疏勒河干流灌區(qū)水資源監(jiān)測(cè)和調(diào)度管理信息系統(tǒng)構(gòu)架方案

張重花

(疏勒河流域水資源管理局，甘肅?玉門?735211)

?

疏勒河干流灌區(qū)水資源監(jiān)測(cè)和調(diào)度管理信息系統(tǒng)構(gòu)架方案

張重花

(疏勒河流域水資源管理局，甘肅?玉門?735211)

基于疏勒河干流灌區(qū)節(jié)水及下泄水量約束性指標(biāo)按時(shí)實(shí)現(xiàn)，綜合研判流域地表水、地下水相互轉(zhuǎn)換規(guī)律，實(shí)時(shí)掌握流域水資源采補(bǔ)平衡狀況，建立灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展的水生態(tài)環(huán)境。疏勒河管理局委托有關(guān)單位完成了疏勒河干流灌區(qū)水利信息化系統(tǒng)升級(jí)、改造的規(guī)劃。依托現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)很好地構(gòu)筑了灌區(qū)水利信息化系統(tǒng)，合理布局水資源監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，充實(shí)和完善灌區(qū)水文、生態(tài)監(jiān)測(cè)體系，補(bǔ)充和完善重要水文控制站及測(cè)報(bào)設(shè)施設(shè)備，建立了水資源—生態(tài)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)(控)系統(tǒng)。圖2幅。

灌區(qū)；監(jiān)測(cè)與調(diào)度；信息系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1 項(xiàng)目背景

1.1 項(xiàng)目來(lái)源

為做好疏勒河下游敦煌的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，加強(qiáng)敦煌區(qū)域水資源統(tǒng)一管理和流域綜合治理， 2011年6月國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)了《敦煌水資源合理利用與生態(tài)保護(hù)綜合規(guī)劃》(簡(jiǎn)稱《敦煌規(guī)劃》)。該規(guī)劃將疏勒河干流灌區(qū)列為關(guān)聯(lián)區(qū)，重點(diǎn)研究疏勒河干流灌區(qū)節(jié)水及可下泄生態(tài)水量。在需水預(yù)測(cè)、水量配置分析的基礎(chǔ)上，形成了流域水資源配置方案。方案的一個(gè)約束性指標(biāo)是到2015年，雙塔水庫(kù)向敦煌盆地下泄生態(tài)總水量7 800萬(wàn)m3，西湖區(qū)生態(tài)植被得以恢復(fù)。

1.2 實(shí)現(xiàn)調(diào)水需求的主要措施

按照《敦煌規(guī)劃》，從田間、渠道和灌區(qū)3個(gè)層面落實(shí)推行系統(tǒng)農(nóng)業(yè)節(jié)水舉措：一是田間節(jié)水，以水權(quán)制度建設(shè)和規(guī)范水資源利用秩序?yàn)楹诵?，以加快建設(shè)節(jié)水型社會(huì)為主線，引導(dǎo)調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，因地制宜選擇適宜的田間節(jié)水灌溉模式，推廣節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)，降低灌溉定額，提高灌溉利用系數(shù)；二是渠道節(jié)水，通過(guò)干支渠襯砌等灌區(qū)節(jié)水改造工程措施和河道恢復(fù)與歸束工程措施，提高渠道和河道的輸水效率；三是灌區(qū)節(jié)水，通過(guò)科學(xué)的管理措施，開發(fā)實(shí)用、先進(jìn)、可靠、高效的水資源監(jiān)測(cè)及調(diào)度管理系統(tǒng)，在全面掌握流域灌區(qū)信息的前提下，在合適的時(shí)段，以合適的水量，向合適的需水對(duì)象供水，實(shí)現(xiàn)對(duì)疏勒河干流水資源的合理配置和科學(xué)調(diào)度，最大限度地減少輸水調(diào)度方案引起的水量損失。

2 概 述

2.1 灌區(qū)基本情況

疏勒河干流灌區(qū)在甘肅省玉門市和瓜州縣境內(nèi)，是以疏勒河地表徑流為主，地下水補(bǔ)充進(jìn)行灌溉的大型灌區(qū)，由昌馬、雙塔、花海三大灌區(qū)組成，總灌溉面積134萬(wàn)畝。疏勒河多年平均徑流量10.4億m3，干流灌區(qū)地下水總補(bǔ)給量6.80億m3，與地表水不重復(fù)的地下水資源量0.457億m3。支干渠以上渠道總長(zhǎng)640 km，建筑物1 093座?，F(xiàn)狀年農(nóng)業(yè)灌溉引用量8.3億m3。

