河西走廊疏勒河干流水資源監(jiān)測(cè)研究

(甘肅省疏勒河流域水資源局,甘肅 玉門 735211)

1 概 況

疏勒河水系發(fā)源于甘肅省河西走廊祁連山脈西段托來(lái)南山與疏勒南山之間的疏勒腦，自東向西由白楊河、石油河、疏勒河干流、榆林河、黨河、敦煌南湖的4條泉水溝、安南壩河等組成，流經(jīng)青海省天峻、甘肅省肅北、玉門、瓜州、敦煌等縣市，總流域面積17萬(wàn)km2。疏勒河干流全長(zhǎng)670km，流域面積4.13萬(wàn)km2，多年平均徑流量10.31億m3。疏勒河出昌馬峽后,進(jìn)入河西走廊平原地段,分為十道溝,在玉門鎮(zhèn)一帶匯集,經(jīng)雙塔水庫(kù)、瓜州至哈拉湖,河道漫流于洪積扇上,無(wú)固定河床。其中昌馬峽以上祁連山區(qū)干流長(zhǎng) 346km,流域面積 132.50km2；昌馬峽至雙塔水庫(kù)中游地區(qū)干流長(zhǎng)129km,流域面積 12000km2；雙塔水庫(kù)至哈拉湖下游地區(qū)干流長(zhǎng) 195km,流域面積16000km2[1]。流域中下游年平均降水量不足70mm，蒸發(fā)量達(dá)到2600mm以上，是我國(guó)極度干旱地區(qū)之一。干流水資源監(jiān)測(cè)對(duì)水資源合理配置以及下游敦煌的生態(tài)保護(hù)十分重要。

2 干流水資源監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

2.1 流域地表水監(jiān)測(cè)

地表水的狀況直接影響敦煌水資源和生態(tài)環(huán)境條件。對(duì)地表水的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有地表水?dāng)嗝婧凸喔扔玫乇硭?jì)量。結(jié)合疏勒河干流水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目，已建設(shè)了昌馬水庫(kù)、雙塔水庫(kù)和赤金峽水庫(kù)的出庫(kù)斷面、昌馬總干渠、西干渠、北干渠、東干渠、三道溝輸水渠、疏花干渠、雙塔北干渠、南干渠、廣至輸水渠、花海總干渠、瓜州望桿子斷面、雙墩子斷面等15個(gè)地表水監(jiān)測(cè)斷面，但從掌握三大水庫(kù)和洪積扇區(qū)域水量平衡以及關(guān)聯(lián)區(qū)下泄水量情勢(shì)來(lái)看，仍需要考慮增設(shè)新的監(jiān)測(cè)斷面。

2.2 流域地下水監(jiān)測(cè)

流域地下水監(jiān)測(cè)工作開(kāi)始于20世紀(jì)60年代，監(jiān)測(cè)目的各不相同，主要圍繞農(nóng)田供水、土壤改良、水資源評(píng)價(jià)進(jìn)行地下水水位、水溫監(jiān)測(cè)。1965—1969年，經(jīng)過(guò)調(diào)整后僅保留玉門監(jiān)測(cè)點(diǎn)，主要對(duì)玉門盆地農(nóng)業(yè)耕作區(qū)進(jìn)行了為期5年的長(zhǎng)期觀測(cè)工作。20世紀(jì)70年代大部分觀測(cè)點(diǎn)均被撤銷。布網(wǎng)初期，觀測(cè)點(diǎn)的分布及監(jiān)測(cè)內(nèi)容齊全，基本查明了疏勒河流域地下水的動(dòng)態(tài)成因類型，但觀測(cè)系列短，對(duì)地下水及與此相關(guān)的生態(tài)環(huán)境地質(zhì)的認(rèn)識(shí)不夠深入。在2000—2005年大調(diào)查工作中，進(jìn)行了階段性的地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，主要以大口井為主，由于地下水位下降，現(xiàn)基本上全部干枯，觀測(cè)內(nèi)容包括水位、水溫等，測(cè)網(wǎng)控制面積5800km2，占平原面積的20%。

