智能水網(wǎng)在云南省新平縣的實(shí)踐及在云南省推廣前景分析

楊少杰　李　晞　王志平　李娥姣

(云南省科學(xué)技術(shù)院，云南 昆明　650228)

智能水網(wǎng)在云南省新平縣的實(shí)踐及在云南省推廣前景分析

楊少杰李晞王志平李娥姣

(云南省科學(xué)技術(shù)院，云南 昆明650228)

【摘要】智能水網(wǎng)是通過(guò)先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、控制方法等，對(duì)輸水采用智能化和網(wǎng)絡(luò)化管理，可以降低輸水成本，提高輸水效率。本文通過(guò)云南省新平彝族傣族自治縣實(shí)施智能水網(wǎng)示范工程的實(shí)施情況，分析了智能水網(wǎng)技術(shù)在云南干旱缺水、高海拔高落差山區(qū)的推廣和應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】水資源概況；智能水網(wǎng)；高海拔高落差；應(yīng)用前景

1智能水網(wǎng)的定義

智能水網(wǎng)就是輸水技術(shù)的智能化，它是建立在集成的、高速雙向的基礎(chǔ)上，通過(guò)先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、控制方法以及決策支持系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)輸水的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效友好和使用安全的目標(biāo)。其主要特征包括供水壓力自匹配、水量自平衡、管網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控等。

智能水網(wǎng)輸水能夠?qū)崿F(xiàn)水資源的合理調(diào)配，徹底解決水資源分布不平衡問(wèn)題。確保缺水地區(qū)基本生產(chǎn)、生活用水。

2智能水網(wǎng)技術(shù)在云南省新平縣的應(yīng)用

2.1新平縣水資源和供水概況

新平彝族傣族自治縣位于云南省中部偏西南，地處哀牢山脈中段，連綿的山峰此起彼伏，山區(qū)面積占全縣國(guó)土面積的98%，復(fù)雜地形地勢(shì)使水源分布不均勻。新平縣境內(nèi)生活著包括漢族、彝族、白族、傣族、壯族、苗族等在內(nèi)的17個(gè)民族。長(zhǎng)期以來(lái)受各民族傳統(tǒng)文化和生活習(xí)慣的影響，大部分老百姓依山而居，村寨大都分布在山腰及山頂?shù)任恢?。受地形、地質(zhì)、地貌的限制，縣域內(nèi)很難修建骨干水利工程，水利設(shè)施建設(shè)滯后，區(qū)域性和季節(jié)性干旱缺水問(wèn)題十分嚴(yán)重，灌溉主要靠降雨，飲用水主要靠肩挑手抬，致使區(qū)域內(nèi)人畜飲水安全無(wú)法得到保障。

2.2先進(jìn)智能水網(wǎng)技術(shù)工程化應(yīng)用進(jìn)展及成果來(lái)源

云南大紅山管道公司依托云南省科學(xué)技術(shù)院管道輸送技術(shù)研究中心對(duì)管道輸水技術(shù)進(jìn)行綜合集成，通過(guò)精確控制和冬季防凍等技術(shù)，在東川包子鋪首次實(shí)現(xiàn)了管道單泵揚(yáng)程2000m以上輸水，解決了當(dāng)?shù)鼐用裆钣盟肮I(yè)用水問(wèn)題。

東川包子鋪輸水管道起點(diǎn)位于海拔1100米的包子鋪選礦廠，終點(diǎn)位于海拔3200m的包子鋪鐵礦，落差達(dá)到2100m。該工程的實(shí)施解決了超高揚(yáng)程輸水時(shí)水錘、閥門(mén)共振等問(wèn)題；攻克高海拔、高落差地區(qū)管道輸送關(guān)鍵技術(shù)難題；為在新平縣高海拔、高落差地形下建設(shè)智能水網(wǎng)提供了可靠的技術(shù)積累。

