疏勒河干流灌区水资源监测和调度管理信息系统构架方案

张重花

(疏勒河流域水资源管理局，甘肃?玉门?735211)



疏勒河干流灌区水资源监测和调度管理信息系统构架方案

张重花

(疏勒河流域水资源管理局，甘肃?玉门?735211)

基于疏勒河干流灌区节水及下泄水量约束性指标按时实现，综合研判流域地表水、地下水相互转换规律，实时掌握流域水资源采补平衡状况，建立灌区可持续发展的水生态环境。疏勒河管理局委托有关单位完成了疏勒河干流灌区水利信息化系统升级、改造的规划。依托现代计算机网络系统很好地构筑了灌区水利信息化系统，合理布局水资源监测站点，充实和完善灌区水文、生态监测体系，补充和完善重要水文控制站及测报设施设备，建立了水资源—生态实时动态监测(控)系统。图2幅。

灌区；监测与调度；信息系统；设计

1 项目背景

1.1 项目来源

为做好疏勒河下游敦煌的生态环境问题，加强敦煌区域水资源统一管理和流域综合治理， 2011年6月国务院批准了《敦煌水资源合理利用与生态保护综合规划》(简称《敦煌规划》)。该规划将疏勒河干流灌区列为关联区，重点研究疏勒河干流灌区节水及可下泄生态水量。在需水预测、水量配置分析的基础上，形成了流域水资源配置方案。方案的一个约束性指标是到2015年，双塔水库向敦煌盆地下泄生态总水量7 800万m3，西湖区生态植被得以恢复。

1.2 实现调水需求的主要措施

按照《敦煌规划》，从田间、渠道和灌区3个层面落实推行系统农业节水举措：一是田间节水，以水权制度建设和规范水资源利用秩序为核心，以加快建设节水型社会为主线，引导调整种植结构，因地制宜选择适宜的田间节水灌溉模式，推广节水农业技术，降低灌溉定额，提高灌溉利用系数；二是渠道节水，通过干支渠衬砌等灌区节水改造工程措施和河道恢复与归束工程措施，提高渠道和河道的输水效率；三是灌区节水，通过科学的管理措施，开发实用、先进、可靠、高效的水资源监测及调度管理系统，在全面掌握流域灌区信息的前提下，在合适的时段，以合适的水量，向合适的需水对象供水，实现对疏勒河干流水资源的合理配置和科学调度，最大限度地减少输水调度方案引起的水量损失。

2 概 述

2.1 灌区基本情况

疏勒河干流灌区在甘肃省玉门市和瓜州县境内，是以疏勒河地表径流为主，地下水补充进行灌溉的大型灌区，由昌马、双塔、花海三大灌区组成，总灌溉面积134万亩。疏勒河多年平均径流量10.4亿m3，干流灌区地下水总补给量6.80亿m3，与地表水不重复的地下水资源量0.457亿m3。支干渠以上渠道总长640 km，建筑物1 093座。现状年农业灌溉引用量8.3亿m3。

2.2 灌区水利信息化现状

疏勒河灌区水利信息化于2004年研发，2008年建成并投入运行。项目开发完成了流域三大水库联合调度、地下水三维仿真、洪水预报调度、灌区闸门监控、灌区水量数据采集、办公管理信息等综合内容的信息化管理系统。系统涵盖了流域水资源供需平衡与优化调度、生态环境保护、防汛抗旱、远程监控、自动计量等管理内容，实现了灌区水资源一体化集成管理，全面提升了流域水资源现代化管理水平，为全流域水资源的科学管理、统一调度及可持续发展搭建了高科技的调度指挥平台。

2.3 存在的主要问题

随着灌区工业、生态等水量的不断扩大，以及灌区农业需精细化管理的要求，特别是作为《敦煌规划》的关联区，要求下游双塔水库在2015年首先完成向敦煌盆地下泄生态总水量7 800万m3的约束性指标任务，这对疏勒河整个灌区水利信息管理提出了更高的要求。但是，现有的疏勒河流域灌区信息化系统无论是在灌区水资源信息的采集种类、调控手段和监测与监控范围、信息传输网络方面，还是在水资源的优化调度模型、水资源配置管理和流域水资源经济社会生态效益评估方面，都存在较大的差距。

(1)在水资源计量与监测方面，干流地表水监测断面和监测点建设数量有限，不能满足实时监控干流水资源平衡状态的需要，也不能满足现代水利灌区精准管理的要求。

(2)灌区现有的地下水开采水量的计量尚未纳入监控范围，不足以支持开展灌区用水量的准确计量和对地下水开采的有效管理。

(3)灌区地下水位监测井自动化程度低，新技术、新产品、新方案更新换代快，技术更新换代导致备品备件缺乏，一些旧的技术方案效率低且维修成本太高，导致系统运行中故障无法及时排除；数据库和应用管理平台等系统软件无法结合灌区业务实际进行必要的更新完善，软件维护、更新存在缺失。

(4)缺乏泉水、水质、植被的综合监测手段和数据统计分析系统，不利于开展流域水资源的经济、社会和生态效益评估工作。

(5)灌区闸门控制外围设备老化、破坏、变形严重，致使计量发生较大误差，且都长期处于当地恶劣的气候环境下，由于经费紧张，不能及时进行全面维修保养。

(6)限于当时投资限制，通信线路采用的4芯光缆已不具备业务增容扩展能力；加之受外来其他项目建设频繁损坏，线路信号传输质量严重下降，基层水管所局域网、管理处分中心、局信息中心经多年运行，设备老化，故障频发，不能及时、实时、高效、便捷地提供服务。

