疏勒河灌區(qū)遠(yuǎn)程閘門(mén)聯(lián)合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)想

張輝萍

（甘肅省疏勒河流域水資源局，甘肅玉門(mén)735211）

1 灌區(qū)概況

疏勒河流域位于甘肅省河西走廊西端，流域面積4.13萬(wàn)km2，平均年降水量47～63 mm，年蒸發(fā)量2 897～3 042 mm，年平均氣溫6.9～8.8℃，屬于典型的內(nèi)陸干旱性氣候。流域年水資源總量為11.31億m3，灌區(qū)內(nèi)有昌馬、雙塔、赤金峽3座水庫(kù)，總庫(kù)容4.722億m3。承擔(dān)著玉門(mén)市、瓜州縣22個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、6個(gè)國(guó)營(yíng)農(nóng)場(chǎng)8.96萬(wàn)hm2耕地的農(nóng)業(yè)灌溉任務(wù)。

2 灌區(qū)現(xiàn)狀

2.1 汛期運(yùn)行

疏勒河灌區(qū)有昌馬、雙塔、赤金峽3座水庫(kù)，總庫(kù)容4.722億m3；干渠17條445.86 km，支干渠11條116.77 km，支渠120條548.10 km。已建成全灌區(qū)各分水口水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)表自動(dòng)計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視、遠(yuǎn)程閘門(mén)自動(dòng)控制。但是，在汛期為了保障灌溉行水及渠道運(yùn)行安全，灌區(qū)各分水口都必須24 h人工值守。尤其是昌馬水庫(kù)，2019年汛期最大日均來(lái)水流量400 m3/s，下游昌馬渠首下泄生態(tài)水量4.39億m3。為保證汛期防汛、灌溉工作有序進(jìn)行，值班工作責(zé)任重大，在有洪水入庫(kù)時(shí)，水庫(kù)管理所及上級(jí)管理部門(mén)都要通宵值班，以確保洪水順利削峰下瀉，降低庫(kù)水位。

2.2 調(diào)度流程

在調(diào)度權(quán)限內(nèi)，進(jìn)入初汛期、主汛期時(shí)人工計(jì)算下瀉水量，預(yù)泄騰庫(kù)準(zhǔn)備防洪。灌溉調(diào)度過(guò)程是由最末端匯集到最頂端后，再由最頂端分配到最末端的過(guò)程，加之上報(bào)需水量必須要提前一天，并要與各方協(xié)調(diào)、保證輸水安全的同時(shí)確定輸水量，調(diào)度過(guò)程占用了大量的時(shí)間與精力。

3 遠(yuǎn)程閘門(mén)聯(lián)合監(jiān)控系統(tǒng)

疏勒河開(kāi)發(fā)完成的水信息綜合管理系統(tǒng)、地表水資源優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)、遠(yuǎn)程閘門(mén)控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)都只能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單獨(dú)運(yùn)行，不能進(jìn)行綜合利用。因此，開(kāi)發(fā)一套一體化管控平臺(tái)，將現(xiàn)在的閘門(mén)監(jiān)控、水情測(cè)報(bào)、大壩安全監(jiān)測(cè)等業(yè)務(wù)統(tǒng)一應(yīng)用起來(lái)，進(jìn)行聯(lián)合自動(dòng)監(jiān)控，并在一張圖的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)閘門(mén)、水情、安全監(jiān)測(cè)、視頻等各類(lèi)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的綜合調(diào)度、綜合分析、綜合應(yīng)用十分必要。既能有效提高灌區(qū)智能化管理水平，又能減少灌溉行水期間值班人員及管理所工作人員的工作強(qiáng)度。

2012年已建設(shè)完成的昌馬南干渠全渠道控制系統(tǒng)運(yùn)行良好，2016年采用閉環(huán)控制技術(shù)建設(shè)完成的24套斗口閘門(mén)運(yùn)行工況良好，2018年增加了33孔閉環(huán)控制閘門(mén)。在閉環(huán)控制技術(shù)中利用閘后流量反饋逐漸逼近閘門(mén)控制目標(biāo)流量的方法中，閘后流量與目標(biāo)流量的偏差在5%以內(nèi)，能夠滿足灌區(qū)灌溉行水的精度要求。

遠(yuǎn)程閘門(mén)聯(lián)合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)是一套綜合應(yīng)用系統(tǒng)，將疏勒河灌區(qū)全部的灌溉調(diào)度業(yè)務(wù)用計(jì)算機(jī)來(lái)完成，系統(tǒng)中應(yīng)有灌溉作物面積的收集上報(bào)、來(lái)水量預(yù)測(cè)、水量平衡分析、灌溉計(jì)劃的制定等前期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集；應(yīng)用現(xiàn)有的地表水監(jiān)測(cè)、水信息綜合管理、遠(yuǎn)程閘門(mén)控制、視頻監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)整合開(kāi)發(fā)，并與防汛、灌溉調(diào)度運(yùn)行方案、工程運(yùn)行管理原則緊密結(jié)合，精確分析預(yù)測(cè)河源來(lái)水量，建立可靠、高效的運(yùn)行調(diào)度方案，為灌溉調(diào)度服務(wù)。

閘門(mén)聯(lián)合監(jiān)控系統(tǒng)基本功能應(yīng)該包含全年水量遠(yuǎn)程閘門(mén)聯(lián)合調(diào)度方案、應(yīng)急遠(yuǎn)程閘門(mén)聯(lián)合監(jiān)控方案、遠(yuǎn)程閘門(mén)聯(lián)合監(jiān)控方案評(píng)價(jià)等；還要能自動(dòng)生成昌馬、雙塔、花海分灌區(qū)分所段的局部調(diào)度方案，在系統(tǒng)中設(shè)置權(quán)限管理，分灌區(qū)與所段的調(diào)度方案要有上級(jí)部門(mén)批準(zhǔn)才能執(zhí)行。系統(tǒng)中既要有全自動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)控方案，又要有手動(dòng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單個(gè)控制模式，以便人為干預(yù)處理突發(fā)狀況。