疏勒河灌區(qū)地下水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以疏勒河灌區(qū)現(xiàn)有的地下水監(jiān)測(cè)井為基礎(chǔ)，對(duì)雙塔灌區(qū)、昌馬灌區(qū)的地下水監(jiān)測(cè)井重新進(jìn)行規(guī)劃，在花海、雙塔、昌馬灌區(qū)共設(shè)置68眼自動(dòng)觀測(cè)井，采集觀測(cè)井的地下水位數(shù)據(jù)，建立該流域地下水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)[2]。其中地礦局環(huán)境監(jiān)測(cè)院10眼為自動(dòng)觀測(cè)井，其觀測(cè)數(shù)據(jù)首先定時(shí)發(fā)送到北京監(jiān)測(cè)中心，再由北京發(fā)送回蘭州地礦局和疏勒河管理局的服務(wù)器，此系統(tǒng)與當(dāng)前疏勒河管理局的系統(tǒng)不能融合，數(shù)據(jù)無(wú)法直接傳入疏勒河管理局系統(tǒng)內(nèi)的地下水模塊。甘肅省水文局19眼自動(dòng)觀測(cè)井，由甘肅省水文局管理，目前自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備全部損壞，現(xiàn)全部采用人工觀測(cè)。疏勒河管理局39眼觀測(cè)井，10眼為自動(dòng)觀測(cè)井，其余皆為人工觀測(cè)，多年運(yùn)行后自動(dòng)觀測(cè)井的自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備已全部損壞，現(xiàn)全部采用人工觀測(cè)。

2.3 泉水監(jiān)測(cè)

近50年來(lái)，疏勒河流域泉水量呈持續(xù)衰減趨勢(shì)。2009 年疏勒河流域泉水資源量為1.32億m3，為1977年泉水資源量的34.3%，年均減少789.4萬(wàn)m3，尤其是玉門—踏實(shí)盆地，原來(lái)的泉水溢出帶所形成的9條河流，目前一半以上常年無(wú)水。由于昌馬水庫(kù)的修建，導(dǎo)致昌馬洪積扇補(bǔ)給量減少，進(jìn)而導(dǎo)致區(qū)域性地下水位下降，受其影響，昌馬洪積扇前緣泉水溢出量呈現(xiàn)出逐年減少的趨勢(shì)，泉水溢出帶高程普遍下移。20世紀(jì)60年代，昌馬洪積扇帶泉水溢出量為3.350億m3/a，70年代衰減為2.530億m3/a，到了2004年僅為1.568億m3/a，與60年代相比，昌馬洪積扇帶泉水溢出量衰減了53.2%。

2012 年甘肅省疏勒河流域水資源管理局與甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院合作，在橋子?xùn)|壩水庫(kù)上游泉水出露點(diǎn)、潘家莊正西公路邊泉水出露點(diǎn)、九道溝、枯溝河、紅旗村和塔爾灣6處建設(shè)了泉水監(jiān)測(cè)點(diǎn)。項(xiàng)目啟動(dòng)后運(yùn)行了一年，因經(jīng)費(fèi)不足，沒(méi)有采集數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)安裝的設(shè)備也沒(méi)有更新，量水堰等設(shè)施已不能滿足信息化管理的需求。

3 干流水資源監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題

隨著流域灌溉面積增加等環(huán)境條件的變化、生態(tài)需水量的新要求以及軟件應(yīng)用支撐系統(tǒng)的變動(dòng)，應(yīng)用軟件系統(tǒng)逐步顯示出了缺陷和不足，已不能滿足多元化、高效率的調(diào)度用水需求?，F(xiàn)有的疏勒河干流水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)缺失灌區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益評(píng)價(jià)系統(tǒng)，無(wú)法對(duì)水資源優(yōu)化配置后的效果作出科學(xué)的評(píng)價(jià)及分析，制約了水資源調(diào)度工作的開(kāi)展。

疏勒河流域干流水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)十幾年的建設(shè)，取得了顯著的成就。繼監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投入運(yùn)行后，又陸續(xù)補(bǔ)充或新建了一系列監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括斗口水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、南干渠全渠道控制系統(tǒng)、斗口測(cè)控一體化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)、雷達(dá)斷面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。 但這些系統(tǒng)基本保持各自獨(dú)立，散布于各相關(guān)站所，在實(shí)際運(yùn)用中這種系統(tǒng)分散建設(shè)模式所帶來(lái)的問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)：?業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)、來(lái)源不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)融合困難，數(shù)據(jù)深加工難以實(shí)現(xiàn)，水利信息數(shù)據(jù)浪費(fèi)嚴(yán)重，導(dǎo)致數(shù)據(jù)共享困難；?部分系統(tǒng)重復(fù)進(jìn)行地理信息基礎(chǔ)功能的開(kāi)發(fā)，但相互之間卻難以共享；?不同業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境、語(yǔ)言不盡相同，不同系統(tǒng)之間模塊調(diào)用非常困難，導(dǎo)致服務(wù)難以共享。

