疏勒河灌區(qū)水利信息化建設實踐與展望

劉建軍

(甘肅省疏勒河流域水資源管理局，甘肅 玉門 735211)

1 疏勒河流域概況

1.1 灌區(qū)概況

疏勒河是甘肅省三大內(nèi)陸河之一，發(fā)源于祁連山脈西段托勒南山與疏勒南山之間，疏勒河干流全長670km，流域面積4.13萬km2，多年平均徑流量為10.31億m3。流域內(nèi)年平均降水量不足70mm，蒸發(fā)量達到2800mm以上，是我國極度干旱地區(qū)之一。

疏勒河灌區(qū)由昌馬灌區(qū)、雙塔灌區(qū)、花海灌區(qū)組成，包括玉門市、瓜州縣22個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、甘肅農(nóng)墾6個國營農(nóng)場，現(xiàn)狀總灌溉面積156.7萬畝，是甘肅省最大的自流灌區(qū)，疏勒河灌區(qū)水源為疏勒河干流和石油河。灌區(qū)內(nèi)建有昌馬、雙塔、赤金峽三座水庫，總庫容4.33億m3，干支渠共約1100km，已形成了蓄、引、灌、排等較為完善的水利灌溉系統(tǒng)。

1.2 水資源利用概況

2016年，疏勒河干流入昌馬水庫徑流量168258萬m3，石油河入赤金峽水庫徑流量1705萬m3；疏勒河灌區(qū)入境地表水資源總量為169963萬m3。昌馬水庫、赤金峽水庫向昌馬、雙塔、花海三個子灌區(qū)供水量分別為47673、30659、13307萬m3，農(nóng)業(yè)灌溉合計地表水總供水量91639萬m3，向核工業(yè)集團四〇四廠供水量8275萬m3。

2016年疏勒河灌區(qū)總用水量107145萬m3，其中：城鎮(zhèn)居民生活用水391萬m3，農(nóng)村居民生活用水163萬m3，農(nóng)業(yè)灌溉用水101235萬m3，牲畜用水510萬m3，工業(yè)用水1030萬m3，人工生態(tài)用水3518萬m3。農(nóng)業(yè)灌溉為用水大戶，其用水占總用水量的94%，其他行業(yè)用水僅占總用水量的6%。

2 疏勒河灌區(qū)水利信息化建設實踐

疏勒河灌區(qū)水利信息化建設起步較早，2008年建成投入使用，先后實施了三期。第一期列入國家計委世行貸款《中國甘肅省河西走廊(疏勒河)農(nóng)業(yè)灌溉暨移民安置綜合開發(fā)項目》；第二期列入國務院批復項目《敦煌水資源合理利用與生態(tài)保護綜合規(guī)劃(2011—2020)》；第三期列入水利部支持項目《疏勒河灌區(qū)現(xiàn)代化建設規(guī)劃》。疏勒河灌區(qū)從源頭昌馬水庫到各灌區(qū)田間斗口實現(xiàn)了全渠系水量測控自動化，水利信息化和水量測控精準化全國領(lǐng)先，實現(xiàn)了傳統(tǒng)水利到智慧水利的升級轉(zhuǎn)型，較好踐行了現(xiàn)代化國家建設戰(zhàn)略。

灌區(qū)信息化系統(tǒng)工程分為三大水庫聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)、閘門自動化控制系統(tǒng)、灌區(qū)水量信息采集、控制中心和信息平臺系統(tǒng)等四個功能子系統(tǒng)。

2.1 三大水庫聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)

三大水庫聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)以水庫水情、大壩與閘門運行狀態(tài)信息為基礎，以水庫信息管理與決策支持為核心，以水庫閘門的自動化監(jiān)控為手段，實現(xiàn)三大水庫的聯(lián)合調(diào)度與水資源統(tǒng)一管理和優(yōu)化配置。共五個模塊：①水庫水情自動測報模塊，在昌馬、赤金峽水庫的上游、入庫控制斷面、壩前和下游控制斷面等關(guān)鍵部位建設水位自動監(jiān)測站，實時監(jiān)測水庫運行狀態(tài)；②水庫閘門自動監(jiān)控與視頻監(jiān)視模塊，對昌馬、赤金峽水庫主要閘門進行監(jiān)控和視頻監(jiān)視；③水庫大壩安全監(jiān)測模塊，對三座水庫大壩安全監(jiān)測信息進行統(tǒng)一管理；④水庫洪水預報與調(diào)度模塊，建立降雨-徑流預報、融雪(冰川)-徑流預報模型、產(chǎn)匯流模型和河道水流演算模型，實現(xiàn)中、短期徑流預報和實時洪水預報，推算相關(guān)河道斷面(包括入庫)的流量過程和水量，進行防洪優(yōu)化調(diào)度，實現(xiàn)洪水資源優(yōu)化；⑤水庫優(yōu)化調(diào)度決策支持模塊，根據(jù)水庫來水流量、庫存蓄水量、考慮各類用水部門的需水要求進行綜合判斷與分析處理，建立基于優(yōu)先約束破壞級別的三大水庫優(yōu)化調(diào)度模型庫，提供三大水庫常規(guī)調(diào)度及概率調(diào)度圖，達到合理用水、提高經(jīng)濟社會效益、改善生態(tài)環(huán)境、增加水費收入等目標，為水庫優(yōu)化調(diào)度提供輔助決策支持。

