疏勒河大數(shù)據(jù)智慧灌區(qū)建設(shè)探討

張輝萍

（甘肅省疏勒河流域水資源局，甘肅玉門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km2，年平均降水量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、赤金峽三座水庫，總庫容4.722億m3，承擔(dān)著玉門市、瓜州縣22 個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、6 個國營農(nóng)場8.96 萬hm2耕地的農(nóng)業(yè)灌溉任務(wù)，是甘肅省百萬畝以上大型自流灌區(qū)之一。

2 灌區(qū)現(xiàn)狀

2.1 灌區(qū)物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀

疏勒河灌區(qū)已建設(shè)完成現(xiàn)地閘門遠(yuǎn)程控制33孔，地表水監(jiān)測27 處，地下水監(jiān)測15 處，泉水監(jiān)測2 處，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視終端34 處，植被監(jiān)測點6 處；開發(fā)完成了地表水資源優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)、閘門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)、水信息綜合管理系統(tǒng)、地下水監(jiān)測系統(tǒng)、綜合效益評價系統(tǒng)、水權(quán)交易系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)等8 個子系統(tǒng)和移動應(yīng)用及微信平臺；并將2015 年、2016 年陸續(xù)建設(shè)完成的698 個斗口水量監(jiān)測點、24 處斗口測控一體化閘門系統(tǒng)、雙塔水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)、各水庫及各干渠主要分水口網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視、16 處雷達(dá)監(jiān)測斷面信息集成到了信息平臺。各監(jiān)測點通過230 km 傳輸鏈路或VPN 將監(jiān)測數(shù)據(jù)匯聚到信息中心數(shù)據(jù)庫，結(jié)合灌區(qū)GIS 電子地圖與8 個子系統(tǒng)綜合展示，形成交互應(yīng)用的業(yè)務(wù)操作界面，建成了一張網(wǎng)、一張圖、一個庫、一個門戶的物聯(lián)網(wǎng)信息化系統(tǒng)。

2.2 灌區(qū)防汛調(diào)度現(xiàn)狀

灌區(qū)有昌馬、雙塔、赤金峽3 座水庫，3 座水庫水位、出庫流量都用雷達(dá)水位計監(jiān)測，庫容是根據(jù)庫水位、庫容關(guān)系曲線獲得，進(jìn)庫流量是根據(jù)庫容差來推算，進(jìn)庫流量的動態(tài)變化沒有監(jiān)測條件，在汛期若出現(xiàn)大的洪峰流量也只能等水文站工作人員上報到酒泉市防汛辦后再由防汛辦值班員電話通知。另外，水庫調(diào)度運行計劃中年初預(yù)測來水量與實際年來水量相差很大，預(yù)測來水量對水庫調(diào)度沒有任何參考價值。因此，汛期水庫防汛調(diào)度實際上沒有依據(jù)可詢，只能根據(jù)水位上漲或回落趨勢及經(jīng)驗來判斷。

3 智能分析系統(tǒng)

根據(jù)昌馬峽、潘家莊水文站歷史水文數(shù)據(jù)，灌區(qū)地下水觀測資料和地表水、地下水、泉水等監(jiān)測設(shè)備采集的數(shù)據(jù)，利用云計算大數(shù)據(jù)理論，增強信息的準(zhǔn)確性、實時性、共享性，用智能模型分析等技術(shù)實現(xiàn)河源來水量預(yù)測分析、水質(zhì)安全分析、灌區(qū)作物生態(tài)評價等，為及時掌握洪峰流量狀態(tài)、發(fā)布預(yù)警信息、適時采取必要的調(diào)控手段等提供科學(xué)依據(jù)，同時也為灌區(qū)生態(tài)平衡分析應(yīng)用及決策提供技術(shù)支撐。

3.1 云計算服務(wù)器功能

疏勒河灌區(qū)有3 個基層灌區(qū)管理處，在灌區(qū)業(yè)務(wù)管理中數(shù)據(jù)上報、更新維護(hù)是由不同部門分別進(jìn)行的，各部門之間相對封閉，可數(shù)據(jù)又是交叉應(yīng)用的。在統(tǒng)計匯總數(shù)據(jù)時因為數(shù)據(jù)的來源不同，信息之間會出現(xiàn)相互矛盾的情況，給下一步工作造成困難，需要占用大量的時間和精力來核對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

疏勒河灌區(qū)2018 年完成了160 臺云桌面電腦建設(shè)，是灌區(qū)云計算技術(shù)的開端，若將灌區(qū)所有的灌溉、防汛、工程及其他各種類型的數(shù)據(jù)存入服務(wù)器，需要時按需取用，形成“一數(shù)一源”，既可以增強信息資源的共享利用，加快工作進(jìn)程，又可以提高領(lǐng)導(dǎo)的綜合決策能力。提高云桌面服務(wù)器功能，建立汛情旱情信息、水量水質(zhì)信息、水環(huán)境信息和水利工程信息等，并與相關(guān)行業(yè)共享氣象信息、地理地質(zhì)信息、社會經(jīng)濟(jì)信息。在服務(wù)器中建立豐富的信息源，強化數(shù)據(jù)整合，促進(jìn)信息共享，建設(shè)有序共享的水利信息資源體系，逐步提高疏勒河多元化采集、主體化匯聚和知識化分析的大數(shù)據(jù)能力。

