新疆博樂市地下水遠(yuǎn)程智能管控系統(tǒng)的實(shí)踐與應(yīng)用

雷小牛，肖夢兵，張岳堯，周 杰

一、背 景

新疆作為全國唯一的國民經(jīng)濟(jì)全行業(yè)用水總量超過“三條紅線”指標(biāo)的省級行政區(qū)，地下水超采是最需優(yōu)先解決的問題。博樂市總?cè)丝?9.62萬人，全市市政、生活、工業(yè)用水和6個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)、場）85 萬畝（1 畝=1/15 hm2，下同）農(nóng)田的灌溉用水（其中高效節(jié)水灌溉面積79萬畝）水源為地下水和博爾塔拉河水，其中地下水占供水量的67%，由全市現(xiàn)有的1 297眼機(jī)電井（其中工業(yè)用井52眼）提供。這些機(jī)電井點(diǎn)多面廣，分布分散，管理較難。2017年10月，新疆博樂市建成了國內(nèi)第一個使用PPP模式的區(qū)域性地下水遠(yuǎn)程智能計量技術(shù)示范管控系統(tǒng)項(xiàng)目，覆蓋全市所有機(jī)電井，具備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、管理和執(zhí)法功能，在減少地下水開采、確保水資源費(fèi)計收、提高管理效率等方面發(fā)揮了重大作用，具有良好的借鑒意義。

二、博樂市地下水遠(yuǎn)程智能管控系統(tǒng)介紹

1.系統(tǒng)組成與功能特點(diǎn)

博樂市地下水遠(yuǎn)程智能管控系統(tǒng)由1個總監(jiān)控中心、6個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)、場）分監(jiān)測中心、1 297眼地下水機(jī)井監(jiān)測站組成，在每個地下水機(jī)井監(jiān)測站安裝地下水計量遠(yuǎn)程智能管控裝置。該裝置由高精度電磁流量計、遠(yuǎn)控電動閥、防護(hù)等級工業(yè)級（IP65）的電氣測控盒、太陽能充電的大容量電池和工業(yè)相機(jī)組成，為一體式系統(tǒng)，直接與機(jī)井出水口法蘭連接，能夠良好適應(yīng)彎頭、變徑等因素的影響。

系統(tǒng)具有對地下水、河水進(jìn)行精準(zhǔn)、實(shí)時、長效計量管控的功能，可方便快捷地發(fā)揮地下水遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、管理和執(zhí)法功能，節(jié)約管理成本，提高管理實(shí)效，并能形成水資源實(shí)時在線大數(shù)據(jù)，是井電雙控智能控制系統(tǒng)的升級和換代。

系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：以遠(yuǎn)程智能控制電動閥開閉為管控手段，解決實(shí)際管理中的權(quán)限問題；以中國電信物聯(lián)網(wǎng)專用數(shù)據(jù)通道 （CDMA、NB-IOT制式）云數(shù)據(jù)中心為數(shù)據(jù)傳輸存儲方式，用水?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時上傳，安全性高，并打破了傳統(tǒng)的刷卡取水模式，用水?dāng)?shù)據(jù)更透明、更精確，獲取更快捷；采用太陽能自供電系統(tǒng)，滿足全年24小時不間斷供電，無需協(xié)調(diào)電力行業(yè)，僅水利行業(yè)即可自主管控執(zhí)法；橇裝式結(jié)構(gòu)，防盜、防破壞；支持流量計遠(yuǎn)程清零，便于用戶清晰了解年度用水?dāng)?shù)據(jù)；核心設(shè)備計量精度高、穩(wěn)定性好，使用壽命長。

2.與傳統(tǒng)井電雙控系統(tǒng)的對比

地下水遠(yuǎn)程智能管控系統(tǒng)與傳統(tǒng)井電雙控系統(tǒng)的對比見表1。對比可見，遠(yuǎn)程管控可對每一眼機(jī)井的用水?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時采集、精準(zhǔn)上傳，并能遠(yuǎn)程控制閥啟閉，實(shí)現(xiàn)了從“點(diǎn)對面”到“點(diǎn)對點(diǎn)”的物聯(lián)網(wǎng)精細(xì)化管理，可提供區(qū)域性地下水大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

使用地下水遠(yuǎn)程智能管控系統(tǒng)存在用電成本增加問題，原因在于管道變徑、彎頭等原因造成約5%的壓損。經(jīng)計算，安裝計量裝置后增加用電成本為2.57元/畝。針對這一問題，新疆恒勁科博測控技術(shù)有限公司已與國內(nèi)外知名流量計企業(yè)共同研發(fā)新款流量計，做到不變徑、不改變流體形態(tài)時直管段最小，比原裝置減少壓損2%～3%；按機(jī)井同口徑安裝計量裝置，做到不變徑安裝，減免增加壓損；地方政府水行政和財稅主管部門將增收的水資源費(fèi)以節(jié)水獎勵的方式補(bǔ)貼給用水戶，補(bǔ)償用戶安裝計量裝置帶來的電費(fèi)增加。此外，用水戶安裝計量裝置后，節(jié)水意識增強(qiáng)，機(jī)井取水量減少，將達(dá)到節(jié)電效果；隨著地下水管控的加強(qiáng)，地下水補(bǔ)水條件將進(jìn)一步改善，地下水位將逐步回升，在水泵功率相同的情況下，出水效率將因地下水埋藏變淺而提高，用電量將呈降低趨勢。長遠(yuǎn)來看，地下水遠(yuǎn)程智能管控系統(tǒng)的能耗劣勢也將減小，結(jié)合其眾多優(yōu)勢，是刷卡取水管理模式下井電雙控系統(tǒng)的良好升級和替代。