3 新的信息系统需求规划

3.1 水资源监测与监控

为保障各阶段调水目标的实现，需对水资源进行监测与监控，本规划拟进行地表水监测、流域地下水动态监测、泉水监测、地表植被监测。

3.2 地表水资源优化调度

规划流域地表水资源优化调度系统主要有：水库优化调度系统(系统农业节水调度)、水资源配置系统和地表地下水联合调度系统。

3.3 灌区经济—社会—生态效益评价

通过建立灌区经济、社会、生态效益评价体系，为评价水资源管理及优化配置的效果提供科学合理的手段，为合理管理利用水资源提供支持。

3.4 流域地表水—地下水转化分析

研究地表水与地下水转化动态变化规律，分析水系统影响生态环境的机理，分析和预测昌马、双塔和花海灌区环境动态发展趋势，提出若干地下水控制开采的方案和建议，对地下水预测系统研究成果的推广应用及其产生的经济效益进行评估，为疏勒河流域生态环境的保护和地下水资源可持续利用开展基础性工作。

3.5 信息传输系统更新改造

对玉门到昌马、双塔、赤金峡水库方向的光纤网络进行改造，需改造的距离共计309.6 km；新建玉门至酒泉的通信链路，采用20 M公网租借，距离约为150 km。规划新建昌马灌区东北干渠水管所等7个站点的设备及敷设全长约210 km的光纤线路。

4 系统架构

(1)地表水监测断面。除昌马水库和双塔水库入、出库断面，昌马渠首断面，瓜州望杆子断面和双墩子断面外新建14处。

(2)灌溉用地表水监测点。斗口计量点以上引水口监测点直属农渠引水口的流量，加设自动监测点共844处；其中灌区斗渠以上监测点679处，干渠及支渠的直属农渠监测点153处，疏勒河干流河道电站规划监测点12处。

(3)灌溉用地表水监控点。灌区内支渠、支干渠及其以上各级渠道的流量、水量均纳入自动监控范围，设置灌溉用地表水监控点共计140处。将3座水库出库各闸门、昌马总干渠首枢纽各闸门、总干渠18座电站引水闸门和昌马西干三道沟输水渠闸门纳入视频监视范围。

(4)地下水水位动态自动观测井。 以灌区现有的长观井为基础，对昌马灌区、双塔灌区地下水监测井重新规划布局，设置昌马、双塔、花海灌区共28眼自动观测井，采集自动观测井的地下水位，建立流域地下水位自动检测网络。

(5)布设植被监测点。在流域内选择瓜州西湖、桥子等6个植被监测区域，设置不少于18～36个特征植被变化监测点进行适时监控，并将数据上传到植被监测模块进行统计分析。

(6)水质监测点建立。布设地表水水质监测取样点13个。

(7)泉水监测。在布隆吉等有泉水溢出的点设置泉水自动监测断面9处。

(8)管理与调度平台设计。

(9)评价体系。建立灌区经济、社会、生态效益评价体系，研究地下水与地表水的交替转换及地下水补给、开采的动态变化规律，分析地下水动态变化趋势，为地下水开采建立科学合理的统一管理机制提供理论依据。

(10)信息传输系统改造方案。改造调度信息中心到三大水库方向的光纤310 km， 新增昌马灌区东北干渠水管所等7个站点的设备及210 km光纤。

(11)数据显示系统进行升级改造，使其完全具备监测3座水库进库流量；监控3座水库出库流量和各干渠闸门开度和运行工况；调取分中心数据；灌区灌溉、水情统计报表；批复分中心的用水申请等功能。完善干流所属的分中心、所、段、站设置，使其具备监测、监控、传输、统计及提交数据的功能。

(12)完善管理与公共服务系统。包括水资源事务管理系统、计量计费系统、门户网站和网上办公系统等，使其具备各类业务数据及报表的上传下达，政策法规发布，办公文书和个人文档的网上处理，分级浏览、会签全局的各类文件和报表等功能 (见图1、图2)。

图1 系统总体框架结构示意

图2 系统功能及业务总体结构示意

5 结 论

疏勒河干流灌区水资源监测和调度管理信息系统从《敦煌规划》的大局角度出发，遵循“科学规划、分步实施、因地制宜、先进适用、高效可靠”的原则合理布局监测站点，充实完善流域水文、生态监测体系，补充和完善重要水文控制站及测报设施设备，并运用遥感技术、网络接入技术、局域网技术、数据库技术、JAVA技术、J2EE技术、B/S和C/S相结合的技术等当今信息化主流技术，在疏勒河灌区信息化管理系统的基础上从信息采集与控制层、数据库层和应用软件层3个层次上对疏勒河干流水资源监测和调度管理系统进行设计开发，对其进行了扩充和完善。

系统的建成可实现干流灌区水资源—生态实时监测(控)系统，完善水利信息传输系统，建立现代水资源管理与调度的网络系统，开发出水资源分析评价、生态环境监测与评价、水资源调度管理、水资源事务管理及公共服务系统。同时，还可与已有的水利信息化系统相集成，为疏勒河灌区科学决策、优化调度和水资源精准化管理提供技术支持，为实现各阶段调水目标提供保障，为评价调水目标的实现和为最严格的水资源调度管理提供科学依据。

责任编辑 吴 昊

2015-06-15

张重花(1974-)，女，工程师，主要从事水利水电工程规划设计工作。