因此，需要對(duì)疏勒河干流水資源監(jiān)測(cè)信息化系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)、改造和完善，需要考慮增加開(kāi)發(fā)灌區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益評(píng)價(jià)系統(tǒng)。同時(shí)，由于近年來(lái)信息化技術(shù)的發(fā)展，原有硬件已非常落后，大部分硬件設(shè)備老化嚴(yán)重，遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前水利信息化發(fā)展的要求。

4 水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)思路

以灌區(qū)自動(dòng)化設(shè)備為基礎(chǔ)，將現(xiàn)代先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)與自動(dòng)化控制設(shè)備高度集成，形成一個(gè)既滿足信息化要求，又兼顧部分智能化的系統(tǒng)。充分利用已有信息化資源，引入大數(shù)據(jù)、云概念、智能化、可視化、物聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)，建設(shè)集數(shù)據(jù)匯聚分析、交換存儲(chǔ)于一體的支撐平臺(tái)，以保障供水調(diào)度經(jīng)濟(jì)高效、工程運(yùn)行安全可靠、生態(tài)環(huán)境友好和諧的總體目標(biāo)。

4.2 水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完善升級(jí)

4.2.1 增設(shè)地表水監(jiān)測(cè)站點(diǎn)

疏勒河流域已在昌馬、雙塔和赤金峽水庫(kù)、昌馬西干渠沿線和疏勒河河道設(shè)置地表水監(jiān)測(cè)斷面共計(jì)27處，但目前監(jiān)測(cè)斷面的數(shù)據(jù)還無(wú)法有效準(zhǔn)確地分析庫(kù)區(qū)來(lái)水和各分支洪水的過(guò)程和參數(shù)，無(wú)法滿足流域地表水資源優(yōu)化調(diào)度管理應(yīng)用系統(tǒng)的需求。因此，需要對(duì)各分支、渠道增設(shè)更多的地表水監(jiān)測(cè)斷面，采集水位、流量等信息，通過(guò)信息傳輸系統(tǒng)將感知信息傳輸?shù)焦芾碚{(diào)度中心，進(jìn)一步優(yōu)化升級(jí)流域地表水資源調(diào)度管理應(yīng)用系統(tǒng)，并對(duì)生態(tài)安全保障系統(tǒng)的建立提供數(shù)據(jù)支撐。采集到的水情信息采取統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與數(shù)據(jù)匯集平臺(tái)對(duì)接，水情信息采集由遙測(cè)站、通信網(wǎng)絡(luò)、中心站3部分組成。昌馬、雙塔、花海每個(gè)灌區(qū)規(guī)劃新增10個(gè)地表水自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，共計(jì)建設(shè)27處地表水自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，主要用于補(bǔ)充各分支的地表水監(jiān)測(cè)和水庫(kù)來(lái)水監(jiān)測(cè)。

4.2.2 完善地下水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

疏勒河灌區(qū)現(xiàn)有地下水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)39處，其中昌馬灌區(qū)20處、雙塔灌區(qū)13處、花海灌區(qū)6處，泉水監(jiān)測(cè)5處。但疏勒河流域地下水監(jiān)測(cè)站網(wǎng)密度偏低、分布不均、種類不全、功能單一，不能滿足現(xiàn)代化灌區(qū)水資源管理、水環(huán)境和水生態(tài)保護(hù)以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要。需新增地下水監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、泉水監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，調(diào)整優(yōu)化地下水監(jiān)測(cè)站網(wǎng)，加強(qiáng)水源地、漏斗區(qū)、超采區(qū)、限采區(qū)、受水區(qū)、地面沉降區(qū)、污染區(qū)的地下水監(jiān)測(cè)，逐步達(dá)到站網(wǎng)布局合理、功能齊全、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目合理、設(shè)施先進(jìn)的目標(biāo)。建立科學(xué)同步的地下水水位、開(kāi)采量等數(shù)據(jù)的地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)，達(dá)到灌區(qū)監(jiān)測(cè)的全覆蓋。采集到的水情信息采取統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與數(shù)據(jù)匯集平臺(tái)對(duì)接，水情信息采集由遙測(cè)站、通信網(wǎng)絡(luò)、中心站3部分組成。昌馬灌區(qū)總面積約78.23hm2，增設(shè)8處地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)；雙塔灌區(qū)總面積約57hm2，增設(shè)6處地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)；花海灌區(qū)總面積約22.58hm2，增設(shè)3處地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。

