疏勒河灌區(qū)信息化量測設(shè)施應(yīng)用實踐

郭亞軍，趙國榮

（1.甘肅省疏勒河流域水資源局，735211，玉門；2.甘肅水務(wù)節(jié)水科技發(fā)展有限責(zé)任公司，730000，蘭州）

一、疏勒河流域概況

疏勒河地處甘肅西北，位于河西走廊西端，廣義的疏勒河流域由位于河西走廊南部的蘇干湖水系和北部的疏勒河水系兩部分組成。 狹義的疏勒河流域主要指疏勒河干流， 全長670 km，內(nèi)轄昌馬、雙塔、花海三大灌區(qū)。 本文主要以狹義的疏勒河灌區(qū)為研究對象, 通過梳理灌區(qū)內(nèi)的信息化計量手段，分析存在的問題，結(jié)合農(nóng)業(yè)灌溉要達(dá)到“計量到戶、按方收費”的目標(biāo)，為疏勒河灌區(qū)乃至全國灌區(qū)量測和水利信息化提供基礎(chǔ)依據(jù)。

二、灌區(qū)控制系統(tǒng)運(yùn)行存在的問題及解決策略

1.存在的問題

疏勒河灌區(qū)通過現(xiàn)有的2 000 余座斗口以上各類閘門對134.42 萬畝（1畝=1/15 hm2，下同）耕地進(jìn)行全年輸配水調(diào)度任務(wù)。 這些閘門中，少部分已接入信息化系統(tǒng)， 實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和計量， 但仍有大部分以人工螺桿啟閉平板閘門為主， 利用斷面人工觀測水位并利用率定的水位流量關(guān)系曲線查算輸水流量。 由于灌區(qū)面積大、控制節(jié)點多，且大多無輸電線路通達(dá)，遠(yuǎn)程控制難度較大。 此外，計量手段也比較落后，在信息化程度不高或未建成時期，灌區(qū)水資源管理、量水、測水主要靠人力和經(jīng)驗，數(shù)據(jù)收集不完整，時效性差。 這種依靠配水員手動操作和目測經(jīng)驗在灌區(qū)內(nèi)進(jìn)行分水控制和測流計量的方式，影響了灌區(qū)管理的整體水平和效率，與灌區(qū)信息化建設(shè)要求差距較大。

2.解決策略

疏勒河灌區(qū)在灌區(qū)水資源優(yōu)化配置方面進(jìn)行了積極探索。2008 年前后，建成了疏勒河流域最早的流域水情調(diào)度信息化系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)了對昌馬水庫、雙塔水庫、赤金峽水庫的聯(lián)合調(diào)度，還可對灌區(qū)內(nèi)的地下水進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，具有防洪預(yù)報、用水計量等綜合功能，為疏勒河流域進(jìn)行信息化改造奠定了基礎(chǔ)。 2012 年，灌區(qū)引進(jìn)TCC 閘控系統(tǒng)，之后又進(jìn)行了部分斗口計量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的改造。2017 年，按照“升級改造、填平補(bǔ)齊、整合集成”的原則對整體信息化建設(shè)進(jìn)行了軟硬件提升改造。 通過對存在問題的分析以及現(xiàn)有經(jīng)驗的總結(jié)，要實現(xiàn)灌區(qū)水資源優(yōu)化配置，提高灌區(qū)用水效率和效益， 必須選擇合理的自動化手段，對灌區(qū)渠道中的分水閘、節(jié)制閘、管道等主要控制設(shè)施進(jìn)行改造。通過對各個控制設(shè)施的自動化改造，結(jié)合自動化的計量手段，采用各家設(shè)備，形成“百家爭鳴、各取所優(yōu)、優(yōu)勝劣汰”的局面，最終達(dá)到農(nóng)業(yè)灌溉要求的“計量到戶、按方收費”的目標(biāo)。

