淺談雜木灌區(qū)地下水管理中存在的問題和工程設(shè)計

徐國智

（武威市涼州區(qū)雜木河水利管理處，甘肅 武威 733000）

1 概述

雜木灌區(qū)有地下水管理機(jī)電井497 眼，從石羊河流域重點治理以來所有機(jī)電井統(tǒng)一安裝了智能化取水計量設(shè)施。地下水管理河?xùn)|鎮(zhèn)、金河鎮(zhèn)、武南鎮(zhèn)、高壩鎮(zhèn)的41 個村297 個灌水小組和6個農(nóng)林場的0.7×104hm2耕地。

由于地下水計量設(shè)施安裝運行時間較長、老化失修，為實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制管理，重點解決灌區(qū)范圍內(nèi)497 眼機(jī)電井的控制管理，實現(xiàn)地下水統(tǒng)一調(diào)配、統(tǒng)一管理，建立以水管處為信息中心，管理站為分中心的管理模式，加強(qiáng)地下水的統(tǒng)一管理。綜合運用工程建設(shè)、健全機(jī)制、加大宣傳、優(yōu)化結(jié)構(gòu)等舉措對智能化取水計量設(shè)施進(jìn)行更新改造。具體措施包括：①對全部機(jī)電機(jī)智能化取水計量設(shè)施更新改造；②對部分建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低破損嚴(yán)重的設(shè)施設(shè)備房進(jìn)行拆除重建；③配套項目區(qū)信息化中心控制設(shè)備1 套，水管站分中心控制設(shè)備1 套，安裝數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和自動化計量系統(tǒng)。

2 存在的主要問題

2.1 項目區(qū)水資源管理及水交易中心設(shè)施配套不完善，不能較好地發(fā)揮水權(quán)交易中心作用

水利信息管理水平相對低，管理單一，目前，僅能實現(xiàn)對上游雨水情和水庫大壩安全監(jiān)測，缺乏統(tǒng)一全面的管理平臺和系統(tǒng)軟件，特別是對地下水管理計量設(shè)施、機(jī)電井運行情況和水量計量數(shù)據(jù)需要人工統(tǒng)計，工作效率低，管理水平與水利可持續(xù)發(fā)展的要求有一定的差距。

2.2 灌區(qū)骨干工程計量設(shè)施未實現(xiàn)自動化、信息化

由于雜木灌區(qū)各干支渠數(shù)量多，范圍廣，分布較為分散，遠(yuǎn)離居民點，電網(wǎng)配套較少，目前各干支渠道流量監(jiān)測儀以人工觀測為主。

2.3 現(xiàn)狀機(jī)電井計量設(shè)施存在老化現(xiàn)象，已不能精準(zhǔn)計量

項目區(qū)機(jī)電井計量設(shè)施于石羊河流域綜合治理項目開始以后才進(jìn)行安裝和運行，由于維修養(yǎng)護(hù)資金不足，老化失修現(xiàn)象嚴(yán)重，計量設(shè)施部分已損壞，不能精準(zhǔn)計量，效益衰減。地下水設(shè)備計量落后，由于受當(dāng)時技術(shù)、資金限制，還沒有達(dá)到對地下水開采量實行遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的，在一定程度上影響了地下水開采量的監(jiān)控和水資源配置的落實，迫切需要對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行更新、增加遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

2.4 機(jī)井管理房年久失修

機(jī)井管理房由于修建時間長，標(biāo)準(zhǔn)低、面積小，有些管理房存在漏雨現(xiàn)象，在里面安裝控制柜和水表存在安全隱患。

3 項目建設(shè)的必要性

3.1 促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)約用水的需求

灌區(qū)水利工程建設(shè)實踐過程中，通過改建農(nóng)業(yè)灌溉管理設(shè)施，大力宣傳水權(quán)、水價改革政策，逐步實行動態(tài)水價和超計劃累進(jìn)加價制度，建立科學(xué)的水價體系，進(jìn)一步提高農(nóng)戶節(jié)水意識，促進(jìn)農(nóng)戶參與管理，自行、自主節(jié)水。

3.2 促進(jìn)灌區(qū)農(nóng)民增收的需要

近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)水平的逐步增強(qiáng)，灌區(qū)境內(nèi)設(shè)施農(nóng)牧業(yè)發(fā)展迅速，灌區(qū)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的逐步完善，為實施農(nóng)業(yè)水價綜合改革工作打下了良好的基礎(chǔ)。開展農(nóng)業(yè)水價綜合改革，加大政策對農(nóng)業(yè)的扶持力度，促進(jìn)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，增加高產(chǎn)高附加值農(nóng)作物種植面積，提高供水保證率，解放勞動力，從繁重的農(nóng)事活動轉(zhuǎn)移到精細(xì)管理中，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，促進(jìn)灌區(qū)農(nóng)民增收。

