一种基于TCC（全渠道控制系统）的高效灌溉耦合技术装置的制作方法

本发明技术属于水利水电工程施工中技术、电子、通信和自动控制技术领域。

二、技术背景

2012年，甘肃省疏勒河流域水资源管理局通过省水利厅、清华大学的大力支持，引进澳大利亚墨尔本大学和潞碧垦公司研发生产的一体自动化测控闸门9套、全渠道控制系统软件1套。2014年年初，由于此系统的良好运行，清华大学确定昌马南干渠灌区为国家“十二五”科技支撑“水联网多水源实时调度与过程控制技术”科研项目中的技术推广应用示范区。之后省疏勒河管理局借助“敦煌水资源合理利用与生态保护综合规划”项目，再次引进了该闸门51套，目前南干渠控制的60套闸门全部采用TCC（全渠道控制系统）模式，覆盖了南干渠5.8万亩耕地。

存在的问题是全渠道控制系统（TCC）能够实现骨干渠系的联调联动，在渠道测量控制上为灌区水资源管理提供了强大的技术保障，但斗渠以下的渠道控制策略没有延伸到田间，TCC的功能也没有得到最大化的发挥。且与当地建立的500亩集河水与井水的渠灌、滴灌、管灌和井水的温室大棚微灌等四种不同自动灌水方式为一体的田间自动化灌溉系统无法耦合。

技术实现要素：

一种基于TCC（全渠道控制系统）的高效灌溉耦合技术装置由一体自动化测控闸门（13）、沉淀池（17）、清水池（22）、泵房（24）、田间灌溉渠系（25）和改变后的下游水位传感器（20）组成。因为一体自动化测控闸门（13）、原下游水位传感器（11）仅测量下游渠道的水位，无法控制自动化灌溉系统的水源，本技术方案主要是改变全渠道控制系统（TCC）中一体自动化测控闸门（13）的结构将一体化测控闸门下游水位传感器（11）分离出来，通过数据线（19）移植到示范核心区首部清水池（22）内，使闸门能够自动控制水池水位，从而达到控制田间自动化高效节水灌溉系统的目的，实现全渠道控制系统（TCC）和田间自动化灌溉技术的完美耦合，构成了甘肃疏勒河流域高效灌溉集成技术，因此将本技术定义为基于TCC（全渠道控制系统）的高效灌溉耦合技术。

一种基于TCC（全渠道控制系统）的高效灌溉耦合技术装置由一体自动化测控闸门（13）、沉淀池（17）、清水池（22）、泵房（24）、田间灌溉渠系（25）和改变后的下游水位传感器（20）组成，其特征是：将全渠道控制系统（TCC）中一体自动化测控闸门（13）的结构中的一体化测控闸门下游水位传感器（11）分离出来，通过数据线（19）移植到示范核心区首部清水池（22）内，使闸门能够自动控制水池水位，从而达到控制田间自动化高效节水灌溉系统的目的，实现全渠道控制系统（TCC）和田间自动化灌溉技术的完美耦合。

所述的一种基于TCC（全渠道控制系统）的高效灌溉耦合技术装置，其特征是：以一体自动化测控闸门（13）传感器上面的横杆为10m基准高程，经测量得水池顶相对高程8.264m，池底相对高程4.614m，水池衔接的农渠设计流量0.4m³，渠底高程7.364m。

所述的一种基于TCC（全渠道控制系统）的高效灌溉耦合技术装置，其特征是：在改变了一体自动化测控闸门下游传感器（20）的位置的前提下，根据高效节水灌溉不同工况下的运行条件，需要确定6种运行工况下相应的水池水位，即闸门下游水位相对高程，输入到一体自动化测控闸门下游水位数值栏，达到闸门控制和稳定下游水位的目的，使两种系统达到完美的耦合。

所述的一种基于TCC（全渠道控制系统）的高效灌溉耦合技术装置，其特征是：高效节水灌溉运行工况和闸门下游水位设计如下：

A、防止抽水泵空转的最低下游水位：根据水泵高度30cm，确定最低下游水位为4.914m；

B、仅管、微灌两种灌溉模式工作，渠灌不工作，水池衔接的渠道不输水：为防止水从水池溢流到渠道中，渠道渠底高程下降10cm（安全超高）作为该工况的下游水位相对高程，确定为7.264m；

C、管、微灌两种灌溉模式工作同时渠灌工作，渠道输水流量0.1m³：根据渠道0.1m³的渠道水深为0.15cm，确定该工况的下游水位相对高程为7.514m；

D、管、微灌两种灌溉模式工作同时渠灌工作，渠道输水流量0.2m³：根据渠道0.2m³的渠道水深为0.28cm，确定该工况的下游水位相对高程为7.644m；

E、管、微灌两种灌溉模式工作同时渠灌工作，渠道输水流量0.3m³：根据渠道0.3m³的渠道水深为0.38cm，确定该工况的下游水位相对高程为7.744m；

F、管、微灌两种灌溉模式工作同时渠灌工作，渠道输水流量0.4m³：根据渠道0.4m³的渠道水深为0.45cm，确定该工况的下游水位相对高程为7.814m；

所述的一种基于TCC（全渠道控制系统）的高效灌溉耦合技术装置，其特征是：本装置系统的工作过程是，根据田间灌溉系统的需求，确定运行工况，选择工况1至工况6的其中之一，一体自动化测控闸门（13）根据运行工况，通过移植后的下游水位传感器（20）保持水池水位在相应工况高程区间内，水流通过引渠（14）经拦污栅（16）进入沉淀池（17）内，经充分沉淀，由沉淀池的溢流孔（28）进入清水池（22），然后通过水泵和渠道输送至田间灌溉渠系（25）。