三、方案設(shè)計

1.總體方案

依據(jù)灌區(qū)目前的建設(shè)實際和遠(yuǎn)程控制措施、計量手段不足的實際，擬對灌區(qū)控制節(jié)點不同流量和邊界條件選取不同的控制和計量手段， 確保灌區(qū)在可行的技術(shù)手段下最大限度地解放人力，實現(xiàn)節(jié)約水資源的目的。

2.相應(yīng)量測手段應(yīng)用

（1）TCC 系統(tǒng)

自2012 年開始，在昌馬灌區(qū)南干渠、南干二分干渠，引入TCC 測控一體化閘門72 套， 控制灌溉面積近10萬畝。 主要實現(xiàn)了對相應(yīng)閘門節(jié)點上游、下游以及過閘流量、閘門開度的全自動化控制和信息采集， 由傳統(tǒng)管理向智慧管理轉(zhuǎn)變， 同時通過精準(zhǔn)計量和全渠道控制， 提高了農(nóng)業(yè)灌溉水的利用率， 為提升灌區(qū)現(xiàn)代化和流域綜合管理水平起到了很好的示范作用。

（2）基于閘后流量的精準(zhǔn)閉環(huán)自動化控制系統(tǒng)

基于閘門傳統(tǒng)遠(yuǎn)程自動化控制運(yùn)行中存在的問題及相應(yīng)情況分析，對于傳統(tǒng)閘門進(jìn)行全部更換顯然不現(xiàn)實。疏勒河灌區(qū)在自有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提出并建設(shè)了基于閘后流量的精準(zhǔn)閉環(huán)自動化控制系統(tǒng)，在雙塔及昌馬灌區(qū)實現(xiàn)了24 套灌區(qū)閘門的自動化控制， 覆蓋灌溉面積6.8 萬畝。 從運(yùn)行效果來看，該系統(tǒng)具有監(jiān)測流量、控制閘門開度和遠(yuǎn)程通信等功能， 水位計量更加精準(zhǔn)，閘門開度控制誤差更小，提高了灌區(qū)運(yùn)行響應(yīng)能力，做到了及時準(zhǔn)確調(diào)節(jié)渠系流量，有效快速執(zhí)行配水任務(wù)，克服了人工操作帶來的不準(zhǔn)確因素，同時大大降低了工作人員的勞動強(qiáng)度，進(jìn)一步提升了灌區(qū)現(xiàn)代化管理水平。

（3）基于磁致伸縮液位計量的量測系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由液位采集傳感器與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成，可提供高速、可靠和精確的數(shù)據(jù)處理與通信。 2015年6 月， 在昌馬灌區(qū)東干渠選擇10個計量點開展斗口計量實時監(jiān)控系統(tǒng)試點工作；2016 年4 月， 在昌馬灌區(qū)的西干渠， 雙塔灌區(qū)的總干渠、南干渠又增加31 個計量點擴(kuò)大試點。在試點基礎(chǔ)上， 灌區(qū)內(nèi)共建成了698個斗口計量實時在線監(jiān)測系統(tǒng)，在干渠渠首、 監(jiān)測斷面安裝了28 套雷達(dá)水位計，根據(jù)各種設(shè)備性能和工作原理，率定流量關(guān)系曲線，將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)叫畔⒖刂浦行模?可實現(xiàn)121 萬畝農(nóng)田灌溉用水的自動觀測、自動傳輸、自動存儲以及電腦、手機(jī)APP 終端查閱水情功能。

（4）其他量測系統(tǒng)

疏勒河灌區(qū)在實施現(xiàn)代化量測的過程中，進(jìn)行了大量探索，除以上量測手段建設(shè)外，還引進(jìn)了一體化超聲波遙測水位計和管道電磁流量計，前者需要在標(biāo)準(zhǔn)斷面上施工，利用已有的標(biāo)準(zhǔn)斷面，結(jié)合自身自動化測量水位的優(yōu)勢，通過內(nèi)置計量系統(tǒng)可實現(xiàn)精準(zhǔn)計量。 后者主要是針對小流量又無標(biāo)準(zhǔn)斷面的建設(shè)條件，通過渠道改管道，利用管道目前現(xiàn)有的成熟計量技術(shù)，實現(xiàn)計量的目的。