3.3 實現(xiàn)水資源管理的自動化、現(xiàn)代化、信息化

隨著水資源利用程度的提高，傳統(tǒng)的水量水費計量設(shè)施已滿足不了水量精準(zhǔn)計量的需求，項目區(qū)水量計量主要依靠手工記錄，水資源精細(xì)化管理程度相對低下。農(nóng)業(yè)水價改革加強(qiáng)水資源合理調(diào)配，優(yōu)化水量分配，實現(xiàn)水量精準(zhǔn)計量，為實現(xiàn)水資源精細(xì)化分配奠定良好的基礎(chǔ)。通過完善田間灌溉計量設(shè)施，加強(qiáng)對水資源供給的有效控制和管理，實現(xiàn)水量的自動化精準(zhǔn)計量及整個供水工程的實時監(jiān)測、實時調(diào)度和實時管理，逐步達(dá)到“采集自動化、傳輸網(wǎng)絡(luò)化、集成標(biāo)準(zhǔn)化、管控一體化、決策智能化”。

3.4 提高水資源利用效率、改善生態(tài)環(huán)境

雜木灌區(qū)是一個典型的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，農(nóng)業(yè)水資源耗用量大，受灌溉條件、灌溉方式、管理水平等因素的制約，現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)的集約化程度低、規(guī)模小。農(nóng)業(yè)水價改革模式的推廣，助推傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)的整體轉(zhuǎn)變，有效提高項目區(qū)水資源利用率，增強(qiáng)水資源保障供給能力。

3.5 提高水利信息化程度

目前雜木灌區(qū)基層管理站水利信息化管理單一，缺乏統(tǒng)一全面的管理平臺和軟件系統(tǒng)，特別是對地下水管理計量設(shè)施、機(jī)電井運行情況和水量計量數(shù)據(jù)需要人工統(tǒng)計，工作效率低，管理水平低。灌區(qū)水資源管理及水交易中心設(shè)施配套不完善，各基層管理站未設(shè)立水權(quán)交易中心，不能較好地發(fā)揮水權(quán)交易中心的作用。

3.6 提高用水戶協(xié)會管理運行能力

通過農(nóng)業(yè)水價綜合改革項目實施，探索和發(fā)展用水合作組織新模式，提高灌區(qū)的自動化水平，有利于提升灌區(qū)的整體形象和管理水平。

4 工程設(shè)計

4.1 信息化管理中心工程設(shè)計

為實現(xiàn)項目區(qū)的水權(quán)控制目標(biāo)，對地下水開采進(jìn)行精細(xì)化管理，力求建立高標(biāo)準(zhǔn)的水權(quán)交易大廳和信息化中心辦公場所，配套建立地下水信息化監(jiān)控中心，搭建服務(wù)器、路由器、網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜、防火墻、監(jiān)控計算機(jī)、不間斷電源、電池柜等構(gòu)成的信息服務(wù)平臺，實現(xiàn)本灌區(qū)地下水統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一收費、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程充值、統(tǒng)一管理等信息化管理功能。

灌區(qū)信息化控制管理中心平臺系統(tǒng)通過接入涼州區(qū)水務(wù)局現(xiàn)有的信息化綜合管理平臺，實現(xiàn)手機(jī)app的管理功能，便于管理人員隨時隨地查看灌區(qū)現(xiàn)有的機(jī)電井?dāng)?shù)據(jù)，改造的地下水機(jī)電井計量設(shè)備的工作狀態(tài)及用水監(jiān)控信息等。

4.2 信息化管理中心供電設(shè)計

灌區(qū)供電線路和變配電設(shè)備良好，為了使系統(tǒng)能夠可靠地運行，針對監(jiān)控數(shù)據(jù)實時性和不間斷工作的要求，在項目區(qū)調(diào)度中心根據(jù)系統(tǒng)所需配置15 kVA 不間斷電源應(yīng)能維持通信設(shè)備和服務(wù)器等重要設(shè)備正常運行8 h，并留有一定的擴(kuò)展容量。不間斷電源供電用蓄電池選用全密閉式的膠體免維護(hù)蓄電池。防止電壓波動范圍過大，在UPS 電源前級加入?yún)?shù)式雙向抗干擾交流凈化穩(wěn)壓電源供電形式。防止調(diào)度中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備遭雷擊，因此對調(diào)度中心采用網(wǎng)狀的接地結(jié)構(gòu)進(jìn)行接地保護(hù)，接地電阻≤10 Ω。