3.2 大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用

借助地表水優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)、灌溉調(diào)度運行計劃，水資源配置管理和流域水資源綜合效益評價系統(tǒng)；基于服務(wù)器中昌馬峽、潘家莊水文站65 年歷史水文資料和信息化系統(tǒng)監(jiān)測地表水、地下水、泉水?dāng)?shù)據(jù)、攝像頭圖像、植被監(jiān)測影像等各類設(shè)備所采集的信息；系統(tǒng)自動計算出的水庫出庫水量、調(diào)水量、灌溉用水量、水庫生態(tài)水排放量、通過雙塔西湖北河口斷面的生態(tài)水排放量等各類信息資源，利用大數(shù)據(jù)理論，建立完善的數(shù)據(jù)自動分析體系，將各類豐富的水利信息數(shù)據(jù)開發(fā)和利用。用大數(shù)據(jù)理論來不斷優(yōu)化分析，隨時更新水庫、灌溉調(diào)度運行計劃，使全流域水資源調(diào)度隨時使用最佳方案，使灌區(qū)農(nóng)作物適時適量的得到灌溉水，達(dá)到作物增產(chǎn)增收的目的，提高經(jīng)濟(jì)效益。加強大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的維護(hù)管理，隨時更新系統(tǒng)信息，為灌區(qū)管理更新發(fā)展服務(wù)，整個系統(tǒng)將是灌區(qū)最核心的生存和發(fā)展的戰(zhàn)略資源庫。

3.3 智能分析模型

疏勒河灌區(qū)已建成的信息化系統(tǒng)基本覆蓋了灌區(qū)灌溉業(yè)務(wù)，但只能完成業(yè)務(wù)處理，應(yīng)利用65 年的水文數(shù)據(jù)建立智能分析模型來預(yù)測疏勒河灌區(qū)河源來水量，提高預(yù)測準(zhǔn)確率，為防汛調(diào)度提供決策支持能力，使防汛調(diào)度從被動響應(yīng)向主動預(yù)警轉(zhuǎn)變，從經(jīng)驗判斷向科學(xué)決策轉(zhuǎn)變。

3.3.1 智能分析預(yù)測疏勒河來水量 疏勒河河水補給主要來源于冰川融水和降雨，年平均徑流量10.31 億m3，干流全長670 km，昌馬峽以上干流長346.45 km，屬祁連山區(qū)，冰川分布面積456.46 km2，年融水量約2.77 億m3，占疏勒河（昌馬峽站）全年徑流量的26.9%，是徑流的主要補給區(qū)。流域內(nèi)降水的分布由南向北、由東向西逐漸遞減，降水的年內(nèi)分布也極不均勻，主要集中在6—8 月，年均降水量只有47.4～56 mm，補給量很少。應(yīng)在云服務(wù)器中建立氣象、冰川系列數(shù)據(jù)，與昌馬峽、潘家莊歷史數(shù)據(jù)綜合，智能分析河源來水量，提高來水量預(yù)測準(zhǔn)確率，為灌區(qū)灌溉、防汛調(diào)度提供依據(jù)。

3.3.2 智能分析流域水資源轉(zhuǎn)化過程 昌馬水庫洪水經(jīng)河道流出山外進(jìn)入山前戈壁洪積扇后，地表洪水大量滲漏補給地下水，地下水又在適當(dāng)條件下以泉水形式溢出地面，變?yōu)榈乇硭?，成為下游灌區(qū)河水的主要補給來源，是“河水—地下水—泉水—河水”的轉(zhuǎn)化過程。2019 年昌馬渠首下泄生態(tài)水量4.39 億m3，灌區(qū)2019 年灌溉斗口引水量6.7 億m3，雙塔水庫下泄生態(tài)水量1.67 億m3。灌區(qū)建設(shè)有58 眼地下水觀測井，井網(wǎng)分布合理，還有長期觀測資料。同時在2004 年建設(shè)了地下水均衡場，可對灌溉補給、降雨補給、滲漏蒸發(fā)等地表水與地下水的轉(zhuǎn)化過程進(jìn)行定量觀測、分析。根據(jù)以上數(shù)據(jù)和地形地貌特征、灌區(qū)作物種類、戈壁植被生長情況，用大數(shù)據(jù)理論智能分析流域水資源轉(zhuǎn)化過程，提高灌區(qū)灌溉有效利用系數(shù)，降低作物灌溉定額，增加生態(tài)水排放量。

4 結(jié)語

利用高速發(fā)展的信息技術(shù)，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)協(xié)同化、防汛調(diào)度科學(xué)化、遠(yuǎn)程閘門控制自動化和農(nóng)戶用水服務(wù)泛在化為目的的信息化體系，以疏勒河灌區(qū)信息化資源集、中管理、便捷運維、數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)協(xié)同模式為發(fā)展方向，最終建成信息資源利用最大化、運行管理一體化的智慧灌區(qū)。