2.2 閘門自動控制系統(tǒng)

按管理中心、管理分中心和現(xiàn)地監(jiān)控站等3個調(diào)度級別對渠系重點部位閘門實現(xiàn)監(jiān)控。管理中心位于疏勒河建設管理局內(nèi)，是全灌區(qū)用水管理調(diào)度和監(jiān)控中心，管理分中心分別位于昌馬、花海、雙塔灌區(qū)管理處，中心和分中心根據(jù)配水計劃實時監(jiān)測監(jiān)控各管理范圍內(nèi)閘門的運行情況和渠道流量。管理中心管理疏勒河流域管理局直接控制的28處95孔閘門；昌馬分中心管理昌馬灌區(qū)19處50孔閘門；花海分中心管理花海灌區(qū)10處26孔閘門；雙塔分中心管理雙塔灌區(qū)8處21孔閘門?，F(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控站位于各個閘門的監(jiān)控點，根據(jù)中心和分中心下達的指令，通過有線和無線通訊，監(jiān)測、控制和調(diào)節(jié)閘門的啟閉，并使流量或水位達到設定值。

2.3 灌區(qū)水量信息采集系統(tǒng)

按流域管理中心、灌區(qū)管理分中心、灌區(qū)管理所和現(xiàn)地采集站等4個層級構(gòu)建流域各灌區(qū)的分層分布式綜合自動化系統(tǒng)，對灌區(qū)干渠、支渠、斗渠實行自動監(jiān)測，實現(xiàn)信息采集存儲自動化、數(shù)據(jù)傳輸處理網(wǎng)絡化、決策支持數(shù)字化、調(diào)度指揮現(xiàn)代化。

灌區(qū)水量信息采集系統(tǒng)主要在13個水管所建設水量信息采集工作站，在424處水量計量點建設水量信息采集終端。

2.4 控制中心和信息平臺

控制中心和信息平臺是疏勒河灌區(qū)水利信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心、運行樞紐和展示平臺，總體上劃分為三層：數(shù)據(jù)層、支撐層以及應用層。數(shù)據(jù)層由水資源綜合數(shù)據(jù)庫、實時水情數(shù)據(jù)庫、水庫水情數(shù)據(jù)庫以及閘門水情數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，由其應客戶請求獨立地進行各種處理；支撐層用來支持各個應用系統(tǒng)的實現(xiàn)；應用層包括灌區(qū)三大水庫聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)、水情實時采集系統(tǒng)以及渠系閘門自動監(jiān)控該系統(tǒng)。

現(xiàn)有的疏勒河灌區(qū)信息化系統(tǒng)主要功能：①灌區(qū)水量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成灌溉計量信息的采集工作；②灌區(qū)閘門監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對水庫和干渠部分重點閘門的監(jiān)控和昌馬渠首的視頻監(jiān)視；③三大水庫聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)實現(xiàn)昌馬、雙塔、赤金峽等三大水庫聯(lián)合供水調(diào)度和灌區(qū)水資源的配置；④地下水三維仿真系統(tǒng)研究疏勒河灌區(qū)地下水位動態(tài)演變規(guī)律；⑤洪水預報調(diào)度系統(tǒng)實現(xiàn)洪水預報及洪水淹沒的動態(tài)演示；⑥分級瀏覽、匯總、審批灌區(qū)需水計劃功能。