UPS 選擇帶輸出隔離變壓器逆變器（工頻機(jī)）：因輸出帶隔離變壓器，根據(jù)磁飽和原理，逆變器可以大大提高抗雷電沖擊能力，同時也消除了來自電網(wǎng)的電磁脈沖干擾和尖峰危害，使得逆變器輸出零線與逆變回路隔離，保持較低零、地電壓，從而保護(hù)了通信設(shè)備。

4.3 系統(tǒng)軟件開發(fā)

在水管處建立信息化中心管理平臺，研發(fā)數(shù)據(jù)通訊和信息化監(jiān)控管理軟件，并適用于雜木灌區(qū)。在水管處所建立信息化管理平臺，平臺為模塊化結(jié)構(gòu)，包括水雨情模塊、地下水管理模塊、費率設(shè)置模塊、辦公自動化模塊等。水政、水利、財務(wù)等股室可以根據(jù)分中心充值平臺數(shù)據(jù)，分別對機(jī)井狀態(tài)、用水量、充值金額等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析。信息化管理平臺需要接入?yún)^(qū)水務(wù)局現(xiàn)有的信息化管理平臺，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的無縫對接。

水管處信息化管理平臺和鄉(xiāng)鎮(zhèn)管理站分中心的充值軟件組建服務(wù)器—客戶端模式。項目區(qū)信息化管理平臺有費率設(shè)置模塊，統(tǒng)一下發(fā)到分中心充值客戶端軟件中，客戶端軟件實時上傳充值信息到水管處信息化管理平臺。軟件系統(tǒng)支持微信、銀行卡、支付寶等支付方式。

本次軟件系統(tǒng)開發(fā)的水管處信息化管理平臺需接入?yún)^(qū)水務(wù)局現(xiàn)有的綜合信息化管理平臺，同時，利用黃羊灌區(qū)開發(fā)的可移植到其他灌區(qū)中使用的手機(jī)app 軟件，在適當(dāng)增加硬件的基礎(chǔ)上，可以把涼州區(qū)全區(qū)的地下水、水雨情等相關(guān)數(shù)據(jù)整合到一個處（所）級及區(qū)水務(wù)局平臺里面，實現(xiàn)與區(qū)水務(wù)局水利綜合信息化管理平臺的無縫對接。真正實現(xiàn)區(qū)水務(wù)局對全區(qū)地下水和水雨情等數(shù)據(jù)的全面掌控。這為其他各處（所）地下水以及其他數(shù)據(jù)接入?yún)^(qū)水務(wù)局水利綜合信息化管理平臺提供了對接的基礎(chǔ)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，降低了成本。

4.4 計量設(shè)施更新設(shè)計

本次設(shè)計對項目區(qū)安裝的497 套計量設(shè)施進(jìn)行更新。依托移動信息網(wǎng)絡(luò)，在項目區(qū)信息化中心管理平臺，安裝數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。更新機(jī)井地下水取水計量設(shè)施；設(shè)超聲波水表，避免機(jī)械磨損或堵轉(zhuǎn)引起計量不準(zhǔn)，提高計量的可靠性和準(zhǔn)確度；設(shè)可充電的后備電源，當(dāng)常用電斷開時，計量設(shè)施可繼續(xù)工作10～15 d，避免數(shù)據(jù)丟失；計量設(shè)施具有完善的故障報警系統(tǒng)，故障報警直觀明了。若出現(xiàn)機(jī)井用水異常和出現(xiàn)偷水、竊水現(xiàn)象，灌區(qū)管理中心可以通知管理站對機(jī)電井遠(yuǎn)程關(guān)閉，實現(xiàn)水權(quán)精準(zhǔn)化管理，落實最嚴(yán)格的水資源管理制度。為保障改造后的計量設(shè)施及人員安全，對計量設(shè)施管理房、計量設(shè)施、通往機(jī)井的電纜線進(jìn)行改造，采用PVC 管穿電纜線接通設(shè)施，按照現(xiàn)狀機(jī)井及設(shè)施的位置，每眼機(jī)井配套電纜線24 m，穿線管采用Φ63 mmPVC 管。

機(jī)井水量計量設(shè)施包含5 個主要部分，即計量水表、地下水計量設(shè)施、通信模塊、IC 卡和管理計算機(jī)。地下水計量設(shè)施和計量水表安裝在機(jī)井附近的管理房內(nèi)，通過地下水計量設(shè)施來管理水泵的啟動，管理計算機(jī)安裝在灌區(qū)管理單位中。水表由鑄鐵表殼和水表頭組成，水表串接在輸水管道上，計量管道的過流量；地下水計量設(shè)施通過刷卡控制水泵電機(jī)開關(guān)和記錄相關(guān)的刷卡信息，實現(xiàn)供水消費。通信模塊將地下水計量設(shè)施所記錄的各用戶刷卡后的機(jī)井號、ID 號、用水時間、剩余水量及一些基礎(chǔ)信息遠(yuǎn)傳到灌區(qū)管理處的管理計算機(jī)中。管理計算機(jī)和IC 卡讀寫器組成的IC 卡管理系統(tǒng)通過運行專用的灌區(qū)IC卡信息管理系統(tǒng)軟件，可實現(xiàn)對用戶建檔、建卡、卡充值、銷卡、灌區(qū)水資源及用水信息等相關(guān)科學(xué)管理的功能。

