張重花

(疏勒河流域水資源管理局，甘肅?玉門?735211)

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疏勒河干流灌區(qū)水資源監(jiān)測和調(diào)度管理信息系統(tǒng)構(gòu)架方案

張重花

(疏勒河流域水資源管理局，甘肅?玉門?735211)

基于疏勒河干流灌區(qū)節(jié)水及下泄水量約束性指標(biāo)按時實現(xiàn)，綜合研判流域地表水、地下水相互轉(zhuǎn)換規(guī)律，實時掌握流域水資源采補平衡狀況，建立灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展的水生態(tài)環(huán)境。疏勒河管理局委托有關(guān)單位完成了疏勒河干流灌區(qū)水利信息化系統(tǒng)升級、改造的規(guī)劃。依托現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)很好地構(gòu)筑了灌區(qū)水利信息化系統(tǒng)，合理布局水資源監(jiān)測站點，充實和完善灌區(qū)水文、生態(tài)監(jiān)測體系，補充和完善重要水文控制站及測報設(shè)施設(shè)備，建立了水資源—生態(tài)實時動態(tài)監(jiān)測(控)系統(tǒng)。圖2幅。

灌區(qū)；監(jiān)測與調(diào)度；信息系統(tǒng)；設(shè)計

1 項目背景

1.1 項目來源

為做好疏勒河下游敦煌的生態(tài)環(huán)境問題，加強敦煌區(qū)域水資源統(tǒng)一管理和流域綜合治理， 2011年6月國務(wù)院批準了《敦煌水資源合理利用與生態(tài)保護綜合規(guī)劃》(簡稱《敦煌規(guī)劃》)。該規(guī)劃將疏勒河干流灌區(qū)列為關(guān)聯(lián)區(qū)，重點研究疏勒河干流灌區(qū)節(jié)水及可下泄生態(tài)水量。在需水預(yù)測、水量配置分析的基礎(chǔ)上，形成了流域水資源配置方案。方案的一個約束性指標(biāo)是到2015年，雙塔水庫向敦煌盆地下泄生態(tài)總水量7 800萬m3，西湖區(qū)生態(tài)植被得以恢復(fù)。

1.2 實現(xiàn)調(diào)水需求的主要措施

按照《敦煌規(guī)劃》，從田間、渠道和灌區(qū)3個層面落實推行系統(tǒng)農(nóng)業(yè)節(jié)水舉措：一是田間節(jié)水，以水權(quán)制度建設(shè)和規(guī)范水資源利用秩序為核心，以加快建設(shè)節(jié)水型社會為主線，引導(dǎo)調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，因地制宜選擇適宜的田間節(jié)水灌溉模式，推廣節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)，降低灌溉定額，提高灌溉利用系數(shù)；二是渠道節(jié)水，通過干支渠襯砌等灌區(qū)節(jié)水改造工程措施和河道恢復(fù)與歸束工程措施，提高渠道和河道的輸水效率；三是灌區(qū)節(jié)水，通過科學(xué)的管理措施，開發(fā)實用、先進、可靠、高效的水資源監(jiān)測及調(diào)度管理系統(tǒng)，在全面掌握流域灌區(qū)信息的前提下，在合適的時段，以合適的水量，向合適的需水對象供水，實現(xiàn)對疏勒河干流水資源的合理配置和科學(xué)調(diào)度，最大限度地減少輸水調(diào)度方案引起的水量損失。

2 概 述

2.1 灌區(qū)基本情況

疏勒河干流灌區(qū)在甘肅省玉門市和瓜州縣境內(nèi)，是以疏勒河地表徑流為主，地下水補充進行灌溉的大型灌區(qū)，由昌馬、雙塔、花海三大灌區(qū)組成，總灌溉面積134萬畝。疏勒河多年平均徑流量10.4億m3，干流灌區(qū)地下水總補給量6.80億m3，與地表水不重復(fù)的地下水資源量0.457億m3。支干渠以上渠道總長640 km，建筑物1 093座。現(xiàn)狀年農(nóng)業(yè)灌溉引用量8.3億m3。

