灌溉现代化技术与设备-(谢崇宝)

谢崇宝中国灌溉排水发展中心2014年06月北京顺义灌溉现代化技术与设备现代灌排技术及现代灌区建设高级研修班交流研讨主要内容灌溉及灌溉现代化输配水现代化-全渠道控制系统田间墒情监测田间气象站田间灌溉现代化改进地面灌溉管道输水灌溉滴灌系统喷灌系统自升降式喷滴灌系统一、灌溉及灌溉现代化灌溉定义：利用人工设施，将符合质量的水，输送到农田、草场、林地等处，补充土壤水分，改善植物生长发育条件。灌溉的主要对象是农作物，故又称作物灌溉或农田灌溉。灌溉过程：将水源之水通过渠系等输配水系统送到田间供作物利用的过程。水量损失：输水损失、利用损失、管理损失。水源管理损失供水流量不稳定；供水的灵活性差；控制调度水平低。输水损失调度产生的弃水损失；计量不准，过灌或亏灌；建筑物或渠系泄漏；渠系入渗；水面蒸发。利用损失供水时间不适宜；没有按作物需水供水。渠系田间一、灌溉及灌溉现代化灌溉现代化概念：灌溉现代化就是通过提高劳动力资源和水资源的利用效率，改善灌区供水服务的质量，是灌区技术革新、管理水平提高和体制改革的过程，是由“水管理”向“供水服务”的转变过程。灌溉现代化理念：（1）为用户提供优质的供水服务，包括供水服务的安全性、公平性、可靠性和灵活性；（2）灌溉现代化不是单纯意义上的硬件改变，但也不“固执己见”，拒绝改变；（3）在开始实施现代化改造前，先对灌区有突出问题的工程做必要的更新改造，有益于现代化的顺利实施。一、灌溉及灌溉现代化渠道衬砌建筑物更新改造自动化及计算机网络常见的灌区改造手段一、灌溉及灌溉现代化？•从田间作物需水开始逐级向上实现农业的“按需供水”；•下游控制充分体现供水的公平性、可靠性、灵活性和安全性；•渠系闸门自动全局调节，实现水资源的优化配置与调度。二、输配水现代化-全渠道控制系统主要功能主要组成管理系统、监测系统、控制系统、通讯系统、现场闸门二、输配水现代化-全渠道控制系统灌溉时将每段渠道视为一个“蓄水池”;当土壤湿度降低时，闸门自动开启供水，引起渠道水位下降，供水闸门自动调节补充水量，直到达到设定值为止;依次类推，使渠道上的每个闸门自动调节，实现整个渠系网络输配水的自动化、数字化、智能化和信息化。全渠道控制系统-理念创新输水---输水蓄水配水功能拓展：闸孔出流闸孔流公式gHebQ22XQ全渠道控制系统-理念创新闸孔出流：FlowWaterLevel水位Flow堰流公式gHmbHQ22XQ全渠道控制系统-理念创新堰顶溢流：FlowFlow全渠道控制系统-理念创新1)保持渠道流量稳定；2）保持渠道水位稳定；闸堰配置：顶面溢流堰，稳定水头测控一体化，双重功能太阳能驱动，节能环保特点全渠道控制系统-关键设备1、测控一体闸---Flumegate14全渠道控制系统-关键设备供电系统：太阳能驱动–拥有备用电池的完全独立的供电系统(12伏系统)独特的CableDrive™系统–无螺丝结构维护需求低测控系统：通过线缆与闸门连接•能提供本地控制(需要密码)和远程控制•能够查看流量等信息•可存储记录数据双向驱动高精度闸门控制(±0.1毫米)可以下列模式运行：•手动模式•遥控模式(网页/SCADA)•上游/下游水位模式•流量模式三边形或四边形的密封件通讯系统：天线塔和太阳能板支架采用抗飓风设计2、测控一体闸---Slipgate15全渠道控制系统-关键设备采用Sonaray®超声波时差法流量测量技术;大开口确保减少水头损失;一般安装在配水口上，可测可控;适用于斗口或田间供水点流量计量与控制。集成驱动系统多交叉路径感应(实验室条件下+/-1％流量精度)坚固的铝制门(FormiPanel™))防水密封3、测控一体化流量计---SlipMeter16全渠道控制系统-关键设备采用Sonaray测量技术，精度为±2.5%；低水头损失而且无需预埋组件；大直径(600mm)阀门且具备流量监测功能；太阳能驱动；适宜低压管道上安装的大口径集成控制阀门以及流量计；也可适宜于干渠独斗接圆形涵管的条件。