疏勒河灌區遠程閘門聯合監控系統設想

張輝萍

（甘肅省疏勒河流域水資源局，甘肅玉門735211）

1 灌區概況

疏勒河流域位于甘肅省河西走廊西端，流域面積4.13萬km2，平均年降水量47～63 mm，年蒸發量2 897～3 042 mm，年平均氣溫6.9～8.8℃，屬于典型的內陸干旱性氣候。流域年水資源總量為11.31億m3，灌區內有昌馬、雙塔、赤金峽3座水庫，總庫容4.722億m3。承擔著玉門市、瓜州縣22個鄉（鎮）、6個國營農場8.96萬hm2耕地的農業灌溉任務。

2 灌區現狀

2.1 汛期運行

疏勒河灌區有昌馬、雙塔、赤金峽3座水庫，總庫容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。已建成全灌區各分水口水位實時監測、報表自動計算、網絡視頻監視、遠程閘門自動控制。但是，在汛期為了保障灌溉行水及渠道運行安全，灌區各分水口都必須24 h人工值守。尤其是昌馬水庫，2019年汛期最大日均來水流量400 m3/s，下游昌馬渠首下泄生態水量4.39億m3。為保證汛期防汛、灌溉工作有序進行，值班工作責任重大，在有洪水入庫時，水庫管理所及上級管理部門都要通宵值班，以確保洪水順利削峰下瀉，降低庫水位。

2.2 調度流程

在調度權限內，進入初汛期、主汛期時人工計算下瀉水量，預泄騰庫準備防洪。灌溉調度過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程，加之上報需水量必須要提前一天，并要與各方協調、保證輸水安全的同時確定輸水量，調度過程占用了大量的時間與精力。

3 遠程閘門聯合監控系統

疏勒河開發完成的水信息綜合管理系統、地表水資源優化調度系統、遠程閘門控制系統、網絡視頻監視系統都只能點對點單獨運行，不能進行綜合利用。因此，開發一套一體化管控平臺，將現在的閘門監控、水情測報、大壩安全監測等業務統一應用起來，進行聯合自動監控，并在一張圖的基礎上實現閘門、水情、安全監測、視頻等各類業務系統的綜合調度、綜合分析、綜合應用十分必要。既能有效提高灌區智能化管理水平，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度。

2012年已建設完成的昌馬南干渠全渠道控制系統運行良好，2016年采用閉環控制技術建設完成的24套斗口閘門運行工況良好，2018年增加了33孔閉環控制閘門。在閉環控制技術中利用閘后流量反饋逐漸逼近閘門控制目標流量的方法中，閘后流量與目標流量的偏差在5%以內，能夠滿足灌區灌溉行水的精度要求。

遠程閘門聯合監控系統應是一套綜合應用系統，將疏勒河灌區全部的灌溉調度業務用計算機來完成，系統中應有灌溉作物面積的收集上報、來水量預測、水量平衡分析、灌溉計劃的制定等前期基礎數據的收集；應用現有的地表水監測、水信息綜合管理、遠程閘門控制、視頻監視系統數據來整合開發，并與防汛、灌溉調度運行方案、工程運行管理原則緊密結合，精確分析預測河源來水量，建立可靠、高效的運行調度方案，為灌溉調度服務。

閘門聯合監控系統基本功能應該包含全年水量遠程閘門聯合調度方案、應急遠程閘門聯合監控方案、遠程閘門聯合監控方案評價等；還要能自動生成昌馬、雙塔、花海分灌區分所段的局部調度方案，在系統中設置權限管理，分灌區與所段的調度方案要有上級部門批準才能執行。系統中既要有全自動遠程監控方案，又要有手動點對點單個控制模式，以便人為干預處理突發狀況。

3.1 全年監控方案

全年調度控制方案要以多年人工調度運行的經驗為主，在地表水監測系統、水信息系統、閘門控制系統基礎上，根據水庫來水及庫存水量和三大灌區的用水需求，依據水量分配規則，運用水量分配模型，平衡用水戶與水源之間的供需矛盾后，在聯合自動監控系統中自動制定出科學有效的全年配水計劃。再按照時段和配水量分級逐層下發到灌區各分水口閘門，用聯合自動監控系統調度指令來遠程執行。制定全年水量分配方案要以“總量控制、定額管理”為原則，以滿足灌區農業灌溉需水為目標，以保證灌區和協發展為藍圖，以創造出人與自然和諧共存、生態友好畫面為前景。在制定系統蓄、調、引、灌、排水計劃時，要充分考慮提高渠系利用率，核對水量對口率，以保證計劃準確執行。以年初制定的調度控制方案來執行年內配水方案，可減少突變情況時人為不理智、不科學的調度決策，杜絕調度失誤的發生幾率，提高灌溉水利用率，增加生態水排放量，促進疏勒河灌區生態環境友好發展新局面的形成。

3.2 應急監控方案

應急遠程閘門聯合自動監控系統是在接到水情監測系統反饋的險情警報、安全監測系統反饋的安全險情或接到特殊調度要求時，針對險情采取的應急調度措施，是根據相應的應急調度預案發布應急調度指令，用來排除不同險情的遠程聯動控制方案。

應急閘門聯合監控需要人為干預調整配水方案，要在全年調度方案的基礎上編制全線安全可行的水量調度指令并統一遠程控制，調度方案要在保證工程安全的情況下，準時把灌溉水輸送到農田，并保證下游生態用水量的需求。應急調度功能是水調業務處理系統的難點和關鍵，既要保證輸水，還要保證安全，同時要綜合考慮電站發電、工程維修等多種因素，應急閘門聯合自動監控權限等級要高于全年調度控制方案等級，以便應對突發狀況。

應急遠程閘門聯動調度的工作流程應該是數據收集、數據準備、信息錄入、匯總上報，水量分配方案報批、調度方案和指令生成、下發，執行情況的監視分析、數據統計匯總等。利用遠程閘門聯動控制系統完成調度工作，不僅可以提高工作效率，而且可以增加調度工作的規范化、程序化、自動化。

4 監控方案評價

遠程閘門聯合監控方案評價功能應利用評價模型和評價指標進行事后評價。評價內容包括輸水能力、輸水效率、調度效果、用戶滿意程度、工程安全和維護、用水需求、供水保障率、計劃執行情況、水量損失、收益率等，評價結果用于滾動修正遠程閘門監控系統調度方案，最終修正出最符合疏勒河灌區的調度運行方案。

5 結語

通過渠系閘門的有效監控和渠系水量的優化配置，在遠程閘門聯合監控調度軟件的支持下，能夠實現全流域自動按需配水，提高渠系水利用系數，縮短供水時間，減少行水期值班人員工作強度，實現渠系水量按需、按時、穩定供水，為用水戶提供安全、公平、可靠、靈活的供水服務，提高灌區民生水利的需求。通過對渠系閘門的有效監控和灌區渠系水量的優化配置，實現了閘門的遠程聯合自動監控，提高了疏勒河灌區調度工作的數字化、信息化、智能化，有利于推進疏勒河現代化灌區建設。