4.5 計量設(shè)施設(shè)備房工程設(shè)計

為加強(qiáng)地下水計量設(shè)施的運行管理和地下水水權(quán)水量控制及日常維護(hù)，對灌區(qū)154 座地下水計量設(shè)施設(shè)備房進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，每座計量設(shè)施設(shè)備房建筑面積12 m2。將計量設(shè)施全部安裝到設(shè)備房內(nèi)，保證設(shè)施的正常運行和日常維護(hù)。

設(shè)備房結(jié)構(gòu)設(shè)計：計量設(shè)施設(shè)備房設(shè)計為磚混結(jié)構(gòu)，平面尺寸3.0 m×4.0 m×3.0 m，建筑面積12 m2；基礎(chǔ)墊層采用現(xiàn)澆C25鋼筋砼柱，尺寸為0.3 m×0.3 m×1.0 m；圈梁采用現(xiàn)澆C25鋼筋砼結(jié)構(gòu)，屋面板采用現(xiàn)澆C25鋼筋砼結(jié)構(gòu)；屋頂采用1∶3 水泥砂漿找平層、1∶8 水泥爐渣保溫層、1∶3 泥砂漿找2%坡。屋頂為雙向排水，上面鋪設(shè)SBS 防水卷材，層面坡度為2%。墻體結(jié)構(gòu)：墻厚240 mm，墻表面抹砂漿20 mm。室內(nèi)先用M10 水泥砂漿抹面，然后批膩子兩道，再粉刷防水涂料；外墻先用M10 水泥砂漿抹面，再粉刷丙烯酸外墻涂料。設(shè)備房門采用防盜門，窗戶采用平開式鋼窗，外設(shè)防盜鐵柵。室外散水為砂卵石灌漿結(jié)構(gòu)，寬度60 cm，每2 m 設(shè)一橫向伸縮縫。

4.6 信息化管理中心和分中心建設(shè)

在灌區(qū)建設(shè)信息化管理總控中心1 處，在水管站建設(shè)1個信息化管理分中心，管理中心和分中心配套相關(guān)的軟硬件設(shè)施，地下水計量設(shè)施直接發(fā)送到管理中心，分中心通過網(wǎng)絡(luò)共享管理所管轄的地下水計量設(shè)施。

5 項目實施后產(chǎn)生的工程效益

一是項目的實施，完善了用水計量設(shè)施，嚴(yán)格計量管理，提高了水利信息化水平，有效落實了總量控制和定額管理用水制度，為水市場培育發(fā)展創(chuàng)造良好條件，促進(jìn)節(jié)約用水，項目工程實施區(qū)年節(jié)約水量120×104m3。通過深化農(nóng)業(yè)水價綜合改革，嚴(yán)格落實水權(quán)制度，發(fā)揮水價杠稈作用，促進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，增加農(nóng)業(yè)收入。項目工程實施后即投入使用，區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)年增加收入192×104元，提高了群眾民主參與管水、用水的積極性，減少了用水戶之間的水事糾紛，促進(jìn)了社會穩(wěn)定與和諧。

二是通過完善價格形成機(jī)制，更新改造計量設(shè)施，實現(xiàn)了全區(qū)水資源的優(yōu)化配置，進(jìn)一步節(jié)約了農(nóng)業(yè)用水量，使項目區(qū)灌溉水利用系數(shù)得到提高，為灌區(qū)走上良性循環(huán)、健康發(fā)展的道路奠定了基礎(chǔ)。

三是通過細(xì)化水權(quán)管理制度，建立自動控制、遠(yuǎn)程監(jiān)管、精準(zhǔn)計量的用水計量智能化，關(guān)死無序用水的“閥門”，嚴(yán)格控制地下水開采量，有效遏制地下水水位的下降趨勢，維持地下水的采補(bǔ)平衡，有利于流域生態(tài)環(huán)境的有效修復(fù)和逐步改善。

四是項目實施后，通過水權(quán)水價改革、實施產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高農(nóng)田灌溉用水保證率，提高水分生產(chǎn)率，緩解水資源短缺的危機(jī)，緩解地下水位持續(xù)下降趨勢，有效遏制生態(tài)系統(tǒng)惡化，提高了居民的生活質(zhì)量，改善區(qū)域投資環(huán)境，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)健康、穩(wěn)定、協(xié)調(diào)發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。