2.3智能水網(wǎng)輸水技術(shù)在新平縣的應(yīng)用示范

2013年10月，為了解決新平縣季節(jié)性干旱頻繁、水源地與用水區(qū)落差大、距離遠(yuǎn)等原因所導(dǎo)致的高海拔山區(qū)人畜飲水困難、工業(yè)缺水以及糧食減產(chǎn)等民生問(wèn)題，針對(duì)該區(qū)域內(nèi)自然性有水、工程性缺水、季節(jié)性缺水以及農(nóng)業(yè)人口和主要農(nóng)墾區(qū)域主要集中在高海拔高落差復(fù)雜地形區(qū)域的特點(diǎn)，云南省科學(xué)技術(shù)院和新平縣人民政府開(kāi)展了適用于復(fù)雜地形的低能耗、高揚(yáng)程提水，高海拔、高落差、高壓輸水以及水資源調(diào)配智能化等相關(guān)成熟先進(jìn)實(shí)用技術(shù)的應(yīng)用示范，實(shí)施了高揚(yáng)程輸水技術(shù)示范工程和高落差輸水技術(shù)示范工程建設(shè)。

(1)高落差高揚(yáng)程管網(wǎng)輸水技術(shù)示范工程的內(nèi)容

高揚(yáng)程輸水技術(shù)示范工程。針對(duì)新平縣費(fèi)拉莫干旱缺水片區(qū)引水、提水設(shè)施缺乏、不配套的現(xiàn)狀以及采水點(diǎn)與用水點(diǎn)海拔落差大的地形特點(diǎn)，通過(guò)高揚(yáng)程提灌技術(shù)的建設(shè)，有效解決因受海拔落差限制導(dǎo)致的提水難、提水揚(yáng)程不夠的問(wèn)題。示范工程實(shí)現(xiàn)相對(duì)了高差180m(從白赤泥[高程1240m]至布黑沖白小丫口[高程1420m])的高揚(yáng)程提水。

高落差輸水技術(shù)示范工程。試點(diǎn)工程所在地海拔高、落差大，另外，水源點(diǎn)距離較遠(yuǎn)且沿途呈現(xiàn)多起伏、大U型、轉(zhuǎn)折點(diǎn)多的天然地形特點(diǎn)，為克服在這類復(fù)雜地形地勢(shì)環(huán)境下管道輸水可能帶來(lái)的技術(shù)難題，保證供水的安全性和可靠性，通過(guò)采用高海拔、高落差高壓輸水技術(shù)解決長(zhǎng)距離復(fù)雜地形條件下管道輸水中存在的水擊、水錘、空腔、爆裂等技術(shù)難題。示范工程實(shí)現(xiàn)了最大相對(duì)落差850m(布黑沖白小丫口[高程1553m]至熱水塘[高程699m])的高落差輸水，同時(shí)解決了在地勢(shì)陡峭、垂直落差大的條件下進(jìn)行高落差輸水所面臨的管線的屈服應(yīng)力、承壓能力等技術(shù)問(wèn)題。智能水網(wǎng)輸水技術(shù)示范工程的建設(shè)內(nèi)容包括：

(a)以費(fèi)拉莫水庫(kù)為水源點(diǎn)，在費(fèi)拉莫區(qū)域新架設(shè)輸水管網(wǎng)50km。(b)輸水管網(wǎng)沿途建配套水池9個(gè)，其中，200m3的水池1個(gè)，100m3的水池4個(gè)，50m3的水池4個(gè)，蓄水容量650～800m3。

(2)高落差高揚(yáng)程管網(wǎng)輸水技術(shù)示范工程的效果

工程完成后平均輸水運(yùn)送能力達(dá)到14.93m3/小時(shí)，形成55000m3/年的供水能力，每年向旱區(qū)實(shí)際供水20000m3。有效緩解了新平縣費(fèi)拉莫水庫(kù)片區(qū)區(qū)域8000人口因季節(jié)性干旱導(dǎo)致的缺水問(wèn)題，覆蓋耕地面積2.5萬(wàn)畝。解決了揚(yáng)武鎮(zhèn)20000人的季節(jié)性缺水問(wèn)題，包括2個(gè)村9個(gè)村民小組1374人、658頭大牲畜的基本飲用水問(wèn)題，其中，涉及以彝族、傣族等少數(shù)民族共計(jì)1100人，覆蓋村完小、普通中學(xué)2所學(xué)校，解決2100畝甘蔗、烤煙等經(jīng)濟(jì)作物的灌溉用水問(wèn)題。