2.2 灌區(qū)水利信息化現(xiàn)狀

疏勒河灌區(qū)水利信息化于2004年研發(fā)，2008年建成并投入運(yùn)行。項(xiàng)目開發(fā)完成了流域三大水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度、地下水三維仿真、洪水預(yù)報(bào)調(diào)度、灌區(qū)閘門監(jiān)控、灌區(qū)水量數(shù)據(jù)采集、辦公管理信息等綜合內(nèi)容的信息化管理系統(tǒng)。系統(tǒng)涵蓋了流域水資源供需平衡與優(yōu)化調(diào)度、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、防汛抗旱、遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)計(jì)量等管理內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了灌區(qū)水資源一體化集成管理，全面提升了流域水資源現(xiàn)代化管理水平，為全流域水資源的科學(xué)管理、統(tǒng)一調(diào)度及可持續(xù)發(fā)展搭建了高科技的調(diào)度指揮平臺(tái)。

2.3 存在的主要問(wèn)題

隨著灌區(qū)工業(yè)、生態(tài)等水量的不斷擴(kuò)大，以及灌區(qū)農(nóng)業(yè)需精細(xì)化管理的要求，特別是作為《敦煌規(guī)劃》的關(guān)聯(lián)區(qū)，要求下游雙塔水庫(kù)在2015年首先完成向敦煌盆地下泄生態(tài)總水量7 800萬(wàn)m3的約束性指標(biāo)任務(wù)，這對(duì)疏勒河整個(gè)灌區(qū)水利信息管理提出了更高的要求。但是，現(xiàn)有的疏勒河流域灌區(qū)信息化系統(tǒng)無(wú)論是在灌區(qū)水資源信息的采集種類、調(diào)控手段和監(jiān)測(cè)與監(jiān)控范圍、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)方面，還是在水資源的優(yōu)化調(diào)度模型、水資源配置管理和流域水資源經(jīng)濟(jì)社會(huì)生態(tài)效益評(píng)估方面，都存在較大的差距。

(1)在水資源計(jì)量與監(jiān)測(cè)方面，干流地表水監(jiān)測(cè)斷面和監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)數(shù)量有限，不能滿足實(shí)時(shí)監(jiān)控干流水資源平衡狀態(tài)的需要，也不能滿足現(xiàn)代水利灌區(qū)精準(zhǔn)管理的要求。

(2)灌區(qū)現(xiàn)有的地下水開采水量的計(jì)量尚未納入監(jiān)控范圍，不足以支持開展灌區(qū)用水量的準(zhǔn)確計(jì)量和對(duì)地下水開采的有效管理。

(3)灌區(qū)地下水位監(jiān)測(cè)井自動(dòng)化程度低，新技術(shù)、新產(chǎn)品、新方案更新?lián)Q代快，技術(shù)更新?lián)Q代導(dǎo)致備品備件缺乏，一些舊的技術(shù)方案效率低且維修成本太高，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行中故障無(wú)法及時(shí)排除；數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用管理平臺(tái)等系統(tǒng)軟件無(wú)法結(jié)合灌區(qū)業(yè)務(wù)實(shí)際進(jìn)行必要的更新完善，軟件維護(hù)、更新存在缺失。

(4)缺乏泉水、水質(zhì)、植被的綜合監(jiān)測(cè)手段和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)，不利于開展流域水資源的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益評(píng)估工作。

(5)灌區(qū)閘門控制外圍設(shè)備老化、破壞、變形嚴(yán)重，致使計(jì)量發(fā)生較大誤差，且都長(zhǎng)期處于當(dāng)?shù)貝毫拥臍夂颦h(huán)境下，由于經(jīng)費(fèi)緊張，不能及時(shí)進(jìn)行全面維修保養(yǎng)。

(6)限于當(dāng)時(shí)投資限制，通信線路采用的4芯光纜已不具備業(yè)務(wù)增容擴(kuò)展能力；加之受外來(lái)其他項(xiàng)目建設(shè)頻繁損壞，線路信號(hào)傳輸質(zhì)量嚴(yán)重下降，基層水管所局域網(wǎng)、管理處分中心、局信息中心經(jīng)多年運(yùn)行，設(shè)備老化，故障頻發(fā)，不能及時(shí)、實(shí)時(shí)、高效、便捷地提供服務(wù)。