四、信息化建設(shè)歷程

疏勒河灌區(qū)十余年的灌區(qū)信息化系統(tǒng)工程建設(shè)歷經(jīng)四個階段，逐步實現(xiàn)了向現(xiàn)代化灌區(qū)的轉(zhuǎn)變。 其中第一、二階段為實驗和探索階段，第三、四階段為應(yīng)用和總結(jié)階段。

1.第一階段：信息化系統(tǒng)起步階段（2008—2014 年）

自2008 年起，以信息采集、大型數(shù)據(jù)庫、3S、 三維仿真及決策支持系統(tǒng)為核心技術(shù)，對流域灌區(qū)進(jìn)行了信息化系統(tǒng)一期工程建設(shè)，建立了局調(diào)度中心、灌區(qū)管理處分中心及以管理所為主的三級管理信息化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，建成66 處192 孔閘門自動監(jiān)控和412 處灌區(qū)用水自動采集及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，形成了昌馬水庫、雙塔水庫、赤金峽水庫聯(lián)合調(diào)度， 灌區(qū)內(nèi)水情系統(tǒng)、防洪預(yù)報等系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行的灌區(qū)信息化平臺。 系統(tǒng)建成投入運(yùn)行以來， 灌區(qū)由傳統(tǒng)管理向信息化邁進(jìn)，開啟了灌區(qū)管理新征程，為信息化發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。 但由于設(shè)計缺陷、硬件設(shè)備更新及計算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，所建信息化系統(tǒng)不能滿足灌區(qū)發(fā)展新要求， 部分軟硬件設(shè)備閑置，功能喪失。2012 年，借助“水聯(lián)網(wǎng)多水源實時調(diào)度與過程控制技術(shù)”科研項目，在昌馬灌區(qū)南干渠管理所引進(jìn)安裝澳大利亞潞碧墾公司測控一體化閘門9 孔， 進(jìn)行原位觀測試驗示范，經(jīng)過3 個月的運(yùn)行調(diào)試試驗和參數(shù)率定，測控一體化閘門逐步適應(yīng)了疏勒河渠道斷面小、 流速快的運(yùn)行方式，從此在疏勒河灌區(qū)落地生根。

2.第二階段：信息化試點建設(shè)階段（2015—2016 年）

2015—2016 年，通過“敦煌規(guī)劃”項目， 再次引進(jìn)安裝54 孔測控一體化閘門，在昌馬灌區(qū)南干渠管理所進(jìn)行節(jié)水灌溉試點示范。 在運(yùn)行過程中，設(shè)備整體運(yùn)行穩(wěn)定，減輕了管理人員的勞動強(qiáng)度，極大提高了計量精度。 與此同時，借鑒昌馬南干渠測控一體化閘門成功經(jīng)驗， 于2015 年6月在昌馬灌區(qū)東干渠選擇10 個計量點開展斗口計量實時監(jiān)控系統(tǒng)試點工作，2016 年4 月在昌馬灌區(qū)的西干渠，雙塔灌區(qū)的總干渠、南干渠又增加31 個計量點擴(kuò)大試點。 在試點取得成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過實施疏勒河灌區(qū)信息化系統(tǒng)斗口水量實時監(jiān)測與閘門自動控制系統(tǒng)建設(shè)項目，完成斗口磁致伸縮水位計計量點133套，24 處斗口閘門測控一體化工程，并保留和整合原有信息自動化系統(tǒng)，初步建成了疏勒河灌區(qū)的 “第二代”信息化系統(tǒng)。