附图说明

图1一体自动化测控闸门实物图和结构分解图

图2 传感器位置示意图

图3 传感器位置改进示意图

图4 水池剖面图和高程关系图

附图部件说明：1.太阳能板 2.开度传感器 3.门框 4.止水材料 5.控制器 6.电动机及驱动装置 7.水位传感器 8.水流方向 9.闸门板 10.上游传感器 11.原下游水位传感器位置 12.TCC控制渠系 13.一体自动化测控闸门 14.引渠 15.沉淀池检修孔 16.拦污栅 17.沉淀池 18.清淤道路 19.数据传感线 20.移植后的下游水位传感器位置 21.清水池检修孔 22.清水池 23.抽水孔 24.泵房 25.田间渠系 26.池壁 27.池底 28.溢流孔 29.中心承重柱。

具体实施方式

本基于TCC（全渠道控制系统）的高效灌溉耦合技术整体方案由一体自动化测控闸门、沉淀池、蓄水池、泵房、田间灌溉渠系和改变后的下游水位传感器组成。通过改变水位传感器位置，可以通过以下计算达到精准控制的目的。

以一体自动化测控闸门关传感器上面的横杆为10m基准高程，经测量得水池顶相对高程8.264m，池底相对高程4.614m，水池衔接的农渠设计流量0.4m³，渠底高程7.364m。

一种基于TCC（全渠道控制系统）的高效灌溉耦合技术装置由一体自动化测控闸门（13）、沉淀池（17）、清水池（22）、泵房（24）、田间灌溉渠系（25）和改变后的下游水位传感器（20）组成，其特征是：将全渠道控制系统（TCC）中一体自动化测控闸门（13）的结构中的一体化测控闸门下游水位传感器（11）分离出来，通过数据线（19）移植到示范核心区首部清水池（22）内，使闸门能够自动控制水池水位，从而达到控制田间自动化高效节水灌溉系统的目的，实现全渠道控制系统（TCC）和田间自动化灌溉技术的完美耦合。

一种基于TCC（全渠道控制系统）的高效灌溉耦合技术装置，其特征是：以一体自动化测控闸门（13）传感器上面的横杆为10m基准高程，经测量得水池顶相对高程8.264m，池底相对高程4.614m，水池衔接的农渠设计流量0.4m³，渠底高程7.364m。

一种基于TCC（全渠道控制系统）的高效灌溉耦合技术装置，其特征是：在改变了一体自动化测控闸门下游传感器（20）的位置的前提下，根据高效节水灌溉不同工况下的运行条件，需要确定6种运行工况下相应的水池水位，即闸门下游水位相对高程，输入到一体自动化测控闸门下游水位数值栏，达到闸门控制和稳定下游水位的目的，使两种系统达到完美的耦合。

一种基于TCC（全渠道控制系统）的高效灌溉耦合技术装置，其特征是：高效节水灌溉运行工况和闸门下游水位设计如下：

A、防止抽水泵空转的最低下游水位：根据水泵高度30cm，确定最低下游水位为4.914m；

B、仅管、微灌两种灌溉模式工作，渠灌不工作，水池衔接的渠道不输水：为防止水从水池溢流到渠道中，渠道渠底高程下降10cm（安全超高）作为该工况的下游水位相对高程，确定为7.264m；

C、管、微灌两种灌溉模式工作同时渠灌工作，渠道输水流量0.1m³：根据渠道0.1m³的渠道水深为0.15cm，确定该工况的下游水位相对高程为7.514m；

D、管、微灌两种灌溉模式工作同时渠灌工作，渠道输水流量0.2m³：根据渠道0.2m³的渠道水深为0.28cm，确定该工况的下游水位相对高程为7.644m；

E、管、微灌两种灌溉模式工作同时渠灌工作，渠道输水流量0.3m³：根据渠道0.3m³的渠道水深为0.38cm，确定该工况的下游水位相对高程为7.744m；

F、管、微灌两种灌溉模式工作同时渠灌工作，渠道输水流量0.4m³：根据渠道0.4m³的渠道水深为0.45cm，确定该工况的下游水位相对高程为7.814m；

一种基于TCC（全渠道控制系统）的高效灌溉耦合技术装置，其特征是：本装置系统的工作过程是，根据田间灌溉系统的需求，确定运行工况，选择工况1至工况6的其中之一，一体自动化测控闸门（13）根据运行工况，通过移植后的下游水位传感器（20）保持水池水位在相应工况高程区间内，水流通过引渠（14）经拦污栅（16）进入沉淀池（17）内，经充分沉淀，由沉淀池的溢流孔（28）进入清水池（22），然后通过水泵和渠道输送至田间灌溉渠系（25）。

本工况和下游水位设计以甘肃水务节水科技发展有限责任公司建设的疏勒河流域节水示范核心区为例，以疏勒河流域高效灌溉集成技术为依托计算的，不同的地方还需要根据实际情况重新对高程进行测量和计算，但原理和上述计算一致。

改进后的方案能够实现从干渠渠首至田间地头的全自动化控制和全面信息化，以及闸前、闸后水位、流量和各孔闸门开度的自动控制和信息采集，为灌区提供数据的实时采集、监测与传输，改善了传统的管理方式，完成了向灌区管理高效化、精细化和集约化的转变。同时由于其精确的计量方式和全渠道控制的特性，提高了农业灌溉水的利用率，为提升灌区现代化和流域综合管理水平起到了很好的示范作用。