新疆博乐市地下水远程智能管控系统的实践与应用

雷小牛，肖梦兵，张岳尧，周 杰

一、背 景

新疆作为全国唯一的国民经济全行业用水总量超过“三条红线”指标的省级行政区，地下水超采是最需优先解决的问题。博乐市总人口29.62万人，全市市政、生活、工业用水和6个乡（镇、场）85 万亩（1 亩=1/15 hm2，下同）农田的灌溉用水（其中高效节水灌溉面积79万亩）水源为地下水和博尔塔拉河水，其中地下水占供水量的67%，由全市现有的1 297眼机电井（其中工业用井52眼）提供。这些机电井点多面广，分布分散，管理较难。2017年10月，新疆博乐市建成了国内第一个使用PPP模式的区域性地下水远程智能计量技术示范管控系统项目，覆盖全市所有机电井，具备远程数据传输、管理和执法功能，在减少地下水开采、确保水资源费计收、提高管理效率等方面发挥了重大作用，具有良好的借鉴意义。

二、博乐市地下水远程智能管控系统介绍

1.系统组成与功能特点

博乐市地下水远程智能管控系统由1个总监控中心、6个乡（镇、场）分监测中心、1 297眼地下水机井监测站组成，在每个地下水机井监测站安装地下水计量远程智能管控装置。该装置由高精度电磁流量计、远控电动阀、防护等级工业级（IP65）的电气测控盒、太阳能充电的大容量电池和工业相机组成，为一体式系统，直接与机井出水口法兰连接，能够良好适应弯头、变径等因素的影响。

系统具有对地下水、河水进行精准、实时、长效计量管控的功能，可方便快捷地发挥地下水远程数据传输、管理和执法功能，节约管理成本，提高管理实效，并能形成水资源实时在线大数据，是井电双控智能控制系统的升级和换代。

系统具有以下特点：以远程智能控制电动阀开闭为管控手段，解决实际管理中的权限问题；以中国电信物联网专用数据通道 （CDMA、NB-IOT制式）云数据中心为数据传输存储方式，用水数据实时上传，安全性高，并打破了传统的刷卡取水模式，用水数据更透明、更精确，获取更快捷；采用太阳能自供电系统，满足全年24小时不间断供电，无需协调电力行业，仅水利行业即可自主管控执法；橇装式结构，防盗、防破坏；支持流量计远程清零，便于用户清晰了解年度用水数据；核心设备计量精度高、稳定性好，使用寿命长。

2.与传统井电双控系统的对比

地下水远程智能管控系统与传统井电双控系统的对比见表1。对比可见，远程管控可对每一眼机井的用水数据实时采集、精准上传，并能远程控制阀启闭，实现了从“点对面”到“点对点”的物联网精细化管理，可提供区域性地下水大数据统计分析。

使用地下水远程智能管控系统存在用电成本增加问题，原因在于管道变径、弯头等原因造成约5%的压损。经计算，安装计量装置后增加用电成本为2.57元/亩。针对这一问题，新疆恒劲科博测控技术有限公司已与国内外知名流量计企业共同研发新款流量计，做到不变径、不改变流体形态时直管段最小，比原装置减少压损2%～3%；按机井同口径安装计量装置，做到不变径安装，减免增加压损；地方政府水行政和财税主管部门将增收的水资源费以节水奖励的方式补贴给用水户，补偿用户安装计量装置带来的电费增加。此外，用水户安装计量装置后，节水意识增强，机井取水量减少，将达到节电效果；随着地下水管控的加强，地下水补水条件将进一步改善，地下水位将逐步回升，在水泵功率相同的情况下，出水效率将因地下水埋藏变浅而提高，用电量将呈降低趋势。长远来看，地下水远程智能管控系统的能耗劣势也将减小，结合其众多优势，是刷卡取水管理模式下井电双控系统的良好升级和替代。

3.项目融资模式创新

对于新疆大部分地区来说，水利工程建设有需求，但往往缺乏资金来源。依照《取水许可和水资源费征收管理条例》第三十六条“征收的水资源费应当全额纳入财政预算，由财政部门按照批准的部门财政预算统筹安排，主要用于水资源的节约、保护和管理，也可以用于水资源的合理开发”，以及《新疆维吾尔自治区水资源费征收管理办法》第十二条水资源费的使用范围中明确，可以以新增水资源费的一部分用于项目投资资金和后期运维费用的支付。如此，不仅不会增加政府的负担、形成隐形债务，而且能够在保质保量完成水资源监控能力建设的基础上增加财政收入。

博乐市地下水远程智能管控系统项目成功的关键是创新的融资模式。资本方杭州市丰瑞控股有限公司会同金融机构为新疆推广应用地下水远程智能管控系统筹措资金25亿元，博乐市瑞博水利工程有限公司于2017年一次性投资3 950.21万元，博乐市原农业水利局（现水利局）每年从增收的水资源费中向其支付600万～700万元技术服务费，按照技术协议，确保系统10年内正常运转。

三、博乐市地下水远程智能管控系统使用效果

表1 井电双控系统与地下水远程智能管控系统的对比

博乐市地下水远程智能管控系统上线投入使用至今，数据上传及时准确，累积管理执法200余次，配合用户维修机电井400余次，流量数据上传准确率、信号覆盖率、远程执法成功率均为100%，用水季节监控点动态上线率98%以上。

经过2017年下半年和2018年全年的作物生长供水周期运行，在确保全市市政、生活、工业用水和6个乡（镇、场）85万亩农田灌溉井供水的基础上，保持水资源费和机电井数量不变，仅通过安装地下水远程智能管控系统，就初步实现了减少地下水开采、水资源费“应收尽收”的目标。全市1 297眼机电井2016—2018年实际供水量分别为 2.10亿 m3、1.99亿m3、1.94 亿 m3，2018 年地下水开采量比2016年减少 0.16亿 m3；2017年实际计收水资源费1 100万元，2018年系统安装完成后实际计收水资源费2 200万元，并追收2017年水资源费1 200万元。

地下水远程智能管控系统使博乐市原农业水利局（现水利局）及所属乡（镇、场）水管所掌握了水资源的实际使用情况，为水资源管控提供了有力抓手，管理和执法效率大幅提高，用水信息化效果充分体现；水资源费计收规模大幅上升，计收成本大幅下降。用水户安装计量设施后，能够主动控制用水量，节水意识增强。

系统核心装置已获得国家知识产权局授予的2项实用新型专利技术认证和新疆维吾尔自治区新产品质量认证，研发企业主创人员起草制定了新疆维吾尔自治区地方标准《橇装式 （农业）水计量远程管控装置》（DB65/T 4000—2017），是全国首个水计量远程管控装置地方标准。