疏勒河灌區水利信息化建設實踐與展望

劉建軍

(甘肅省疏勒河流域水資源管理局，甘肅 玉門 735211)

1 疏勒河流域概況

1.1 灌區概況

疏勒河是甘肅省三大內陸河之一，發源于祁連山脈西段托勒南山與疏勒南山之間，疏勒河干流全長670km，流域面積4.13萬km2，多年平均徑流量為10.31億m3。流域內年平均降水量不足70mm，蒸發量達到2800mm以上，是我國極度干旱地區之一。

疏勒河灌區由昌馬灌區、雙塔灌區、花海灌區組成，包括玉門市、瓜州縣22個鄉鎮、甘肅農墾6個國營農場，現狀總灌溉面積156.7萬畝，是甘肅省最大的自流灌區，疏勒河灌區水源為疏勒河干流和石油河。灌區內建有昌馬、雙塔、赤金峽三座水庫，總庫容4.33億m3，干支渠共約1100km，已形成了蓄、引、灌、排等較為完善的水利灌溉系統。

1.2 水資源利用概況

2016年，疏勒河干流入昌馬水庫徑流量168258萬m3，石油河入赤金峽水庫徑流量1705萬m3；疏勒河灌區入境地表水資源總量為169963萬m3。昌馬水庫、赤金峽水庫向昌馬、雙塔、花海三個子灌區供水量分別為47673、30659、13307萬m3，農業灌溉合計地表水總供水量91639萬m3，向核工業集團四〇四廠供水量8275萬m3。

2016年疏勒河灌區總用水量107145萬m3，其中：城鎮居民生活用水391萬m3，農村居民生活用水163萬m3，農業灌溉用水101235萬m3，牲畜用水510萬m3，工業用水1030萬m3，人工生態用水3518萬m3。農業灌溉為用水大戶，其用水占總用水量的94%，其他行業用水僅占總用水量的6%。

2 疏勒河灌區水利信息化建設實踐

疏勒河灌區水利信息化建設起步較早，2008年建成投入使用，先后實施了三期。第一期列入國家計委世行貸款《中國甘肅省河西走廊(疏勒河)農業灌溉暨移民安置綜合開發項目》；第二期列入國務院批復項目《敦煌水資源合理利用與生態保護綜合規劃(2011—2020)》；第三期列入水利部支持項目《疏勒河灌區現代化建設規劃》。疏勒河灌區從源頭昌馬水庫到各灌區田間斗口實現了全渠系水量測控自動化，水利信息化和水量測控精準化全國領先，實現了傳統水利到智慧水利的升級轉型，較好踐行了現代化國家建設戰略。

灌區信息化系統工程分為三大水庫聯合調度系統、閘門自動化控制系統、灌區水量信息采集、控制中心和信息平臺系統等四個功能子系統。

2.1 三大水庫聯合調度系統

三大水庫聯合調度系統以水庫水情、大壩與閘門運行狀態信息為基礎，以水庫信息管理與決策支持為核心，以水庫閘門的自動化監控為手段，實現三大水庫的聯合調度與水資源統一管理和優化配置。共五個模塊：①水庫水情自動測報模塊，在昌馬、赤金峽水庫的上游、入庫控制斷面、壩前和下游控制斷面等關鍵部位建設水位自動監測站，實時監測水庫運行狀態；②水庫閘門自動監控與視頻監視模塊，對昌馬、赤金峽水庫主要閘門進行監控和視頻監視；③水庫大壩安全監測模塊，對三座水庫大壩安全監測信息進行統一管理；④水庫洪水預報與調度模塊，建立降雨-徑流預報、融雪(冰川)-徑流預報模型、產匯流模型和河道水流演算模型，實現中、短期徑流預報和實時洪水預報，推算相關河道斷面(包括入庫)的流量過程和水量，進行防洪優化調度，實現洪水資源優化；⑤水庫優化調度決策支持模塊，根據水庫來水流量、庫存蓄水量、考慮各類用水部門的需水要求進行綜合判斷與分析處理，建立基于優先約束破壞級別的三大水庫優化調度模型庫，提供三大水庫常規調度及概率調度圖，達到合理用水、提高經濟社會效益、改善生態環境、增加水費收入等目標，為水庫優化調度提供輔助決策支持。

2.2 閘門自動控制系統

按管理中心、管理分中心和現地監控站等3個調度級別對渠系重點部位閘門實現監控。管理中心位于疏勒河建設管理局內，是全灌區用水管理調度和監控中心，管理分中心分別位于昌馬、花海、雙塔灌區管理處，中心和分中心根據配水計劃實時監測監控各管理范圍內閘門的運行情況和渠道流量。管理中心管理疏勒河流域管理局直接控制的28處95孔閘門；昌馬分中心管理昌馬灌區19處50孔閘門；花海分中心管理花海灌區10處26孔閘門；雙塔分中心管理雙塔灌區8處21孔閘門。現地監測監控站位于各個閘門的監控點，根據中心和分中心下達的指令，通過有線和無線通訊，監測、控制和調節閘門的啟閉，并使流量或水位達到設定值。