3.第三階段：信息化改造升級推廣運(yùn)用階段（2016—2017 年）

在“第二代”灌區(qū)信息化建設(shè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改造完善，推廣應(yīng)用，先后通過實施斗口水量實時監(jiān)測與閘門自動控制系統(tǒng)建設(shè)項目和斗口計量設(shè)施更新改造及實時在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)項目，在雙塔、赤金峽水庫水位和骨干渠道斷面安裝28 處雷達(dá)水位計監(jiān)測點和698 個斗口計量實時在線監(jiān)測點， 121 萬畝農(nóng)田灌溉用水實現(xiàn)水情實時在線監(jiān)測， 覆蓋灌區(qū)總灌溉面積的90%以上， 全面實現(xiàn)了從渠首到末級渠系實時準(zhǔn)確計量、水管人員隨時監(jiān)測水情、用水戶即時自主查詢用水情況的建設(shè)目標(biāo)。 2017 年再次對昌馬南干渠末端未覆蓋區(qū)域安裝12 孔測控一體化閘門， 全面覆蓋了昌馬南干渠7.38萬畝的農(nóng)業(yè)灌溉面積，實現(xiàn)全自動化監(jiān)測與控制。

4.第四階段：灌區(qū)信息化完善整合提升階段（2017 至今）

為了實現(xiàn)灌區(qū)信息化統(tǒng)一管理，2017 年10 月，按照“一張圖、一個庫、一個門戶”的高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計目標(biāo)實施了敦煌規(guī)劃疏勒河干流水資源監(jiān)測和調(diào)度管理信息系統(tǒng)建設(shè)項目，對現(xiàn)有的疏勒河灌區(qū)信息化系統(tǒng)進(jìn)行升級、改造與完善，并集成近年建成的斗口水量實時監(jiān)測系統(tǒng)、昌馬灌區(qū)南干渠測控一體化閘門系統(tǒng)以及水權(quán)交易平臺等系統(tǒng)，建成了水信息業(yè)務(wù)統(tǒng)一管理綜合管控平臺。

五、實施效益

1.提升了管理水平，實現(xiàn)水量精準(zhǔn)調(diào)配

疏勒河灌區(qū)經(jīng)過十余年的建設(shè)，建成了基于斗口水量計量的實時監(jiān)測系統(tǒng)和測控一體化閘門系統(tǒng)，使灌區(qū)管理逐步實現(xiàn)由傳統(tǒng)向信息化、智能化轉(zhuǎn)變，灌區(qū)自動化灌溉報表的應(yīng)用，加快了數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析、匯總效率，提高了數(shù)據(jù)采集和提取的精確性和可靠度。 灌區(qū)信息化的推廣應(yīng)用也改善了工作環(huán)境，全面提高了灌區(qū)管理水平和工作質(zhì)量。同時利用自動化管理系統(tǒng)， 提高了水資源調(diào)度能力和灌區(qū)用水效率。灌區(qū)信息化建成以后，全面實現(xiàn)了從水庫源頭到田間地頭水情信息的實時監(jiān)測和記錄，達(dá)到了隨時隨地掌握工程運(yùn)行工況，大大提高了水資源調(diào)度的準(zhǔn)確性、時效性。

2.減少了用水矛盾，促進(jìn)了灌區(qū)的和諧發(fā)展

設(shè)施設(shè)備精準(zhǔn)，計量準(zhǔn)確，減少了灌區(qū)用水矛盾糾紛，實現(xiàn)了厘米級向毫米級的跨越，切實為灌區(qū)水資源科學(xué)調(diào)度和節(jié)約用水提供了信息化技術(shù)保障和支撐。 通過深化“陽光水務(wù)”，廣泛推行“互聯(lián)網(wǎng)+水務(wù)管理”，不斷優(yōu)化供水服務(wù)，普及斗口水量實時在線監(jiān)測系統(tǒng)， 采取微信公眾平臺、手機(jī)短信和APP 等方式，及時通知用水戶灌水繳費，通知協(xié)會進(jìn)行渠道維修、灌溉管理、水務(wù)公開等各項管理工作，快速方便解決了協(xié)會管理和農(nóng)戶用水中出現(xiàn)的分歧，用水戶查詢水量、水費信息更加方便，確保灌區(qū)群眾用“明白水”，交“放心錢”,促進(jìn)了灌區(qū)的和諧發(fā)展。 ■