3.項(xiàng)目融資模式創(chuàng)新

對于新疆大部分地區(qū)來說，水利工程建設(shè)有需求，但往往缺乏資金來源。依照《取水許可和水資源費(fèi)征收管理?xiàng)l例》第三十六條“征收的水資源費(fèi)應(yīng)當(dāng)全額納入財政預(yù)算，由財政部門按照批準(zhǔn)的部門財政預(yù)算統(tǒng)籌安排，主要用于水資源的節(jié)約、保護(hù)和管理，也可以用于水資源的合理開發(fā)”，以及《新疆維吾爾自治區(qū)水資源費(fèi)征收管理辦法》第十二條水資源費(fèi)的使用范圍中明確，可以以新增水資源費(fèi)的一部分用于項(xiàng)目投資資金和后期運(yùn)維費(fèi)用的支付。如此，不僅不會增加政府的負(fù)擔(dān)、形成隱形債務(wù)，而且能夠在保質(zhì)保量完成水資源監(jiān)控能力建設(shè)的基礎(chǔ)上增加財政收入。

博樂市地下水遠(yuǎn)程智能管控系統(tǒng)項(xiàng)目成功的關(guān)鍵是創(chuàng)新的融資模式。資本方杭州市豐瑞控股有限公司會同金融機(jī)構(gòu)為新疆推廣應(yīng)用地下水遠(yuǎn)程智能管控系統(tǒng)籌措資金25億元，博樂市瑞博水利工程有限公司于2017年一次性投資3 950.21萬元，博樂市原農(nóng)業(yè)水利局（現(xiàn)水利局）每年從增收的水資源費(fèi)中向其支付600萬～700萬元技術(shù)服務(wù)費(fèi)，按照技術(shù)協(xié)議，確保系統(tǒng)10年內(nèi)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

三、博樂市地下水遠(yuǎn)程智能管控系統(tǒng)使用效果

表1 井電雙控系統(tǒng)與地下水遠(yuǎn)程智能管控系統(tǒng)的對比

博樂市地下水遠(yuǎn)程智能管控系統(tǒng)上線投入使用至今，數(shù)據(jù)上傳及時準(zhǔn)確，累積管理執(zhí)法200余次，配合用戶維修機(jī)電井400余次，流量數(shù)據(jù)上傳準(zhǔn)確率、信號覆蓋率、遠(yuǎn)程執(zhí)法成功率均為100%，用水季節(jié)監(jiān)控點(diǎn)動態(tài)上線率98%以上。

經(jīng)過2017年下半年和2018年全年的作物生長供水周期運(yùn)行，在確保全市市政、生活、工業(yè)用水和6個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)、場）85萬畝農(nóng)田灌溉井供水的基礎(chǔ)上，保持水資源費(fèi)和機(jī)電井?dāng)?shù)量不變，僅通過安裝地下水遠(yuǎn)程智能管控系統(tǒng)，就初步實(shí)現(xiàn)了減少地下水開采、水資源費(fèi)“應(yīng)收盡收”的目標(biāo)。全市1 297眼機(jī)電井2016—2018年實(shí)際供水量分別為 2.10億 m3、1.99億m3、1.94 億 m3，2018 年地下水開采量比2016年減少 0.16億 m3；2017年實(shí)際計收水資源費(fèi)1 100萬元，2018年系統(tǒng)安裝完成后實(shí)際計收水資源費(fèi)2 200萬元，并追收2017年水資源費(fèi)1 200萬元。

地下水遠(yuǎn)程智能管控系統(tǒng)使博樂市原農(nóng)業(yè)水利局（現(xiàn)水利局）及所屬鄉(xiāng)（鎮(zhèn)、場）水管所掌握了水資源的實(shí)際使用情況，為水資源管控提供了有力抓手，管理和執(zhí)法效率大幅提高，用水信息化效果充分體現(xiàn)；水資源費(fèi)計收規(guī)模大幅上升，計收成本大幅下降。用水戶安裝計量設(shè)施后，能夠主動控制用水量，節(jié)水意識增強(qiáng)。

系統(tǒng)核心裝置已獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局授予的2項(xiàng)實(shí)用新型專利技術(shù)認(rèn)證和新疆維吾爾自治區(qū)新產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證，研發(fā)企業(yè)主創(chuàng)人員起草制定了新疆維吾爾自治區(qū)地方標(biāo)準(zhǔn)《橇裝式 （農(nóng)業(yè)）水計量遠(yuǎn)程管控裝置》（DB65/T 4000—2017），是全國首個水計量遠(yuǎn)程管控裝置地方標(biāo)準(zhǔn)。