3 新的信息系統(tǒng)需求規(guī)劃

3.1 水資源監(jiān)測(cè)與監(jiān)控

為保障各階段調(diào)水目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，需對(duì)水資源進(jìn)行監(jiān)測(cè)與監(jiān)控，本規(guī)劃擬進(jìn)行地表水監(jiān)測(cè)、流域地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、泉水監(jiān)測(cè)、地表植被監(jiān)測(cè)。

3.2 地表水資源優(yōu)化調(diào)度

規(guī)劃流域地表水資源優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)主要有：水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)(系統(tǒng)農(nóng)業(yè)節(jié)水調(diào)度)、水資源配置系統(tǒng)和地表地下水聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)。

3.3 灌區(qū)經(jīng)濟(jì)—社會(huì)—生態(tài)效益評(píng)價(jià)

通過(guò)建立灌區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益評(píng)價(jià)體系，為評(píng)價(jià)水資源管理及優(yōu)化配置的效果提供科學(xué)合理的手段，為合理管理利用水資源提供支持。

3.4 流域地表水—地下水轉(zhuǎn)化分析

研究地表水與地下水轉(zhuǎn)化動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，分析水系統(tǒng)影響生態(tài)環(huán)境的機(jī)理，分析和預(yù)測(cè)昌馬、雙塔和花海灌區(qū)環(huán)境動(dòng)態(tài)發(fā)展趨勢(shì)，提出若干地下水控制開采的方案和建議，對(duì)地下水預(yù)測(cè)系統(tǒng)研究成果的推廣應(yīng)用及其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)估，為疏勒河流域生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和地下水資源可持續(xù)利用開展基礎(chǔ)性工作。

3.5 信息傳輸系統(tǒng)更新改造

對(duì)玉門到昌馬、雙塔、赤金峽水庫(kù)方向的光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造，需改造的距離共計(jì)309.6 km；新建玉門至酒泉的通信鏈路，采用20 M公網(wǎng)租借，距離約為150 km。規(guī)劃新建昌馬灌區(qū)東北干渠水管所等7個(gè)站點(diǎn)的設(shè)備及敷設(shè)全長(zhǎng)約210 km的光纖線路。

4 系統(tǒng)架構(gòu)

(1)地表水監(jiān)測(cè)斷面。除昌馬水庫(kù)和雙塔水庫(kù)入、出庫(kù)斷面，昌馬渠首斷面，瓜州望桿子斷面和雙墩子斷面外新建14處。

(2)灌溉用地表水監(jiān)測(cè)點(diǎn)。斗口計(jì)量點(diǎn)以上引水口監(jiān)測(cè)點(diǎn)直屬農(nóng)渠引水口的流量，加設(shè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)共844處；其中灌區(qū)斗渠以上監(jiān)測(cè)點(diǎn)679處，干渠及支渠的直屬農(nóng)渠監(jiān)測(cè)點(diǎn)153處，疏勒河干流河道電站規(guī)劃監(jiān)測(cè)點(diǎn)12處。

(3)灌溉用地表水監(jiān)控點(diǎn)。灌區(qū)內(nèi)支渠、支干渠及其以上各級(jí)渠道的流量、水量均納入自動(dòng)監(jiān)控范圍，設(shè)置灌溉用地表水監(jiān)控點(diǎn)共計(jì)140處。將3座水庫(kù)出庫(kù)各閘門、昌馬總干渠首樞紐各閘門、總干渠18座電站引水閘門和昌馬西干三道溝輸水渠閘門納入視頻監(jiān)視范圍。

(4)地下水水位動(dòng)態(tài)自動(dòng)觀測(cè)井。 以灌區(qū)現(xiàn)有的長(zhǎng)觀井為基礎(chǔ)，對(duì)昌馬灌區(qū)、雙塔灌區(qū)地下水監(jiān)測(cè)井重新規(guī)劃布局，設(shè)置昌馬、雙塔、花海灌區(qū)共28眼自動(dòng)觀測(cè)井，采集自動(dòng)觀測(cè)井的地下水位，建立流域地下水位自動(dòng)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

(5)布設(shè)植被監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在流域內(nèi)選擇瓜州西湖、橋子等6個(gè)植被監(jiān)測(cè)區(qū)域，設(shè)置不少于18～36個(gè)特征植被變化監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行適時(shí)監(jiān)控，并將數(shù)據(jù)上傳到植被監(jiān)測(cè)模塊進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

