潘莊灌區水情信息管理技術改造及效果分析

2021-01-21 05:50:16張玉貴王志強

山東水利 2021年6期

張玉貴，王志強，崔慶

（德州市水利局，山東德州 253014）

德州市潘莊灌區為全國大型的引黃灌區之一，設計灌溉面積33.3萬hm2，渠首閘設計引水流量120 m3/s，總干渠全長91.3 km，在德州市國民經濟和發展中點據十分重要的地位，為德州市工業用水、農業灌溉以及城鄉居民生活用水提供了大量水源。近年來，潘莊灌區通過創造現代化的引黃灌區管理大大提高了節水用水效率，特別是通過對干渠水情信息化管理技術改造完成引黃水情的收集、整理，維護了輸水供水秩序的高效順暢運行，為德州市經濟可持續發展做出了巨大的貢獻。

1 水情信息管理現狀

灌區設有1個信息中心，8個信息分中心，中心設在管理局，分中心設在潘莊、趙莊、務頭、臺樓、武莊、辛章、崔莊、尚廟8個水情觀測站，主要負責水位觀測、流量測算、堤防巡查等工作。但原管理平臺無法滿足現在總干渠調度供水需求，給總干渠引水輸水管理帶來很多不便；原監控系統已不能滿足總干渠的管理工作，尤其是不能滿足冬季放水的防凌工作的需求。

2 水情信息管理技術改造

2.1 水位數據采集、傳輸與處理

灌區采用專用網絡線進行網絡傳輸，以局中心、分中心和水位前端機為總體結構，數據的采集按照需要設置采樣間隔和時間點定時采集，利用雷達式水位計采集水位數據，通過GPRS網絡傳輸到云平臺的數據庫進行存儲和處理，實現水位數據自動化管理。

水情監測設備主要是采用國產RUT，對具體應用系統的接口能力較強。RUT設備耗電量較低，且具備休眠功能，集成度高、可靠性高、便于使用和維護，工作環境適應能力較強。

2.2 閘門遠程測控

灌區閘門遠程測控系統主要通過閘門控制單元遠程控制閘門的開啟和關閉，在控制的過程中通過視頻傳輸實時圖像，直觀了解閘門的運行工況以及周邊環境，提高了閘門控制精度、控制效率，保證閘門啟閉的及時性和安全性，減少工作人員勞動強度。

閘門遠程測控系統主要是采用IP網絡擴展模塊通信，IP網絡傳輸的穩定性、可靠性對于閘門的控制是必不可少的。閘門遠程測控系統的PLC、網絡收發器等小功率設備及啟閉電機等設備使用太陽能供電。

2.3 視頻監控

在控制中心和分站點通過視頻監控軟件可以隨時瀏覽實時視頻、回放視頻錄像、控制攝像機等，靈活地觀察現場情況。數據信息傳輸方式主要以無線網絡傳輸為主，建筑物的攝像機與控制中心網絡相通，中間無信號衰減，圖像清晰度提高。

對主要水工建筑物的視頻監控可以實時采集到視頻數據，存儲在網絡監控服務器的主機中，對事故分析、責任排查、水情信息等都具有非常重要的價值。攝像機主要采用球機和槍機相結合的方式，攝像機具備紅外夜視功能。使用市電或者太陽能系統為設備提供能源，達到環保經濟的目的。

2.4 水情信息管理平臺建設

灌區控制中心構建虛擬局域網絡平臺，將每個監測點信息匯總到平臺，利用各單位現有的網絡資源，降低成本，實現虛擬局域網共享資源。灌區雷達式水位計以GPRS無線傳輸數據，視頻以模擬信號輸出，還有脈沖信號、開關信號等，以不同的通訊方式處理相應的數據形式，將輸出數據上傳網絡數據庫，最終傳至控制中心。

3 技術改造效果分析

技術改造主要的費用包括工程投資、年運行費及設備維護費等。其中，一階段工程費用約58萬元，二階段工程費用約75萬元。數據傳輸主要以網絡信號運行，每年的網絡運行費用大概6萬元。其他費用主要應用在維護灌區干渠更新的設備、儀器以及用電花費。

3.1 省工效益

利用原信息平臺進行工作，需要組織多名專職人員進行干渠水位測報、堤防巡查、沉沙池防守等工作，在特殊時期放水還需成立領導帶隊的巡查小組，每個站所必須有后備人員。干渠水情信息管理技術改造成功運行后，實現了灌區無人值守、水情自動上報、自動處理，可減少一半多管理人員，節省費用400多萬元，這些人力、物力、財力均可用在引黃干渠日常管理，提高灌區水資源利用效率。

3.2 搶險工程減支效益

自灌區引水以來，干渠共發生決口12余次，造成的直接經濟損失有1 200余萬元，淹沒農田共10余次，造成當地的農業生產直接經濟損失達100余萬元，根據相關的材料計算，每年可減少因決口支出費用大約32.5余萬元。

3.3 水費增收效益

干渠水情信息管理技術改造運行后，杜絕了重大決口事故的發生，提高了干渠水資源的利用率以及調水的科學性。根據灌區多年平均引水量、平均引水天數、發生決口次數、國家規定的水價等相關信息，可增加灌區水費大約338萬元。

3.4 社會效益

灌區水情信息管理技術改造完成后，保證灌區內水資源的有效供給，改善農業生產條件，提高生產力，促進當地農業生產的發展，提高糧食綜合生產能力，有效保障區域糧食安全，也帶動水利工程建設、管護機制的改革與發展，對灌區創新建管思路有著一定的探索和示范作用。

3.5 生態效益

技術改造應用后，提高了灌溉水利用系數；減輕了水量供需平衡矛盾壓力，保障灌區安全輸水、精確配水、定量灌水；提高了作物產量降低灌溉成本，使農民增產增收；提高了灌區節水灌溉工程建設，合理進行農業種植結構的調整，做到精準灌溉，改變了粗放經營的傳統生產模式；提高耕地的產出率，增加產量，改善產品品質，生態效益明顯提高。