浅谈杂木灌区地下水管理中存在的问题和工程设计

徐国智

（武威市凉州区杂木河水利管理处，甘肃 武威 733000）

1 概述

杂木灌区有地下水管理机电井497 眼，从石羊河流域重点治理以来所有机电井统一安装了智能化取水计量设施。地下水管理河东镇、金河镇、武南镇、高坝镇的41 个村297 个灌水小组和6个农林场的0.7×104hm2耕地。

由于地下水计量设施安装运行时间较长、老化失修，为实现远程控制管理，重点解决灌区范围内497 眼机电井的控制管理，实现地下水统一调配、统一管理，建立以水管处为信息中心，管理站为分中心的管理模式，加强地下水的统一管理。综合运用工程建设、健全机制、加大宣传、优化结构等举措对智能化取水计量设施进行更新改造。具体措施包括：①对全部机电机智能化取水计量设施更新改造；②对部分建设标准低破损严重的设施设备房进行拆除重建；③配套项目区信息化中心控制设备1 套，水管站分中心控制设备1 套，安装数据采集系统和自动化计量系统。

2 存在的主要问题

2.1 项目区水资源管理及水交易中心设施配套不完善，不能较好地发挥水权交易中心作用

水利信息管理水平相对低，管理单一，目前，仅能实现对上游雨水情和水库大坝安全监测，缺乏统一全面的管理平台和系统软件，特别是对地下水管理计量设施、机电井运行情况和水量计量数据需要人工统计，工作效率低，管理水平与水利可持续发展的要求有一定的差距。

2.2 灌区骨干工程计量设施未实现自动化、信息化

由于杂木灌区各干支渠数量多，范围广，分布较为分散，远离居民点，电网配套较少，目前各干支渠道流量监测仪以人工观测为主。

2.3 现状机电井计量设施存在老化现象，已不能精准计量

项目区机电井计量设施于石羊河流域综合治理项目开始以后才进行安装和运行，由于维修养护资金不足，老化失修现象严重，计量设施部分已损坏，不能精准计量，效益衰减。地下水设备计量落后，由于受当时技术、资金限制，还没有达到对地下水开采量实行远程监控的目的，在一定程度上影响了地下水开采量的监控和水资源配置的落实，迫切需要对现有设备进行更新、增加远程监控系统。

2.4 机井管理房年久失修

机井管理房由于修建时间长，标准低、面积小，有些管理房存在漏雨现象，在里面安装控制柜和水表存在安全隐患。

3 项目建设的必要性

3.1 促进农业节约用水的需求

灌区水利工程建设实践过程中，通过改建农业灌溉管理设施，大力宣传水权、水价改革政策，逐步实行动态水价和超计划累进加价制度，建立科学的水价体系，进一步提高农户节水意识，促进农户参与管理，自行、自主节水。

3.2 促进灌区农民增收的需要

近年来，随着社会经济水平的逐步增强，灌区境内设施农牧业发展迅速，灌区农业基础设施的逐步完善，为实施农业水价综合改革工作打下了良好的基础。开展农业水价综合改革，加大政策对农业的扶持力度，促进农业种植结构调整，增加高产高附加值农作物种植面积，提高供水保证率，解放劳动力，从繁重的农事活动转移到精细管理中，降低农业生产成本，促进灌区农民增收。

3.3 实现水资源管理的自动化、现代化、信息化

随着水资源利用程度的提高，传统的水量水费计量设施已满足不了水量精准计量的需求，项目区水量计量主要依靠手工记录，水资源精细化管理程度相对低下。农业水价改革加强水资源合理调配，优化水量分配，实现水量精准计量，为实现水资源精细化分配奠定良好的基础。通过完善田间灌溉计量设施，加强对水资源供给的有效控制和管理，实现水量的自动化精准计量及整个供水工程的实时监测、实时调度和实时管理，逐步达到“采集自动化、传输网络化、集成标准化、管控一体化、决策智能化”。

3.4 提高水资源利用效率、改善生态环境

杂木灌区是一个典型的灌溉农业区，农业水资源耗用量大，受灌溉条件、灌溉方式、管理水平等因素的制约，现代高效农业、设施农业、生态农业的集约化程度低、规模小。农业水价改革模式的推广，助推传统农业向现代农业、设施农业和生态农业的整体转变，有效提高项目区水资源利用率，增强水资源保障供给能力。