通过集成的、潜式低能耗的马达驱动10-15米压力水头密封keypadandtelemetry4、测控一体化流量计---BladeMeter全渠道控制系统-关键设备17操作简单：打开或者关闭两种状态不具备计量功能通过远程控制来调度灌溉通过太阳能驱动适宜于无需精确及时计量的场合，闸门的开启可根据下游条件来确定适宜于斗农渠以及大田灌溉自动化5、一体化闸门-BayGate1996-2009年澳大利亚大部分地区经历了创纪录的持续干旱。全渠道控制系统-澳大利亚应用而与此同时，在维多利亚州最大的灌区—高本-墨累灌区损失水量却是墨尔本城市年度用水总量的近两倍。（英制的液量单位，1GL=118.29ml）高本-墨累水量损失水量墨尔本用水量全渠道控制系统-澳大利亚应用Source:NorthernVictoriaIrrigationRenewalProject手动调节计量不准输水与计量不准造成大量水量损失渗漏泄漏计量不准蒸发大量弃水供大于求,造成的泄水量损失全渠道控制系统-澳大利亚应用灌区存在的主要问题TCC®维多利亚州政府投资AU$20亿，每年节水4.25亿方全渠道控制系统-澳大利亚应用通过SCADA对闸门进行远程控制管理系统对闸门使用进行跟踪对渠道中的流量和水位进行实时监测高本-墨累灌区实现了灌溉系统的数字化与信息化，节水率达20%以上。全渠道控制系统-澳大利亚应用灌区现代化改造23全渠道控制系统-澳大利亚应用渠道应用全渠道控制系统-澳大利亚应用配水枢纽应用全渠道控制系统-澳大利亚应用闸堰结合应用全渠道控制系统-澳大利亚应用溢流与配水应用全渠道控制系统-澳大利亚应用小型输配水渠道应用全渠道控制系统-澳大利亚应用测控一体化流量计应用全渠道控制系统-澳大利亚应用一体化闸门应用2008年由世行推荐将全渠道控制系统的技术首次引入到中国；2009年灌排中心利用水利部“948”项目，在宁夏青铜峡灌区建立了第一个“全渠道控制系统”示范区；由于受资金限制，闸门没有全部覆盖整个示范区，全渠道控制系统的功能没有全部显现出来，但其精确的测量精度已得到共识；2011年农村水利工作会议现场观摩点，山西汾河灌区；随后在其他省区得到推广应用，如甘肃、宁夏、山西、新疆、内蒙、安徽等。全渠道控制系统-中国的推广应用青铜峡示范区---闸门吊装全渠道控制系统-引进与示范青铜峡示范区---闸门安装就位全渠道控制系统-引进与示范宁夏甘城子中型灌区测控一体化闸门的使用；山西回龙灌区测控一体化闸门的使用；均运行良好，但没有达到全区域覆盖，只在干渠得到应用;全渠道控制系统-中型灌区示范应用作为2011年全国农村水利工作会议现场观摩点之一，代表参观了山西汾河灌区的测控一体化闸门;汾河大型灌区开始规划应用；已建立了区域示范区。全渠道控制系统-大型灌区示范应用测控一体闸自动化程度高，设备先进、质量可靠、测量精度高、节水效果好，是打造现代灌区的途径之一；通过优化配置和调度，减少弃水，节水20%以上；节水新理念，先监测再衬砌，先建筑物再渠道，只在渗漏严重渠段进行衬砌，避免全线三面光渠道；在计量单元入口处安装一体化流量计或测控一体闸，精确测水，便于水量交接与考核；建立全渠道控制系统规模化示范区，实现整条干渠灌溉系统的智能化配水和优化调度，为灌区现代化改造探索一条新途径。全渠道控制系统-应用体会成本问题？国内闸门信息化改造包括：水位传感器、闸门开度传感器、钢闸门及启闭机、DTU（数传模块）、闸门控制器和交流电源等；测控一体化闸门具有国内平板闸门信息化改造后的所有功能，利用太阳能驱动，为偏远地区的使用提供了方便；孰高孰低？全渠道控制系统-问题思考测控一体化闸门上游水位监测下游水位监测闸门开度监测无限数据传输闸门电动机闸门控制器太阳能供电系统闸门门体闸门本身包括信息化与自动化一体化、一次性、无新增投资传统闸门闸门门体信息化+自动化附加上游水位监测附加下游水位监测附加闸门开度监测附加无限数据传输附加闸门电动机附加闸门控制器附加供电系统供电分离、通讯分离监测分离、测控分离、新增投资全渠道控制系统-问题思考功能比较！