案例研究

Frenchman Cambridge 灌区

Frenchman Cambridge 增强流域可持续性

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国家: 美国
位置:内布拉斯加州剑桥市
客户: Frenchman Cambridge 灌区 (FCID)

Frenchman Cambridge 灌区 (FCID) 负责通过全长 251 公里的四个渠道系统,向超过 18,000 公顷(27万亩)的土地供水。
该灌区有 400 名用水户。通过采用自动渠道控制,该灌区能够精确匹配供需,并保留更多储水以提供更确定的水供应。

Frenchman Cambridge 灌区 (FCID) 已将其渠道网络升级为精确的按需供应系统,以更好地管理水资源的调蓄并改善流域的可持续性。通过实施潞碧垦的全渠道控制™ (TCC™),该灌区能够精确管理其水资源的调蓄。这种精确的管理带来了水资源的节约,进而提供了显著的农作物产量效益,并提高了流域的可持续性。
精确管理水资源的调蓄可以保留更多的水资源,以便在过长的干旱期提供更确定的水供应。服务水平的提高使农户能够更好地制定精确的灌溉管理决策,这样农作物就能在需要的时候,以所需的速度获得所需的水。这使得每百万升的灌溉用水可带来额外的农作物产量。

现状

在过去十年中,Republican河的水库蓄水量没有达到足够的水位,导致该灌区无法向农户提供稳定的灌溉用水。农户不得不采取措施进行调整,包括更换农作物、休耕、在缺水条件下种植作物以及在可行的地方额外打井。
随着对系统运行效率的日益关注,该灌区已着眼于消除渠道和农田溢流,同时提高对农户的服务水平。
FCID 从 20 世纪 80 年代早期就开始投资改善供水基础设施。该灌区通过将较小的横向渠道转换为 300mm 和 450mm 埋入式 PVC 管道来提高效率。渠系中多处还接入了 SCADA,以便更好地监测和控制特定地点的流量。但是,干渠的人工操作意味着要将供需匹配起来仍具有挑战性,农户需要 在24 小时内进行灌溉。这通常导致农作物的灌溉无法与土壤水分亏缺精确匹配。

为了最大限度地利用储存在水库中的水,FCID 投资实施了潞碧垦的全渠道控制 (TCC),以防由于人工操作不及时而不能在需要时调整渠系流量,所产生的渠道系统操作性溢流,进而造成水资源损失。

“消除过度溢流提高了我们的效率。
通过减少分水坝和灌渠末端的溢流,我们可以在水库中保留更多蓄水以供来年使用。”

Brad Edgerton

总经理, FCID

解决方案

该灌区了解到,通过在供水渠系的所有闸室结构处安装测控一体化闸门,可使这些渠系升级为一系列协调一致的分布式缓冲池,从而为农户提供精确的按需流量。
Cambridge灌渠安装了 FlumeGate™,以调配整个渠道的水量,并防止操作性溢流。这种自动流量控制闸门可持续测量和控制流量,并通过渠系管理软件进行协调,全天候精确匹配整个灌渠网络的供需。
分布式控制系统利用闸门精确的流量测量信息,持续更新整个灌渠中各闸门监测点的实时流量设定值,从而使所供应的流量与下游需求相匹配,并消除意外的操作性溢流。
在实施 TCC 之前,任何下游水量需求的下降都会导致以溢流形式产生的水资源浪费。现在,从水库订购的所有水资源都被收集在Cambridge灌渠内进行调配,而软件会自动提高渠道水位,以储存多余水量来供日后使用。
了解了灌渠内的可用水量,就可以向水库操作员提供精确的流量指令,并让人有信心知道,水库每天只释放了必要的水量来满足农户的用水需求。

FlumeGate regulating structure located in Cambridge Canal
FlumeGate icon, overshot integrated gate and flow meter

FlumeGate x 68

SlipMeter Undershot integrated control gate and flow measurement icon

SlipMeter x 1

NeuroFlo Icon

NeuroFlo™

渠系网络可视化Icon

渠系网络可视化

SCADAConnect Icon

SCADAConnect™

无线电网络 Icon

无线电网络

成果

该项目通过提供实时需求信息改善了该灌区水库的运行管理,该信息可用于精确设定水库大坝向下游供水的流量,以满足下游需求。渠道内储存的水量可作为缓冲量用于微调大坝的释放流量。该信息使操作员能够减少对水资源不必要的抽取和释放,这些水之前在不受管理的时间里流经系统,无法提供最大的管理效益。
潞碧垦的全渠道控制将渠道网络升级成了分布式存蓄水系统,可精确控制从蓄水库到各农户供水点的供水。供水可以满足农户的需求,减少了供过于求的状况,并储备了更多水资源,以供农作物在生长季节的后期使用。同时,供水点的水位在整个灌溉季节得到了严格管理,从而提高了对农户的服务水平。
测控一体化闸门确保 FCID 在需要时仅调配所需的水量。这减少了分水坝和渠道末端的溢流。消除过多溢流提高了该灌区的输水效率。FCID 现在可以在水库中保留更多水资源,以供来年使用。

操作性溢流得以消除

自TCC实施以来,意外的操作性溢流得以消除,如下面的 USBR 溢流渠数据所示。根据图表,2016-2019 年的四季平均损失分别为 0.27m3/s、0.18m3/s、0.16m3/s 和 0.25m3/s。
在 2020 年启用 TCC 后,Cambridge渠道溢流渠的同期平均损失已降至 0.009m3/s。该平均损失可以归因于 7 月底一次 19 毫米降雨所带来的径流。该径流安全流过了渠系,如下面的 2020 年图表所示。
节约的水资源现在可以输送给农户,或保留在水库中以供日后使用。TCC 系统增强了Republican河流域的水资源可持续性,该系统每年从Cambridge灌溉渠节约之前不受管理的操作性溢流,然后将这些水保留在地表蓄水库中,或用于其他供水目的,包括加强地下水补给、增大水流、防洪、维持农作物生产、保护野生动物栖息地以及帮助遵守州际间的用水协定。

 

2016-2020 年Cambridge灌溉渠溢流渠溢流值

Cambridge Canal Wasteway spill values 2016-2020

 

 

“所有灌区都应该考虑投资自动化和效率提升,尤其是地处水资源价值高的缺水流域的灌区。”

Brad Edgerton

总经理, FCID