4.2.3 信息系統(tǒng)整合與集成

將現(xiàn)有的斗口水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、南干渠全渠道控制系統(tǒng)、干渠雷達(dá)監(jiān)測(cè)斷面系統(tǒng)、斗口測(cè)控一體化系統(tǒng)借助疏勒河管理局信息中心的管理平臺(tái)，在閘門測(cè)控軟件系統(tǒng)的支持下，構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全流域的自動(dòng)化監(jiān)控。

4.2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)升級(jí)完善

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)：在現(xiàn)有Oracle11g基礎(chǔ)上將其擴(kuò)展為Oracle rac，為業(yè)務(wù)系統(tǒng)擴(kuò)展提供數(shù)據(jù)和高性能服務(wù)。

綜合數(shù)據(jù)庫(kù)：擴(kuò)展基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)，新建灌區(qū)閘門、渠道等三維地理數(shù)據(jù)庫(kù)，按照業(yè)務(wù)需求設(shè)計(jì)大數(shù)據(jù)分析、水環(huán)境水生態(tài)等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并建設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)，納入新建的水情監(jiān)測(cè)信息、閘門監(jiān)測(cè)信息等數(shù)據(jù)庫(kù)，按照數(shù)據(jù)管理與共享需求更新數(shù)據(jù)庫(kù)。

4.3 系統(tǒng)功能要求

水情信息采集系統(tǒng)建設(shè)的目的是實(shí)時(shí)掌握水庫(kù)及渠道內(nèi)的輸水以及地下水變化情況，為優(yōu)化配水、閘門控制提供技術(shù)保證，為用水計(jì)量提供科學(xué)依據(jù)，提高數(shù)據(jù)采集和處理的可靠性，減少人員巡測(cè)消耗。其總體功能是：系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)24小時(shí)連續(xù)在線完成水庫(kù)水位、渠道流量、泉水水量數(shù)據(jù)及水位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)采集、傳輸、接收和處理；每日監(jiān)測(cè)次數(shù)和自報(bào)次數(shù)可以本地設(shè)置也可以遠(yuǎn)程設(shè)置，監(jiān)測(cè)采用定時(shí)自報(bào)和召測(cè)工作方式。系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期在暴雨洪水、嚴(yán)寒、風(fēng)沙等惡劣天氣條件下穩(wěn)定可靠地工作；能夠通過(guò)數(shù)據(jù)采集設(shè)備將采集的水位、水溫、流量、氣溫等數(shù)據(jù)上傳至信息中心應(yīng)用系統(tǒng)的閘門遠(yuǎn)程控制應(yīng)用模塊。系統(tǒng)各設(shè)備符合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、低功耗的原則，具有防雷、防風(fēng)雨、防風(fēng)沙的穩(wěn)定工作能力，確保各測(cè)站在無(wú)人值守、無(wú)人看管的情況下都能正常工作，系統(tǒng)具有在設(shè)備故障和異常、試劑異常、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超限等情況下進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程自動(dòng)報(bào)警功能[3]。

5 結(jié) 語(yǔ)

疏勒河流域水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的完善升級(jí)，無(wú)論是在灌區(qū)水資源信息的采集種類、調(diào)控手段、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、水資源配置管理方面都將得到較大的提高。通過(guò)對(duì)水資源的有效監(jiān)控，為合理配置流域水資源和流域水權(quán)制度建設(shè)提供了平臺(tái)，也能確?！抖鼗退Y源利用與生態(tài)保護(hù)規(guī)劃》要求的項(xiàng)目建設(shè)完成后雙塔水庫(kù)向敦煌盆地下泄生態(tài)總水量7800萬(wàn)m3的約束性指標(biāo)任務(wù)的完成。