价格比较！六处干渠节制配水闸不同方案的投资类别投资（万元）备注建筑物改造350闸管房65.2需要闸控房金属结构75.30信息化工程176国内闸门信息化改造合计666.5建筑物改造350无需专门的闸控房闸门投资288考虑干渠六处共计15扇闸门测控一体化闸门通讯投资分摊30合计668全渠道控制系统-问题思考•灌区节水改造后再加上信息化工程，六处干渠节制配水闸共需投资666.5万元；全渠道控制系统六处干渠节制配水闸共需投资668万元，二者资金差距甚微，基本上可以得出结论，单就节制闸改造而言，两个方案投资相差无几。现阶段测控一体化闸门在澳大利亚生产定做，并需要4-6周的时间整体运到中国；运量小；运费大；部分材料在中国采购到澳大利亚，再次返销中国，关税等加重；建立组装厂，大部分部件从澳大利亚采购；建立生产厂，核心部件从澳大利亚采购，其他就地生产；国内生产，价格将会下降，与传统的信息化后的闸门有较大的优势。全渠道控制系统-问题思考如何破解价格难题？田间墒情监测湿度采集站原理框图及安装示意图蓄电池箱太阳能充电控制器+--++-+-太阳能板蓄电池数据采集器土壤水分传感器通讯设备1~4个组成土壤墒情信息测报系统的设备包括：传感器、遥测终端机通讯设备、计算机、外设电源以及避雷装置和用于系统安装、调试、维修的多功能测试仪等。墒情监测代表性地块的选择应考虑其地貌、土壤、气象和水文地质条件及种植作物的代表性，平原区地表地块应设在平整且不易积水的地块，同排水沟或供水渠道保持20m以上的距离。田间智能化灌溉系统由分布在田间不同区域的土壤湿度传感器与负责通讯和控制的灌溉控制器组成。田间气象站在灌区内设立田间气象站，气象要素纳入灌区决策管理系统中，为田间作物需水的智能化灌溉提供支撑;田间气象站用来观测田间局部小气候的变化，一般采用五要素（温度、湿度、风速、风向、降雨）;也可采用七要素（温度、湿度、风速、风向、降雨、蒸发、日照）;推荐选择数字传输的自动化气象站，它比模拟信号的自动化气象站更加准确，接口也更方便。田间灌溉现代化改进地面灌溉管道输水灌溉滴灌技术方案喷灌技术方案自升降式喷滴灌系统田间灌溉现代化-改进地面灌溉激光平地技术波涌灌溉技术田间灌溉现代化-管道输水灌溉塑料软管混凝土管道塑料管田间灌溉现代化-滴灌田间灌溉现代化-喷灌田间灌溉现代化-自升降式喷滴灌系统喷滴灌专用取水器及地埋式自动伸缩喷滴灌系统1、研发目的-滴（管）灌专用自动伸缩取水器三通和PE管件组装而成现有滴灌取水装置寻找不易，妨碍耕作1、研发目的-滴（管）灌专用自动伸缩取水器三通和配套管件组装而成现有管灌取水装置妨碍耕作1、研发目的-喷灌专用自动伸缩取水器喷头、竖管、立管、三通、支撑件组成现有喷灌取水装置劳动强度大，妨碍耕作1、研发目的-地埋式自动伸缩一体化喷灌设备应用于园林、高尔夫球场、足球场中的草坪现有地埋式喷灌设备不适合农业灌溉，妨碍耕作竖管、立管、支撑件、喷头、管件等组成现有管道式喷灌系统劳动强度大，妨碍耕作1、研发目的-地埋式自动伸缩一体化喷灌设备2、产品结构-滴灌专用自动伸缩取水器A01—套管；A02—伸缩管；A03—伸缩管底座密封圈；A04—套管螺帽；A05—伸缩管上座密封圈；A06—套管密封座；A07—伸缩管接头；A08—钻土器；A09—管接头；A10—三通密封圈；A11—弹簧座；A12—管接头螺帽；A13—阀芯；A14—三通底座螺帽；A15—三通滴灌专用自动伸缩取水器2、产品结构-喷灌专用自动伸缩取水器B01—套管；B02—伸缩管；B03—套管下螺帽；B04—套管上螺帽；B05—套管密封圈；B06—钻土器；B07—立管；B08—喷头喷灌专用自动伸缩取水器2、产品结构-地埋式自动伸缩一体化