(3)示范工程的推進(jìn)模式

“政府主導(dǎo)、科技支撐、村企合作”是保障示范工程順利開(kāi)展的有效措施。把管道輸水和惠民工程有機(jī)結(jié)合起來(lái)，達(dá)到先進(jìn)技術(shù)廣泛應(yīng)用，人民群眾普遍受惠的互惠共贏良性發(fā)展局面。

——政府主導(dǎo)：成立由示范工程基礎(chǔ)政府主要領(lǐng)導(dǎo)牽頭，科技、財(cái)政、水利等多部門(mén)參與的項(xiàng)目實(shí)施領(lǐng)導(dǎo)小組，落實(shí)經(jīng)費(fèi)、政策、人才等保障條件，共同推進(jìn)工程實(shí)施。

——科技支撐：選用先進(jìn)、成熟、適用技術(shù)的集成應(yīng)用和示范推廣，讓科技成果更多地惠及廣大人民群眾，提高當(dāng)?shù)厝罕姷慕?jīng)濟(jì)收入和生活水平。

——村企合作：按照標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、項(xiàng)目化運(yùn)作、市場(chǎng)化推進(jìn)思路，通過(guò)企業(yè)與鄉(xiāng)鎮(zhèn)(村)建立合作關(guān)系，讓管道輸水工程與百姓切身利益掛鉤，加強(qiáng)村民節(jié)水意識(shí)，使其進(jìn)入節(jié)約用水和生產(chǎn)生活良性發(fā)展的渠道。

2.4新平縣智能水網(wǎng)輸水技術(shù)的實(shí)踐對(duì)云南省的示范意義

(1)地形地貌具有代表性。新平縣地形以山地為主，縣域內(nèi)山區(qū)面積占全縣面積的95%以上。地勢(shì)西北高、東南低，境內(nèi)最高海拔哀牢山主峰大磨巖峰3165m，最低海拔漠沙鎮(zhèn)南蒿村422m，海拔差達(dá)到3743m。

(2) 氣候類型多樣。新平縣屬溫帶氣候區(qū)，局部氣候受海拔影響，形成河谷高溫區(qū)、半山暖溫區(qū)、高山寒溫區(qū)三個(gè)氣候類型。年平均氣溫18.1℃，年最高氣溫32.8℃，年最低氣溫1.3℃，年平均降水量900mm，年平均蒸發(fā)量卻在 2000mm以上。

(3)河流水系資源豐富。新平縣境內(nèi)河流除谷麻江屬李仙江水系外，其余均屬元江水系。較大的支流有綠汁江、大春河、南達(dá)河等20余條江河，水能資源豐富。

綜述，新平縣不管是在地形地貌、氣候類型還是年平均氣溫、年平均降水量等方面在云南省域均具代表性，新平縣表現(xiàn)出來(lái)的地形復(fù)雜、海拔高、落差大、水能資源豐富但水源分布不均等情況，河谷地區(qū)水源豐富、山區(qū)水資源匱乏，也是云南省大部分干旱缺水地區(qū)所面臨的問(wèn)題。

智能水網(wǎng)輸水技術(shù)在新平縣的成功實(shí)踐，證明了智能水網(wǎng)輸水技術(shù)以安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行控制簡(jiǎn)單、有利于保證水質(zhì)水量、盡量減少對(duì)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)環(huán)境的影響為宗旨和原則，針對(duì)地形地勢(shì)特點(diǎn)，利用自然水源、采取合適的輸水方式，安全、可靠、有效輸送不同流量。對(duì)在云南省推廣智能水網(wǎng)輸水技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具有很強(qiáng)的示范意義。

