潘莊灌區(qū)水情信息管理技術(shù)改造及效果分析

張玉貴，王志強(qiáng)，崔 慶

（德州市水利局，山東 德州 253014）

德州市潘莊灌區(qū)為全國(guó)大型的引黃灌區(qū)之一，設(shè)計(jì)灌溉面積33.3萬(wàn)hm2，渠首閘設(shè)計(jì)引水流量120 m3/s，總干渠全長(zhǎng)91.3 km，在德州市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和發(fā)展中點(diǎn)據(jù)十分重要的地位，為德州市工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)灌溉以及城鄉(xiāng)居民生活用水提供了大量水源。近年來(lái)，潘莊灌區(qū)通過(guò)創(chuàng)造現(xiàn)代化的引黃灌區(qū)管理大大提高了節(jié)水用水效率，特別是通過(guò)對(duì)干渠水情信息化管理技術(shù)改造完成引黃水情的收集、整理，維護(hù)了輸水供水秩序的高效順暢運(yùn)行，為德州市經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。

1 水情信息管理現(xiàn)狀

灌區(qū)設(shè)有1個(gè)信息中心，8個(gè)信息分中心，中心設(shè)在管理局，分中心設(shè)在潘莊、趙莊、務(wù)頭、臺(tái)樓、武莊、辛章、崔莊、尚廟8個(gè)水情觀測(cè)站，主要負(fù)責(zé)水位觀測(cè)、流量測(cè)算、堤防巡查等工作。但原管理平臺(tái)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)在總干渠調(diào)度供水需求，給總干渠引水輸水管理帶來(lái)很多不便；原監(jiān)控系統(tǒng)已不能滿(mǎn)足總干渠的管理工作，尤其是不能滿(mǎn)足冬季放水的防凌工作的需求。

2 水情信息管理技術(shù)改造

2.1 水位數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理

灌區(qū)采用專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，以局中心、分中心和水位前端機(jī)為總體結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)的采集按照需要設(shè)置采樣間隔和時(shí)間點(diǎn)定時(shí)采集，利用雷達(dá)式水位計(jì)采集水位數(shù)據(jù)，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆破脚_(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，實(shí)現(xiàn)水位數(shù)據(jù)自動(dòng)化管理。

水情監(jiān)測(cè)設(shè)備主要是采用國(guó)產(chǎn)RUT，對(duì)具體應(yīng)用系統(tǒng)的接口能力較強(qiáng)。RUT設(shè)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(hù)，工作環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)。

2.2 閘門(mén)遠(yuǎn)程測(cè)控

灌區(qū)閘門(mén)遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)主要通過(guò)閘門(mén)控制單元遠(yuǎn)程控制閘門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉，在控制的過(guò)程中通過(guò)視頻傳輸實(shí)時(shí)圖像，直觀了解閘門(mén)的運(yùn)行工況以及周邊環(huán)境，提高了閘門(mén)控制精度、控制效率，保證閘門(mén)啟閉的及時(shí)性和安全性，減少工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

閘門(mén)遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)主要是采用IP網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展模塊通信，IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、可靠性對(duì)于閘門(mén)的控制是必不可少的。閘門(mén)遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的PLC、網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器等小功率設(shè)備及啟閉電機(jī)等設(shè)備使用太陽(yáng)能供電。

2.3 視頻監(jiān)控

在控制中心和分站點(diǎn)通過(guò)視頻監(jiān)控軟件可以隨時(shí)瀏覽實(shí)時(shí)視頻、回放視頻錄像、控制攝像機(jī)等，靈活地觀察現(xiàn)場(chǎng)情況。數(shù)據(jù)信息傳輸方式主要以無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸為主，建筑物的攝像機(jī)與控制中心網(wǎng)絡(luò)相通，中間無(wú)信號(hào)衰減，圖像清晰度提高。

對(duì)主要水工建筑物的視頻監(jiān)控可以實(shí)時(shí)采集到視頻數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控服務(wù)器的主機(jī)中，對(duì)事故分析、責(zé)任排查、水情信息等都具有非常重要的價(jià)值。攝像機(jī)主要采用球機(jī)和槍機(jī)相結(jié)合的方式，攝像機(jī)具備紅外夜視功能。使用市電或者太陽(yáng)能系統(tǒng)為設(shè)備提供能源，達(dá)到環(huán)保經(jīng)濟(jì)的目的。