疏勒河灌區(qū)水利信息系統(tǒng)建設總體框架，如圖1所示。

3 疏勒河灌區(qū)水利信息化發(fā)展展望

2017年，疏勒河灌區(qū)啟動現(xiàn)代化灌區(qū)建設項目，依據(jù)《全國水利信息化規(guī)劃(“金水工程”規(guī)劃)》《水利信息化頂層設計》《甘肅省水利信息化頂層設計》，按照“一張圖、一個庫、一門戶、一平臺、一張網(wǎng)”的水利信息化建設要求，擴展升級現(xiàn)有疏勒河干流水資源監(jiān)測和調(diào)度管理信息系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)、3S、三維虛擬現(xiàn)實、云計算、大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)，建設滿足疏勒河現(xiàn)代化灌區(qū)要求的水利信息化體系。規(guī)劃用3年時間實現(xiàn)水利信息采集數(shù)字化、信息展現(xiàn)可視化、信息共享集成化、信息利用智能化、灌區(qū)管理的自動化。疏勒河灌區(qū)水利信息系統(tǒng)擴展總體規(guī)劃見表1。

表1 疏勒河灌區(qū)水利信息系統(tǒng)擴展總體規(guī)劃

圖1 疏勒河干流水資源監(jiān)測和調(diào)度管理信息系統(tǒng)總體框架示意圖

展望未來，疏勒河灌區(qū)水利信息系統(tǒng)主要擴展升級內(nèi)容具體有以下幾個方面：

(1)基礎設施。主要包括服務器、PC客戶端、智能手機、監(jiān)控大屏，操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、安全防護軟件、中間件，局域網(wǎng)、VPN、無線網(wǎng)等基礎軟硬件網(wǎng)絡環(huán)境。

(2)業(yè)務系統(tǒng)。除了已經(jīng)建設的管網(wǎng)GIS、SCADA、熱線、營業(yè)收費等業(yè)務系統(tǒng)外，還將擴展巡檢搶修系統(tǒng)、短信平臺、工程管理系統(tǒng)，實現(xiàn)運營調(diào)度數(shù)據(jù)中心和運營調(diào)度指揮平臺的數(shù)據(jù)集成、業(yè)務協(xié)同的要求。

(3)數(shù)據(jù)資源。重新規(guī)劃整理構(gòu)建集成地形數(shù)據(jù)庫、管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫、運營調(diào)度運行數(shù)據(jù)庫。建立各類文檔、圖片、表格、視頻等文件資源庫，存放非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，集成整合在線監(jiān)測數(shù)據(jù)庫和各領(lǐng)域業(yè)務數(shù)據(jù)庫。

(4)數(shù)據(jù)管理工具。提供地形圖管網(wǎng)圖的更新維護工具，各業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成更新工具，后臺分析匯總工具，以及雙機熱備數(shù)據(jù)同步更新工具。

(5)業(yè)務服務。采用面向資源的標準SOAP、REST服務，提供GIS查詢分析服務、實時數(shù)據(jù)監(jiān)測服務、業(yè)務數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計服務和綜合應用分析服務等接口，并對服務的發(fā)布和應用統(tǒng)一管理和監(jiān)控。

(6)綜合應用。即供水運營調(diào)度指揮平臺客戶端、供水運營業(yè)務工單平臺客戶端、供水運營移動工單系統(tǒng)，主體分別采用Flex富客戶端技術(shù)、JavaScript技術(shù)、Android平臺進行開發(fā)，實現(xiàn)企業(yè)的運營監(jiān)控、實時監(jiān)控、運營分析和運營調(diào)度。

(7)健全規(guī)范。以國家和行業(yè)標準規(guī)范為基礎，結(jié)合實際制定一套符合灌區(qū)運行管理的規(guī)范體系。主要包括數(shù)據(jù)處理規(guī)范、接口規(guī)范、數(shù)據(jù)系統(tǒng)使用規(guī)范、服務器管理規(guī)范等，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行。

4 結(jié)語

疏勒河灌區(qū)借助完善的渠系工程和現(xiàn)代通訊技術(shù)，水利信息化經(jīng)過10余年建設完善，實現(xiàn)了對水資源的精準管理，減輕了水管人員勞動強度，提高了水量計量和水費收繳準確率，極大地促進了農(nóng)業(yè)節(jié)水，提高了水利供給側(cè)質(zhì)量，灌區(qū)水利管理自動化樹立了全省乃至全國典范。尚存在冬季停水后野外設施的看管和專用系統(tǒng)與公共信息系統(tǒng)尚未完全兼容等問題，維護和管理費用較高，經(jīng)濟效益尚未顯現(xiàn)。未來3年，將結(jié)合現(xiàn)代化灌區(qū)建設，改造升級現(xiàn)有水利信息化系統(tǒng)，逐步實現(xiàn)渠系工程野外無人化管理和水量信息公眾共享。