3智能水網(wǎng)輸水技術(shù)在云南省推廣應(yīng)用的前景分析

3.1云南省水資源概況

云南省水資源總量?jī)H次于西藏和四川，居全國(guó)第三位，屬于我國(guó)水資源比較豐富的省份，占全國(guó)水資源總量的14.28%。但是，云南省水資源形勢(shì)又相當(dāng)嚴(yán)峻，一是云南水利設(shè)施嚴(yán)重不足，水資源沒(méi)有得到充分利用；二是云南的干濕季節(jié)分明，干季的降水量只占全年降水量的15%左右，同時(shí)，降水分布極不均勻；三是云南地形復(fù)雜，南北、東西跨度較大，氣候類型多樣，洪澇、干旱等自然災(zāi)害極為頻繁。再加上水資源浪費(fèi)、水質(zhì)污染、城市化進(jìn)程與管理等多方面的因素，導(dǎo)致了云南省水資源形勢(shì)總體上不容樂(lè)觀。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市化及工業(yè)化的推進(jìn)，城市人口的不斷增長(zhǎng)和人民生活水平的提高，工業(yè)用水及生活用水的需求不斷增長(zhǎng)，工業(yè)、生活、市政設(shè)施的用水量日益增加，供需差距越來(lái)越大。受季節(jié)性、地域性干旱影響，城市供水矛盾日益突出，部分地區(qū)甚至出現(xiàn)了城市用水?dāng)D占生態(tài)和農(nóng)業(yè)用水的情況，這種惡性循環(huán)加劇了水資源缺乏的危機(jī)，嚴(yán)重制約了云南省社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

3.2云南干旱缺水地區(qū)供水面臨的挑戰(zhàn)

云南省缺水地區(qū)大多位于高海拔山區(qū)，地形復(fù)雜，與水源地都相距數(shù)公里甚至數(shù)十公里以上。長(zhǎng)期以來(lái)，缺水地區(qū)的抗旱供水大多采用車送、人背馬馱等方式，不但耗費(fèi)極大的人力物力，而且效率極低。一些水資源豐富的地區(qū)水源呈峽谷地形，山高水深，地形復(fù)雜，開(kāi)發(fā)難度較大，成本較高，而已有的水利工程主要以中、小型水庫(kù)為主，難以形成規(guī)模效益，徑流調(diào)節(jié)能力小，屬典型的工程性缺水。找到一種快速高效的送水模式，科學(xué)地進(jìn)行供水調(diào)度，是擺在面前的一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

3.3云南省干旱缺水地區(qū)應(yīng)用智能水網(wǎng)輸水技術(shù)的前景

(1)推廣智能水網(wǎng)技術(shù)，不僅能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且在節(jié)能減排和改善人民生活水平方等社會(huì)效益方面的作用更為突出，改善民生、為民服務(wù)，促進(jìn)社會(huì)的和諧發(fā)展。

(a)經(jīng)濟(jì)效益方面。水資源面臨二次分配的問(wèn)題，尤其是面臨要往高海拔山區(qū)輸送的問(wèn)題?，F(xiàn)有的技術(shù)泵站多、揚(yáng)程短、壓力小。無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的輸送，且價(jià)格昂貴?，F(xiàn)有的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，每立方米提升100m，需要1元，干旱缺水地區(qū)的老百姓和政府都無(wú)法承受如此貴的水價(jià)。根據(jù)新平縣的實(shí)踐數(shù)據(jù)顯示，采用智能水網(wǎng)輸送技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)一泵揚(yáng)程2000m，每立方米提升1000m，僅需要2-3元，輸送成本可降低70%到80%。

(b)社會(huì)效益方面。智能水網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)對(duì)輸水采用智能化和網(wǎng)絡(luò)化管理，實(shí)現(xiàn)水源及管網(wǎng)的自動(dòng)化控制、監(jiān)控調(diào)度、泄漏檢測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)等功能。在不同的缺水地區(qū)，針對(duì)不同的地形地貌，應(yīng)用不同的輸水方式，對(duì)水資源進(jìn)行合理調(diào)配，使水在生產(chǎn)及傳輸過(guò)程中有效地提高生產(chǎn)效率、降低能源消耗、減少水的漏失、減少水資源污染，降低供水成本，提高供水效率，是有利于改善云南省干旱缺水山區(qū)供水問(wèn)題的手段，可有效地緩解缺水地區(qū)水資源嚴(yán)重短缺的危機(jī)，能夠大大促進(jìn)當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展。