3.5 提高水利信息化程度

目前杂木灌区基层管理站水利信息化管理单一，缺乏统一全面的管理平台和软件系统，特别是对地下水管理计量设施、机电井运行情况和水量计量数据需要人工统计，工作效率低，管理水平低。灌区水资源管理及水交易中心设施配套不完善，各基层管理站未设立水权交易中心，不能较好地发挥水权交易中心的作用。

3.6 提高用水户协会管理运行能力

通过农业水价综合改革项目实施，探索和发展用水合作组织新模式，提高灌区的自动化水平，有利于提升灌区的整体形象和管理水平。

4 工程设计

4.1 信息化管理中心工程设计

为实现项目区的水权控制目标，对地下水开采进行精细化管理，力求建立高标准的水权交易大厅和信息化中心办公场所，配套建立地下水信息化监控中心，搭建服务器、路由器、网络机柜、防火墙、监控计算机、不间断电源、电池柜等构成的信息服务平台，实现本灌区地下水统一调度、统一收费、远程控制、远程充值、统一管理等信息化管理功能。

灌区信息化控制管理中心平台系统通过接入凉州区水务局现有的信息化综合管理平台，实现手机app的管理功能，便于管理人员随时随地查看灌区现有的机电井数据，改造的地下水机电井计量设备的工作状态及用水监控信息等。

4.2 信息化管理中心供电设计

灌区供电线路和变配电设备良好，为了使系统能够可靠地运行，针对监控数据实时性和不间断工作的要求，在项目区调度中心根据系统所需配置15 kVA 不间断电源应能维持通信设备和服务器等重要设备正常运行8 h，并留有一定的扩展容量。不间断电源供电用蓄电池选用全密闭式的胶体免维护蓄电池。防止电压波动范围过大，在UPS 电源前级加入参数式双向抗干扰交流净化稳压电源供电形式。防止调度中心网络设备遭雷击，因此对调度中心采用网状的接地结构进行接地保护，接地电阻≤10 Ω。

UPS 选择带输出隔离变压器逆变器（工频机）：因输出带隔离变压器，根据磁饱和原理，逆变器可以大大提高抗雷电冲击能力，同时也消除了来自电网的电磁脉冲干扰和尖峰危害，使得逆变器输出零线与逆变回路隔离，保持较低零、地电压，从而保护了通信设备。

4.3 系统软件开发

在水管处建立信息化中心管理平台，研发数据通讯和信息化监控管理软件，并适用于杂木灌区。在水管处所建立信息化管理平台，平台为模块化结构，包括水雨情模块、地下水管理模块、费率设置模块、办公自动化模块等。水政、水利、财务等股室可以根据分中心充值平台数据，分别对机井状态、用水量、充值金额等数据进行统计和分析。信息化管理平台需要接入区水务局现有的信息化管理平台，并实现数据库的无缝对接。

水管处信息化管理平台和乡镇管理站分中心的充值软件组建服务器—客户端模式。项目区信息化管理平台有费率设置模块，统一下发到分中心充值客户端软件中，客户端软件实时上传充值信息到水管处信息化管理平台。软件系统支持微信、银行卡、支付宝等支付方式。

本次软件系统开发的水管处信息化管理平台需接入区水务局现有的综合信息化管理平台，同时，利用黄羊灌区开发的可移植到其他灌区中使用的手机app 软件，在适当增加硬件的基础上，可以把凉州区全区的地下水、水雨情等相关数据整合到一个处（所）级及区水务局平台里面，实现与区水务局水利综合信息化管理平台的无缝对接。真正实现区水务局对全区地下水和水雨情等数据的全面掌控。这为其他各处（所）地下水以及其他数据接入区水务局水利综合信息化管理平台提供了对接的基础和协议标准，降低了成本。

4.4 计量设施更新设计

本次设计对项目区安装的497 套计量设施进行更新。依托移动信息网络，在项目区信息化中心管理平台，安装数据采集系统。更新机井地下水取水计量设施；设超声波水表，避免机械磨损或堵转引起计量不准，提高计量的可靠性和准确度；设可充电的后备电源，当常用电断开时，计量设施可继续工作10～15 d，避免数据丢失；计量设施具有完善的故障报警系统，故障报警直观明了。若出现机井用水异常和出现偷水、窃水现象，灌区管理中心可以通知管理站对机电井远程关闭，实现水权精准化管理，落实最严格的水资源管理制度。为保障改造后的计量设施及人员安全，对计量设施管理房、计量设施、通往机井的电缆线进行改造，采用PVC 管穿电缆线接通设施，按照现状机井及设施的位置，每眼机井配套电缆线24 m，穿线管采用Φ63 mmPVC 管。