2.2 灌區(qū)水利信息化現(xiàn)狀

疏勒河灌區(qū)水利信息化于2004年研發(fā)，2008年建成并投入運行。項目開發(fā)完成了流域三大水庫聯(lián)合調(diào)度、地下水三維仿真、洪水預(yù)報調(diào)度、灌區(qū)閘門監(jiān)控、灌區(qū)水量數(shù)據(jù)采集、辦公管理信息等綜合內(nèi)容的信息化管理系統(tǒng)。系統(tǒng)涵蓋了流域水資源供需平衡與優(yōu)化調(diào)度、生態(tài)環(huán)境保護、防汛抗旱、遠程監(jiān)控、自動計量等管理內(nèi)容，實現(xiàn)了灌區(qū)水資源一體化集成管理，全面提升了流域水資源現(xiàn)代化管理水平，為全流域水資源的科學(xué)管理、統(tǒng)一調(diào)度及可持續(xù)發(fā)展搭建了高科技的調(diào)度指揮平臺。

2.3 存在的主要問題

隨著灌區(qū)工業(yè)、生態(tài)等水量的不斷擴大，以及灌區(qū)農(nóng)業(yè)需精細化管理的要求，特別是作為《敦煌規(guī)劃》的關(guān)聯(lián)區(qū)，要求下游雙塔水庫在2015年首先完成向敦煌盆地下泄生態(tài)總水量7 800萬m3的約束性指標(biāo)任務(wù)，這對疏勒河整個灌區(qū)水利信息管理提出了更高的要求。但是，現(xiàn)有的疏勒河流域灌區(qū)信息化系統(tǒng)無論是在灌區(qū)水資源信息的采集種類、調(diào)控手段和監(jiān)測與監(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)度模型、水資源配置管理和流域水資源經(jīng)濟社會生態(tài)效益評估方面，都存在較大的差距。

(1)在水資源計量與監(jiān)測方面，干流地表水監(jiān)測斷面和監(jiān)測點建設(shè)數(shù)量有限，不能滿足實時監(jiān)控干流水資源平衡狀態(tài)的需要，也不能滿足現(xiàn)代水利灌區(qū)精準管理的要求。

(2)灌區(qū)現(xiàn)有的地下水開采水量的計量尚未納入監(jiān)控范圍，不足以支持開展灌區(qū)用水量的準確計量和對地下水開采的有效管理。

(3)灌區(qū)地下水位監(jiān)測井自動化程度低，新技術(shù)、新產(chǎn)品、新方案更新?lián)Q代快，技術(shù)更新?lián)Q代導(dǎo)致備品備件缺乏，一些舊的技術(shù)方案效率低且維修成本太高，導(dǎo)致系統(tǒng)運行中故障無法及時排除；數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用管理平臺等系統(tǒng)軟件無法結(jié)合灌區(qū)業(yè)務(wù)實際進行必要的更新完善，軟件維護、更新存在缺失。

(4)缺乏泉水、水質(zhì)、植被的綜合監(jiān)測手段和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析系統(tǒng)，不利于開展流域水資源的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益評估工作。

(5)灌區(qū)閘門控制外圍設(shè)備老化、破壞、變形嚴重，致使計量發(fā)生較大誤差，且都長期處于當(dāng)?shù)貝毫拥臍夂颦h(huán)境下，由于經(jīng)費緊張，不能及時進行全面維修保養(yǎng)。

(6)限于當(dāng)時投資限制，通信線路采用的4芯光纜已不具備業(yè)務(wù)增容擴展能力；加之受外來其他項目建設(shè)頻繁損壞，線路信號傳輸質(zhì)量嚴重下降，基層水管所局域網(wǎng)、管理處分中心、局信息中心經(jīng)多年運行，設(shè)備老化，故障頻發(fā)，不能及時、實時、高效、便捷地提供服務(wù)。

