控制模块为核心，以互联网为依托，在中心控制室设置上位机软件，对闸门、水泵设备进行开闭控制，对流量数据进行远程采集。管理人员在中心控制室就可完成控制，不必亲临恶劣的现场环境就可以对现场工作情况进行监视和操作，完成对参数的设置与调整。同时在电机传动齿轮上安装编码器，编码器信号反馈到PLC 中实现对闸门开度的监测与调整，预防发生误操作引起的机电设备损坏等情况。同时，中心操控室内信息化系统也完成了闸门运行数据的采集工作，通过系统的整理、分析、汇总以报表的形式呈现出来，使工作更为便捷化、快速化、准确化。

2.2 水量测量采集系统

邢家渡引黄灌区与田山灌区都是采用明渠供水，通过分散在渠道上的各个闸门来调节供水量。水量测量采集系统是通过在重要的渠道上方架设自动化测流设备对水量进行测量，水量测量采集系统由测流桥、测流小车、数据采集系统、计算机数据处理系统和信息传输系统组成，按照设定的程序在相应的时间段自行完成渠道流量的测量和数据的采集，计算机数据处理系统对采集的数据和相关信息进行加工处理，以报表的形式通过信息传输系统汇总到供水调度室。供水调度室根据各个测流点的流量情况来调整各个闸门的启闭及高度，以满足整个灌区流量的合理调度。

2.3 渠道闸门视频监控系统

灌区渠道比较长，闸门分布比较分散，用水高峰期供需矛盾比较严峻。为了保障供水计划顺利实施，防止水利设施被人为破坏，往往需要投入大量的人力和物力对渠道、闸门进行巡查。视频监控系统由摄像机、传输系统、控制主机、显示与记录系统组成，能将现场的情况和数据及时传输到值班室，值班人员不用频繁地往返于现场就能及时掌握实际情况，对突发情况做出及时有效的处理。视频监控系统能够存储一段时间的视频数据，方便查阅观看。闸门、渠道段的摄像头旁设置了扩音器，在特殊情况下也方便远程喊话，能够更加实时有效地管理渠道、闸门。

3 结 语

在灌区实行电气自动化和信息化建设，能保证电气设备的安全运行，达到调度运行的总体优化和水资源的优化配置的目的。下一步，要坚持把技术创新作为灌区发展的重要任务，以期能够有效提升水利灌区管理整体水平。