(2)智能水網(wǎng)輸水技術(shù)，可推廣地區(qū)廣、規(guī)模大。云南省高海拔山區(qū)，受限于地形、環(huán)境等因素，引水工程存在許多難點(diǎn)急需解決。云南省是花卉、糧、油、煙草及多種經(jīng)濟(jì)作物的主產(chǎn)區(qū)，也是重要的工業(yè)基地，集中了卷煙、鋼鐵、紡織、電力、石化等大中型企業(yè)。以滇中為例，滇中地區(qū)現(xiàn)狀缺水21.8億m3，2020年缺水量預(yù)計(jì)達(dá)45.8億m3。鑒于水源多處于交通不便、地形復(fù)雜的邊遠(yuǎn)山區(qū)，甚至許多水源地處植被較好的地區(qū)或自然保護(hù)區(qū)，如何高效率、低成本、無(wú)污染地將水輸?shù)饺彼貐^(qū)是一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。

4結(jié)論

智能水網(wǎng)是通過(guò)先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、控制方法等，對(duì)輸水采用智能化和網(wǎng)絡(luò)化管理，可以降低輸水成本，提高輸水效率。本文通過(guò)云南省新平彝族傣族自治縣實(shí)施智能水網(wǎng)示范工程的實(shí)施情況，分析了智能水網(wǎng)技術(shù)在云南干旱缺水、高海拔高落差山區(qū)的推廣和應(yīng)用前景。研究充分證明，工程性缺水嚴(yán)重、水利基礎(chǔ)薄弱始終是制約云南省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的突出矛盾，山區(qū)水利建設(shè)滯后是影響云南省農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的最大硬傷，旱災(zāi)頻發(fā)成為全省人民生產(chǎn)生活的心腹大患，加快水利建設(shè)刻不容緩。因此，針對(duì)云南的復(fù)雜地形，推廣一種高效節(jié)能、清潔遠(yuǎn)距離、高海拔輸水的新工藝、新技術(shù)與裝備，是解決區(qū)域水資源不平衡的重要目標(biāo)。應(yīng)用智能水網(wǎng)技術(shù)開(kāi)展復(fù)雜地形高海拔、高落差水網(wǎng)建設(shè)，是解決云南省工程性缺水問(wèn)題的重要途徑，示范工程的實(shí)施對(duì)促進(jìn)先進(jìn)技術(shù)成果應(yīng)用、架構(gòu)新型組織管理模式、改善山區(qū)群眾生活質(zhì)量具有重要示范意義。

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Smart Water Grid Practice in Xinping County and Future Application Outlook in Yunnan

YANG ShaojieLI XiWANG ZhipingLI Ejiao

(Yunnan Academy of Sciences and Technologies，Kunming Yunnan 650228)

Abstract：Smart water grid manages water transmission with intelligence and through networks，using advanced censoring and measuring technologies，regulating methods，etc.，which reduces transmission cost and raise efficiency.This paper discussed the outlook of further application and scale-up of smart water grid in high-elevation and big-elevation-change upland areas lacking of water in Yunnan after the application of smart water grid pilot project in Xinping County of Yunnan province is analyzed.

Keywords：water resource situation；smart water grid；high elevation and big elevation change，application outlook

作者簡(jiǎn)介：楊少杰，助理研究員，主要從事科技項(xiàng)目管理及軟科學(xué)研究工作

通訊作者：王志平，助理研究員，從事科技項(xiàng)目管理及軟科學(xué)研究

中圖分類號(hào)：X21

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-288X(2016)03-0169-03

項(xiàng)目資助：云南省科技惠民計(jì)劃，項(xiàng)目名稱：云南省新平縣少數(shù)民族干旱缺水區(qū)域高落差高揚(yáng)程管網(wǎng)輸水技術(shù)應(yīng)用與示范(2013RA001)；云南省社會(huì)發(fā)展科技計(jì)劃，項(xiàng)目名稱：抗旱保民生管道高揚(yáng)程輸水關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及應(yīng)急示范工程(2012CA022)

引用文獻(xiàn)格式：楊少杰等.智能水網(wǎng)在云南省新平縣的實(shí)踐及在云南省推廣前景分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(3)：169-171.