3.1 全年監(jiān)控方案

全年調(diào)度控制方案要以多年人工調(diào)度運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)為主，在地表水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水信息系統(tǒng)、閘門(mén)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，根據(jù)水庫(kù)來(lái)水及庫(kù)存水量和三大灌區(qū)的用水需求，依據(jù)水量分配規(guī)則，運(yùn)用水量分配模型，平衡用水戶與水源之間的供需矛盾后，在聯(lián)合自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中自動(dòng)制定出科學(xué)有效的全年配水計(jì)劃。再按照時(shí)段和配水量分級(jí)逐層下發(fā)到灌區(qū)各分水口閘門(mén)，用聯(lián)合自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度指令來(lái)遠(yuǎn)程執(zhí)行。制定全年水量分配方案要以“總量控制、定額管理”為原則，以滿足灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉需水為目標(biāo)，以保證灌區(qū)和協(xié)發(fā)展為藍(lán)圖，以創(chuàng)造出人與自然和諧共存、生態(tài)友好畫(huà)面為前景。在制定系統(tǒng)蓄、調(diào)、引、灌、排水計(jì)劃時(shí)，要充分考慮提高渠系利用率，核對(duì)水量對(duì)口率，以保證計(jì)劃準(zhǔn)確執(zhí)行。以年初制定的調(diào)度控制方案來(lái)執(zhí)行年內(nèi)配水方案，可減少突變情況時(shí)人為不理智、不科學(xué)的調(diào)度決策，杜絕調(diào)度失誤的發(fā)生幾率，提高灌溉水利用率，增加生態(tài)水排放量，促進(jìn)疏勒河灌區(qū)生態(tài)環(huán)境友好發(fā)展新局面的形成。

3.2 應(yīng)急監(jiān)控方案

應(yīng)急遠(yuǎn)程閘門(mén)聯(lián)合自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)是在接到水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)反饋的險(xiǎn)情警報(bào)、安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)反饋的安全險(xiǎn)情或接到特殊調(diào)度要求時(shí)，針對(duì)險(xiǎn)情采取的應(yīng)急調(diào)度措施，是根據(jù)相應(yīng)的應(yīng)急調(diào)度預(yù)案發(fā)布應(yīng)急調(diào)度指令，用來(lái)排除不同險(xiǎn)情的遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)控制方案。

應(yīng)急閘門(mén)聯(lián)合監(jiān)控需要人為干預(yù)調(diào)整配水方案，要在全年調(diào)度方案的基礎(chǔ)上編制全線安全可行的水量調(diào)度指令并統(tǒng)一遠(yuǎn)程控制，調(diào)度方案要在保證工程安全的情況下，準(zhǔn)時(shí)把灌溉水輸送到農(nóng)田，并保證下游生態(tài)用水量的需求。應(yīng)急調(diào)度功能是水調(diào)業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)的難點(diǎn)和關(guān)鍵，既要保證輸水，還要保證安全，同時(shí)要綜合考慮電站發(fā)電、工程維修等多種因素，應(yīng)急閘門(mén)聯(lián)合自動(dòng)監(jiān)控權(quán)限等級(jí)要高于全年調(diào)度控制方案等級(jí)，以便應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況。

應(yīng)急遠(yuǎn)程閘門(mén)聯(lián)動(dòng)調(diào)度的工作流程應(yīng)該是數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、信息錄入、匯總上報(bào)，水量分配方案報(bào)批、調(diào)度方案和指令生成、下發(fā)，執(zhí)行情況的監(jiān)視分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)匯總等。利用遠(yuǎn)程閘門(mén)聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)完成調(diào)度工作，不僅可以提高工作效率，而且可以增加調(diào)度工作的規(guī)范化、程序化、自動(dòng)化。

4 監(jiān)控方案評(píng)價(jià)

遠(yuǎn)程閘門(mén)聯(lián)合監(jiān)控方案評(píng)價(jià)功能應(yīng)利用評(píng)價(jià)模型和評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行事后評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)內(nèi)容包括輸水能力、輸水效率、調(diào)度效果、用戶滿意程度、工程安全和維護(hù)、用水需求、供水保障率、計(jì)劃執(zhí)行情況、水量損失、收益率等，評(píng)價(jià)結(jié)果用于滾動(dòng)修正遠(yuǎn)程閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度方案，最終修正出最符合疏勒河灌區(qū)的調(diào)度運(yùn)行方案。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)渠系閘門(mén)的有效監(jiān)控和渠系水量的優(yōu)化配置，在遠(yuǎn)程閘門(mén)聯(lián)合監(jiān)控調(diào)度軟件的支持下，能夠?qū)崿F(xiàn)全流域自動(dòng)按需配水，提高渠系水利用系數(shù)，縮短供水時(shí)間，減少行水期值班人員工作強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)渠系水量按需、按時(shí)、穩(wěn)定供水，為用水戶提供安全、公平、可靠、靈活的供水服務(wù)，提高灌區(qū)民生水利的需求。通過(guò)對(duì)渠系閘門(mén)的有效監(jiān)控和灌區(qū)渠系水量的優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)了閘門(mén)的遠(yuǎn)程聯(lián)合自動(dòng)監(jiān)控，提高了疏勒河灌區(qū)調(diào)度工作的數(shù)字化、信息化、智能化，有利于推進(jìn)疏勒河現(xiàn)代化灌區(qū)建設(shè)。