2.4 水情信息管理平臺(tái)建設(shè)

灌區(qū)控制中心構(gòu)建虛擬局域網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，將每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息匯總到平臺(tái)，利用各單位現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，降低成本，實(shí)現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)共享資源。灌區(qū)雷達(dá)式水位計(jì)以GPRS無(wú)線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)，視頻以模擬信號(hào)輸出，還有脈沖信號(hào)、開(kāi)關(guān)信號(hào)等，以不同的通訊方式處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)形式，將輸出數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，最終傳至控制中心。

3 技術(shù)改造效果分析

技術(shù)改造主要的費(fèi)用包括工程投資、年運(yùn)行費(fèi)及設(shè)備維護(hù)費(fèi)等。其中，一階段工程費(fèi)用約58萬(wàn)元，二階段工程費(fèi)用約75萬(wàn)元。數(shù)據(jù)傳輸主要以網(wǎng)絡(luò)信號(hào)運(yùn)行，每年的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行費(fèi)用大概6萬(wàn)元。其他費(fèi)用主要應(yīng)用在維護(hù)灌區(qū)干渠更新的設(shè)備、儀器以及用電花費(fèi)。

3.1 省工效益

利用原信息平臺(tái)進(jìn)行工作，需要組織多名專(zhuān)職人員進(jìn)行干渠水位測(cè)報(bào)、堤防巡查、沉沙池防守等工作，在特殊時(shí)期放水還需成立領(lǐng)導(dǎo)帶隊(duì)的巡查小組，每個(gè)站所必須有后備人員。干渠水情信息管理技術(shù)改造成功運(yùn)行后，實(shí)現(xiàn)了灌區(qū)無(wú)人值守、水情自動(dòng)上報(bào)、自動(dòng)處理，可減少一半多管理人員，節(jié)省費(fèi)用400多萬(wàn)元，這些人力、物力、財(cái)力均可用在引黃干渠日常管理，提高灌區(qū)水資源利用效率。

3.2 搶險(xiǎn)工程減支效益

自灌區(qū)引水以來(lái)，干渠共發(fā)生決口12余次，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失有1 200余萬(wàn)元，淹沒(méi)農(nóng)田共10余次，造成當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)100余萬(wàn)元，根據(jù)相關(guān)的材料計(jì)算，每年可減少因決口支出費(fèi)用大約32.5余萬(wàn)元。

3.3 水費(fèi)增收效益

干渠水情信息管理技術(shù)改造運(yùn)行后，杜絕了重大決口事故的發(fā)生，提高了干渠水資源的利用率以及調(diào)水的科學(xué)性。根據(jù)灌區(qū)多年平均引水量、平均引水天數(shù)、發(fā)生決口次數(shù)、國(guó)家規(guī)定的水價(jià)等相關(guān)信息，可增加灌區(qū)水費(fèi)大約338萬(wàn)元。

3.4 社會(huì)效益

灌區(qū)水情信息管理技術(shù)改造完成后，保證灌區(qū)內(nèi)水資源的有效供給，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，提高生產(chǎn)力，促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，提高糧食綜合生產(chǎn)能力，有效保障區(qū)域糧食安全，也帶動(dòng)水利工程建設(shè)、管護(hù)機(jī)制的改革與發(fā)展，對(duì)灌區(qū)創(chuàng)新建管思路有著一定的探索和示范作用。

3.5 生態(tài)效益

技術(shù)改造應(yīng)用后，提高了灌溉水利用系數(shù)；減輕了水量供需平衡矛盾壓力，保障灌區(qū)安全輸水、精確配水、定量灌水；提高了作物產(chǎn)量降低灌溉成本，使農(nóng)民增產(chǎn)增收；提高了灌區(qū)節(jié)水灌溉工程建設(shè)，合理進(jìn)行農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，做到精準(zhǔn)灌溉，改變了粗放經(jīng)營(yíng)的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式；提高耕地的產(chǎn)出率，增加產(chǎn)量，改善產(chǎn)品品質(zhì)，生態(tài)效益明顯提高。

4 結(jié)論

潘莊灌區(qū)水情信息管理技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)了水情信息的實(shí)時(shí)查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)分析及水情整編，提高了水情信息的時(shí)效性和可靠性，加快了水資源的合理分配，確保了引黃灌區(qū)安全引水輸水，降低了管理運(yùn)行費(fèi)用。