(6)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)建立。布設(shè)地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)取樣點(diǎn)13個(gè)。

(7)泉水監(jiān)測(cè)。在布隆吉等有泉水溢出的點(diǎn)設(shè)置泉水自動(dòng)監(jiān)測(cè)斷面9處。

(8)管理與調(diào)度平臺(tái)設(shè)計(jì)。

(9)評(píng)價(jià)體系。建立灌區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益評(píng)價(jià)體系，研究地下水與地表水的交替轉(zhuǎn)換及地下水補(bǔ)給、開采的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，分析地下水動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，為地下水開采建立科學(xué)合理的統(tǒng)一管理機(jī)制提供理論依據(jù)。

(10)信息傳輸系統(tǒng)改造方案。改造調(diào)度信息中心到三大水庫(kù)方向的光纖310 km， 新增昌馬灌區(qū)東北干渠水管所等7個(gè)站點(diǎn)的設(shè)備及210 km光纖。

(11)數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，使其完全具備監(jiān)測(cè)3座水庫(kù)進(jìn)庫(kù)流量；監(jiān)控3座水庫(kù)出庫(kù)流量和各干渠閘門開度和運(yùn)行工況；調(diào)取分中心數(shù)據(jù)；灌區(qū)灌溉、水情統(tǒng)計(jì)報(bào)表；批復(fù)分中心的用水申請(qǐng)等功能。完善干流所屬的分中心、所、段、站設(shè)置，使其具備監(jiān)測(cè)、監(jiān)控、傳輸、統(tǒng)計(jì)及提交數(shù)據(jù)的功能。

(12)完善管理與公共服務(wù)系統(tǒng)。包括水資源事務(wù)管理系統(tǒng)、計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、門戶網(wǎng)站和網(wǎng)上辦公系統(tǒng)等，使其具備各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及報(bào)表的上傳下達(dá)，政策法規(guī)發(fā)布，辦公文書和個(gè)人文檔的網(wǎng)上處理，分級(jí)瀏覽、會(huì)簽全局的各類文件和報(bào)表等功能 (見(jiàn)圖1、圖2)。

圖1 系統(tǒng)總體框架結(jié)構(gòu)示意

圖2 系統(tǒng)功能及業(yè)務(wù)總體結(jié)構(gòu)示意

5 結(jié) 論

疏勒河干流灌區(qū)水資源監(jiān)測(cè)和調(diào)度管理信息系統(tǒng)從《敦煌規(guī)劃》的大局角度出發(fā)，遵循“科學(xué)規(guī)劃、分步實(shí)施、因地制宜、先進(jìn)適用、高效可靠”的原則合理布局監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，充實(shí)完善流域水文、生態(tài)監(jiān)測(cè)體系，補(bǔ)充和完善重要水文控制站及測(cè)報(bào)設(shè)施設(shè)備，并運(yùn)用遙感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)、局域網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、JAVA技術(shù)、J2EE技術(shù)、B/S和C/S相結(jié)合的技術(shù)等當(dāng)今信息化主流技術(shù)，在疏勒河灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上從信息采集與控制層、數(shù)據(jù)庫(kù)層和應(yīng)用軟件層3個(gè)層次上對(duì)疏勒河干流水資源監(jiān)測(cè)和調(diào)度管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，對(duì)其進(jìn)行了擴(kuò)充和完善。

系統(tǒng)的建成可實(shí)現(xiàn)干流灌區(qū)水資源—生態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)(控)系統(tǒng)，完善水利信息傳輸系統(tǒng)，建立現(xiàn)代水資源管理與調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，開發(fā)出水資源分析評(píng)價(jià)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)、水資源調(diào)度管理、水資源事務(wù)管理及公共服務(wù)系統(tǒng)。同時(shí)，還可與已有的水利信息化系統(tǒng)相集成，為疏勒河灌區(qū)科學(xué)決策、優(yōu)化調(diào)度和水資源精準(zhǔn)化管理提供技術(shù)支持，為實(shí)現(xiàn)各階段調(diào)水目標(biāo)提供保障，為評(píng)價(jià)調(diào)水目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和為最嚴(yán)格的水資源調(diào)度管理提供科學(xué)依據(jù)。

責(zé)任編輯 吳 昊

2015-06-15

張重花(1974-)，女，工程師，主要從事水利水電工程規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。