3 新的信息系統(tǒng)需求規(guī)劃

3.1 水資源監(jiān)測與監(jiān)控

為保障各階段調(diào)水目標(biāo)的實現(xiàn)，需對水資源進行監(jiān)測與監(jiān)控，本規(guī)劃擬進行地表水監(jiān)測、流域地下水動態(tài)監(jiān)測、泉水監(jiān)測、地表植被監(jiān)測。

3.2 地表水資源優(yōu)化調(diào)度

規(guī)劃流域地表水資源優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)主要有：水庫優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)(系統(tǒng)農(nóng)業(yè)節(jié)水調(diào)度)、水資源配置系統(tǒng)和地表地下水聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)。

3.3 灌區(qū)經(jīng)濟—社會—生態(tài)效益評價

通過建立灌區(qū)經(jīng)濟、社會、生態(tài)效益評價體系，為評價水資源管理及優(yōu)化配置的效果提供科學(xué)合理的手段，為合理管理利用水資源提供支持。

3.4 流域地表水—地下水轉(zhuǎn)化分析

研究地表水與地下水轉(zhuǎn)化動態(tài)變化規(guī)律，分析水系統(tǒng)影響生態(tài)環(huán)境的機理，分析和預(yù)測昌馬、雙塔和花海灌區(qū)環(huán)境動態(tài)發(fā)展趨勢，提出若干地下水控制開采的方案和建議，對地下水預(yù)測系統(tǒng)研究成果的推廣應(yīng)用及其產(chǎn)生的經(jīng)濟效益進行評估，為疏勒河流域生態(tài)環(huán)境的保護和地下水資源可持續(xù)利用開展基礎(chǔ)性工作。

3.5 信息傳輸系統(tǒng)更新改造

對玉門到昌馬、雙塔、赤金峽水庫方向的光纖網(wǎng)絡(luò)進行改造，需改造的距離共計309.6 km；新建玉門至酒泉的通信鏈路，采用20 M公網(wǎng)租借，距離約為150 km。規(guī)劃新建昌馬灌區(qū)東北干渠水管所等7個站點的設(shè)備及敷設(shè)全長約210 km的光纖線路。

4 系統(tǒng)架構(gòu)

(1)地表水監(jiān)測斷面。除昌馬水庫和雙塔水庫入、出庫斷面，昌馬渠首斷面，瓜州望桿子斷面和雙墩子斷面外新建14處。

(2)灌溉用地表水監(jiān)測點。斗口計量點以上引水口監(jiān)測點直屬農(nóng)渠引水口的流量，加設(shè)自動監(jiān)測點共844處；其中灌區(qū)斗渠以上監(jiān)測點679處，干渠及支渠的直屬農(nóng)渠監(jiān)測點153處，疏勒河干流河道電站規(guī)劃監(jiān)測點12處。

(3)灌溉用地表水監(jiān)控點。灌區(qū)內(nèi)支渠、支干渠及其以上各級渠道的流量、水量均納入自動監(jiān)控范圍，設(shè)置灌溉用地表水監(jiān)控點共計140處。將3座水庫出庫各閘門、昌馬總干渠首樞紐各閘門、總干渠18座電站引水閘門和昌馬西干三道溝輸水渠閘門納入視頻監(jiān)視范圍。

(4)地下水水位動態(tài)自動觀測井。 以灌區(qū)現(xiàn)有的長觀井為基礎(chǔ)，對昌馬灌區(qū)、雙塔灌區(qū)地下水監(jiān)測井重新規(guī)劃布局，設(shè)置昌馬、雙塔、花海灌區(qū)共28眼自動觀測井，采集自動觀測井的地下水位，建立流域地下水位自動檢測網(wǎng)絡(luò)。

(5)布設(shè)植被監(jiān)測點。在流域內(nèi)選擇瓜州西湖、橋子等6個植被監(jiān)測區(qū)域，設(shè)置不少于18～36個特征植被變化監(jiān)測點進行適時監(jiān)控，并將數(shù)據(jù)上傳到植被監(jiān)測模塊進行統(tǒng)計分析。