机井水量计量设施包含5 个主要部分，即计量水表、地下水计量设施、通信模块、IC 卡和管理计算机。地下水计量设施和计量水表安装在机井附近的管理房内，通过地下水计量设施来管理水泵的启动，管理计算机安装在灌区管理单位中。水表由铸铁表壳和水表头组成，水表串接在输水管道上，计量管道的过流量；地下水计量设施通过刷卡控制水泵电机开关和记录相关的刷卡信息，实现供水消费。通信模块将地下水计量设施所记录的各用户刷卡后的机井号、ID 号、用水时间、剩余水量及一些基础信息远传到灌区管理处的管理计算机中。管理计算机和IC 卡读写器组成的IC 卡管理系统通过运行专用的灌区IC卡信息管理系统软件，可实现对用户建档、建卡、卡充值、销卡、灌区水资源及用水信息等相关科学管理的功能。

4.5 计量设施设备房工程设计

为加强地下水计量设施的运行管理和地下水水权水量控制及日常维护，对灌区154 座地下水计量设施设备房进行标准化建设，每座计量设施设备房建筑面积12 m²。将计量设施全部安装到设备房内，保证设施的正常运行和日常维护。

设备房结构设计：计量设施设备房设计为砖混结构，平面尺寸3.0 m×4.0 m×3.0 m，建筑面积12 m²；基础垫层采用现浇C25钢筋砼柱，尺寸为0.3 m×0.3 m×1.0 m；圈梁采用现浇C25钢筋砼结构，屋面板采用现浇C25钢筋砼结构；屋顶采用1∶3 水泥砂浆找平层、1∶8 水泥炉渣保温层、1∶3 泥砂浆找2%坡。屋顶为双向排水，上面铺设SBS 防水卷材，层面坡度为2%。墙体结构：墙厚240 mm，墙表面抹砂浆20 mm。室内先用M10 水泥砂浆抹面，然后批腻子两道，再粉刷防水涂料；外墙先用M10 水泥砂浆抹面，再粉刷丙烯酸外墙涂料。设备房门采用防盗门，窗户采用平开式钢窗，外设防盗铁栅。室外散水为砂卵石灌浆结构，宽度60 cm，每2 m 设一横向伸缩缝。

4.6 信息化管理中心和分中心建设

在灌区建设信息化管理总控中心1 处，在水管站建设1个信息化管理分中心，管理中心和分中心配套相关的软硬件设施，地下水计量设施直接发送到管理中心，分中心通过网络共享管理所管辖的地下水计量设施。

5 项目实施后产生的工程效益

一是项目的实施，完善了用水计量设施，严格计量管理，提高了水利信息化水平，有效落实了总量控制和定额管理用水制度，为水市场培育发展创造良好条件，促进节约用水，项目工程实施区年节约水量120×104m³。通过深化农业水价综合改革，严格落实水权制度，发挥水价杠秆作用，促进农业结构调整，增加农业收入。项目工程实施后即投入使用，区农业生产年增加收入192×104元，提高了群众民主参与管水、用水的积极性，减少了用水户之间的水事纠纷，促进了社会稳定与和谐。

二是通过完善价格形成机制，更新改造计量设施，实现了全区水资源的优化配置，进一步节约了农业用水量，使项目区灌溉水利用系数得到提高，为灌区走上良性循环、健康发展的道路奠定了基础。

三是通过细化水权管理制度，建立自动控制、远程监管、精准计量的用水计量智能化，关死无序用水的“阀门”，严格控制地下水开采量，有效遏制地下水水位的下降趋势，维持地下水的采补平衡，有利于流域生态环境的有效修复和逐步改善。

四是项目实施后，通过水权水价改革、实施产业结构调整，提高农田灌溉用水保证率，提高水分生产率，缓解水资源短缺的危机，缓解地下水位持续下降趋势，有效遏制生态系统恶化，提高了居民的生活质量，改善区域投资环境，为区域经济健康、稳定、协调发展创造了有利条件。