2.3 灌區水量信息采集系統

按流域管理中心、灌區管理分中心、灌區管理所和現地采集站等4個層級構建流域各灌區的分層分布式綜合自動化系統，對灌區干渠、支渠、斗渠實行自動監測，實現信息采集存儲自動化、數據傳輸處理網絡化、決策支持數字化、調度指揮現代化。

灌區水量信息采集系統主要在13個水管所建設水量信息采集工作站，在424處水量計量點建設水量信息采集終端。

2.4 控制中心和信息平臺

控制中心和信息平臺是疏勒河灌區水利信息化系統的數據中心、運行樞紐和展示平臺，總體上劃分為三層：數據層、支撐層以及應用層。數據層由水資源綜合數據庫、實時水情數據庫、水庫水情數據庫以及閘門水情數據庫構成，由其應客戶請求獨立地進行各種處理；支撐層用來支持各個應用系統的實現；應用層包括灌區三大水庫聯合調度系統、水情實時采集系統以及渠系閘門自動監控該系統。

現有的疏勒河灌區信息化系統主要功能：①灌區水量數據采集系統完成灌溉計量信息的采集工作；②灌區閘門監控系統實現對水庫和干渠部分重點閘門的監控和昌馬渠首的視頻監視；③三大水庫聯合調度系統實現昌馬、雙塔、赤金峽等三大水庫聯合供水調度和灌區水資源的配置；④地下水三維仿真系統研究疏勒河灌區地下水位動態演變規律；⑤洪水預報調度系統實現洪水預報及洪水淹沒的動態演示；⑥分級瀏覽、匯總、審批灌區需水計劃功能。

疏勒河灌區水利信息系統建設總體框架，如圖1所示。

3 疏勒河灌區水利信息化發展展望

2017年，疏勒河灌區啟動現代化灌區建設項目，依據《全國水利信息化規劃(“金水工程”規劃)》《水利信息化頂層設計》《甘肅省水利信息化頂層設計》，按照“一張圖、一個庫、一門戶、一平臺、一張網”的水利信息化建設要求，擴展升級現有疏勒河干流水資源監測和調度管理信息系統，利用物聯網、3S、三維虛擬現實、云計算、大數據等先進技術，建設滿足疏勒河現代化灌區要求的水利信息化體系。規劃用3年時間實現水利信息采集數字化、信息展現可視化、信息共享集成化、信息利用智能化、灌區管理的自動化。疏勒河灌區水利信息系統擴展總體規劃見表1。

表1 疏勒河灌區水利信息系統擴展總體規劃

圖1 疏勒河干流水資源監測和調度管理信息系統總體框架示意圖

展望未來，疏勒河灌區水利信息系統主要擴展升級內容具體有以下幾個方面：

(1)基礎設施。主要包括服務器、PC客戶端、智能手機、監控大屏，操作系統、數據庫系統、安全防護軟件、中間件，局域網、VPN、無線網等基礎軟硬件網絡環境。

(2)業務系統。除了已經建設的管網GIS、SCADA、熱線、營業收費等業務系統外，還將擴展巡檢搶修系統、短信平臺、工程管理系統，實現運營調度數據中心和運營調度指揮平臺的數據集成、業務協同的要求。

(3)數據資源。重新規劃整理構建集成地形數據庫、管網數據庫、運營調度運行數據庫。建立各類文檔、圖片、表格、視頻等文件資源庫，存放非結構化數據，集成整合在線監測數據庫和各領域業務數據庫。

(4)數據管理工具。提供地形圖管網圖的更新維護工具，各業務系統數據集成更新工具，后臺分析匯總工具，以及雙機熱備數據同步更新工具。

(5)業務服務。采用面向資源的標準SOAP、REST服務，提供GIS查詢分析服務、實時數據監測服務、業務數據匯總統計服務和綜合應用分析服務等接口，并對服務的發布和應用統一管理和監控。

(6)綜合應用。即供水運營調度指揮平臺客戶端、供水運營業務工單平臺客戶端、供水運營移動工單系統，主體分別采用Flex富客戶端技術、JavaScript技術、Android平臺進行開發，實現企業的運營監控、實時監控、運營分析和運營調度。

(7)健全規范。以國家和行業標準規范為基礎，結合實際制定一套符合灌區運行管理的規范體系。主要包括數據處理規范、接口規范、數據系統使用規范、服務器管理規范等，保證系統安全穩定的運行。

4 結語

疏勒河灌區借助完善的渠系工程和現代通訊技術，水利信息化經過10余年建設完善，實現了對水資源的精準管理，減輕了水管人員勞動強度，提高了水量計量和水費收繳準確率，極大地促進了農業節水，提高了水利供給側質量，灌區水利管理自動化樹立了全省乃至全國典范。尚存在冬季停水后野外設施的看管和專用系統與公共信息系統尚未完全兼容等問題，維護和管理費用較高，經濟效益尚未顯現。未來3年，將結合現代化灌區建設，改造升級現有水利信息化系統，逐步實現渠系工程野外無人化管理和水量信息公眾共享。