(6)水質(zhì)監(jiān)測點建立。布設(shè)地表水水質(zhì)監(jiān)測取樣點13個。

(7)泉水監(jiān)測。在布隆吉等有泉水溢出的點設(shè)置泉水自動監(jiān)測斷面9處。

(8)管理與調(diào)度平臺設(shè)計。

(9)評價體系。建立灌區(qū)經(jīng)濟、社會、生態(tài)效益評價體系，研究地下水與地表水的交替轉(zhuǎn)換及地下水補給、開采的動態(tài)變化規(guī)律，分析地下水動態(tài)變化趨勢，為地下水開采建立科學(xué)合理的統(tǒng)一管理機制提供理論依據(jù)。

(10)信息傳輸系統(tǒng)改造方案。改造調(diào)度信息中心到三大水庫方向的光纖310 km， 新增昌馬灌區(qū)東北干渠水管所等7個站點的設(shè)備及210 km光纖。

(11)數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)進行升級改造，使其完全具備監(jiān)測3座水庫進庫流量；監(jiān)控3座水庫出庫流量和各干渠閘門開度和運行工況；調(diào)取分中心數(shù)據(jù)；灌區(qū)灌溉、水情統(tǒng)計報表；批復(fù)分中心的用水申請等功能。完善干流所屬的分中心、所、段、站設(shè)置，使其具備監(jiān)測、監(jiān)控、傳輸、統(tǒng)計及提交數(shù)據(jù)的功能。

(12)完善管理與公共服務(wù)系統(tǒng)。包括水資源事務(wù)管理系統(tǒng)、計量計費系統(tǒng)、門戶網(wǎng)站和網(wǎng)上辦公系統(tǒng)等，使其具備各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及報表的上傳下達，政策法規(guī)發(fā)布，辦公文書和個人文檔的網(wǎng)上處理，分級瀏覽、會簽全局的各類文件和報表等功能 (見圖1、圖2)。

圖1 系統(tǒng)總體框架結(jié)構(gòu)示意

圖2 系統(tǒng)功能及業(yè)務(wù)總體結(jié)構(gòu)示意

5 結(jié) 論

疏勒河干流灌區(qū)水資源監(jiān)測和調(diào)度管理信息系統(tǒng)從《敦煌規(guī)劃》的大局角度出發(fā)，遵循“科學(xué)規(guī)劃、分步實施、因地制宜、先進適用、高效可靠”的原則合理布局監(jiān)測站點，充實完善流域水文、生態(tài)監(jiān)測體系，補充和完善重要水文控制站及測報設(shè)施設(shè)備，并運用遙感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)、局域網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、JAVA技術(shù)、J2EE技術(shù)、B/S和C/S相結(jié)合的技術(shù)等當(dāng)今信息化主流技術(shù)，在疏勒河灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上從信息采集與控制層、數(shù)據(jù)庫層和應(yīng)用軟件層3個層次上對疏勒河干流水資源監(jiān)測和調(diào)度管理系統(tǒng)進行設(shè)計開發(fā)，對其進行了擴充和完善。

系統(tǒng)的建成可實現(xiàn)干流灌區(qū)水資源—生態(tài)實時監(jiān)測(控)系統(tǒng)，完善水利信息傳輸系統(tǒng)，建立現(xiàn)代水資源管理與調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，開發(fā)出水資源分析評價、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價、水資源調(diào)度管理、水資源事務(wù)管理及公共服務(wù)系統(tǒng)。同時，還可與已有的水利信息化系統(tǒng)相集成，為疏勒河灌區(qū)科學(xué)決策、優(yōu)化調(diào)度和水資源精準化管理提供技術(shù)支持，為實現(xiàn)各階段調(diào)水目標(biāo)提供保障，為評價調(diào)水目標(biāo)的實現(xiàn)和為最嚴格的水資源調(diào)度管理提供科學(xué)依據(jù)。

責(zé)任編輯 吳 昊

2015-06-15

張重花(1974-)，女，工程師，主要從事水利水電工程規(guī)劃設(shè)計工作。