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)有地下水管理機電井497 眼，從石羊河流域重點治理以來所有機電井統(tǒng)一安裝了智能化取水計量設施。地下水管理河東鎮(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個農林場的0.7×104hm2耕地。

由于地下水計量設施安裝運行時間較長、老化失修，為實現(xiàn)遠程控制管理，重點解決灌區(qū)范圍內497 眼機電井的控制管理，實現(xiàn)地下水統(tǒng)一調配、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，加強地下水的統(tǒng)一管理。綜合運用工程建設、健全機制、加大宣傳、優(yōu)化結構等舉措對智能化取水計量設施進行更新改造。具體措施包括：①對全部機電機智能化取水計量設施更新改造；②對部分建設標準低破損嚴重的設施設備房進行拆除重建；③配套項目區(qū)信息化中心控制設備1 套，水管站分中心控制設備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施配套不完善，不能較好地發(fā)揮水權交易中心作用

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施、機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)狀機電井計量設施存在老化現(xiàn)象，已不能精準計量

項目區(qū)機電井計量設施于石羊河流域綜合治理項目開始以后才進行安裝和運行，由于維修養(yǎng)護資金不足，老化失修現(xiàn)象嚴重，計量設施部分已損壞，不能精準計量，效益衰減。地下水設備計量落后，由于受當時技術、資金限制，還沒有達到對地下水開采量實行遠程監(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)有設備進行更新、增加遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

2.4 機井管理房年久失修

機井管理房由于修建時間長，標準低、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 項目建設的必要性

3.1 促進農業(yè)節(jié)約用水的需求

灌區(qū)水利工程建設實踐過程中，通過改建農業(yè)灌溉管理設施，大力宣傳水權、水價改革政策，逐步實行動態(tài)水價和超計劃累進加價制度，建立科學的水價體系，進一步提高農戶節(jié)水意識，促進農戶參與管理，自行、自主節(jié)水。

3.2 促進灌區(qū)農民增收的需要

近年來，隨著社會經(jīng)濟水平的逐步增強，灌區(qū)境內設施農牧業(yè)發(fā)展迅速，灌區(qū)農業(yè)基礎設施的逐步完善，為實施農業(yè)水價綜合改革工作打下了良好的基礎。開展農業(yè)水價綜合改革，加大政策對農業(yè)的扶持力度，促進農業(yè)種植結構調整，增加高產高附加值農作物種植面積，提高供水保證率，解放勞動力，從繁重的農事活動轉移到精細管理中，降低農業(yè)生產成本，促進灌區(qū)農民增收。

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)的水量水費計量設施已滿足不了水量精準計量的需求，項目區(qū)水量計量主要依靠手工記錄，水資源精細化管理程度相對低下。農業(yè)水價改革加強水資源合理調配，優(yōu)化水量分配，實現(xiàn)水量精準計量，為實現(xiàn)水資源精細化分配奠定良好的基礎。通過完善田間灌溉計量設施，加強對水資源供給的有效控制和管理，實現(xiàn)水量的自動化精準計量及整個供水工程的實時監(jiān)測、實時調度和實時管理，逐步達到“采集自動化、傳輸網(wǎng)絡化、集成標準化、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業(yè)區(qū)，農業(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)代高效農業(yè)、設施農業(yè)、生態(tài)農業(yè)的集約化程度低、規(guī)模小。農業(yè)水價改革模式的推廣，助推傳統(tǒng)農業(yè)向現(xiàn)代農業(yè)、設施農業(yè)和生態(tài)農業(yè)的整體轉變，有效提高項目區(qū)水資源利用率，增強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施、機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施配套不完善，各基層管理站未設立水權交易中心，不能較好地發(fā)揮水權交易中心的作用。

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 工程設計

4.1 信息化管理中心工程設計

為實現(xiàn)項目區(qū)的水權控制目標，對地下水開采進行精細化管理，力求建立高標準的水權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，搭建服務器、路由器、網(wǎng)絡機柜、防火墻、監(jiān)控計算機、不間斷電源、電池柜等構成的信息服務平臺，實現(xiàn)本灌區(qū)地下水統(tǒng)一調度、統(tǒng)一收費、遠程控制、遠程充值、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)水務局現(xiàn)有的信息化綜合管理平臺，實現(xiàn)手機app的管理功能，便于管理人員隨時隨地查看灌區(qū)現(xiàn)有的機電井數(shù)據(jù)，改造的地下水機電井計量設備的工作狀態(tài)及用水監(jiān)控信息等。

4.2 信息化管理中心供電設計

灌區(qū)供電線路和變配電設備良好，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)調度中心根據(jù)系統(tǒng)所需配置15 kVA 不間斷電源應能維持通信設備和服務器等重要設備正常運行8 h，并留有一定的擴展容量。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。防止調度中心網(wǎng)絡設備遭雷擊，因此對調度中心采用網(wǎng)狀的接地結構進行接地保護，接地電阻≤10 Ω。

UPS 選擇帶輸出隔離變壓器逆變器（工頻機）：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，從而保護了通信設備。

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，平臺為模塊化結構，包括水雨情模塊、地下水管理模塊、費率設置模塊、辦公自動化模塊等。水政、水利、財務等股室可以根據(jù)分中心充值平臺數(shù)據(jù)，分別對機井狀態(tài)、用水量、充值金額等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析。信息化管理平臺需要接入?yún)^(qū)水務局現(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器—客戶端模式。項目區(qū)信息化管理平臺有費率設置模塊，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app 軟件，在適當增加硬件的基礎上，可以把涼州區(qū)全區(qū)的地下水、水雨情等相關數(shù)據(jù)整合到一個處（所）級及區(qū)水務局平臺里面，實現(xiàn)與區(qū)水務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)水務局水利綜合信息化管理平臺提供了對接的基礎和協(xié)議標準，降低了成本。

4.4 計量設施更新設計

本次設計對項目區(qū)安裝的497 套計量設施進行更新。依托移動信息網(wǎng)絡，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)。更新機井地下水取水計量設施；設超聲波水表，避免機械磨損或堵轉引起計量不準，提高計量的可靠性和準確度；設可充電的后備電源，當常用電斷開時，計量設施可繼續(xù)工作10～15 d，避免數(shù)據(jù)丟失；計量設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電井遠程關閉，實現(xiàn)水權精準化管理，落實最嚴格的水資源管理制度。為保障改造后的計量設施及人員安全，對計量設施管理房、計量設施、通往機井的電纜線進行改造，采用PVC 管穿電纜線接通設施，按照現(xiàn)狀機井及設施的位置，每眼機井配套電纜線24 m，穿線管采用Φ63 mmPVC 管。

機井水量計量設施包含5 個主要部分，即計量水表、地下水計量設施、通信模塊、IC 卡和管理計算機。地下水計量設施和計量水表安裝在機井附近的管理房內，通過地下水計量設施來管理水泵的啟動，管理計算機安裝在灌區(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；地下水計量設施通過刷卡控制水泵電機開關和記錄相關的刷卡信息，實現(xiàn)供水消費。通信模塊將地下水計量設施所記錄的各用戶刷卡后的機井號、ID 號、用水時間、剩余水量及一些基礎信息遠傳到灌區(qū)管理處的管理計算機中。管理計算機和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科學管理的功能。

4.5 計量設施設備房工程設計

為加強地下水計量設施的運行管理和地下水水權水量控制及日常維護，對灌區(qū)154 座地下水計量設施設備房進行標準化建設，每座計量設施設備房建筑面積12 m2。將計量設施全部安裝到設備房內，保證設施的正常運行和日常維護。

設備房結構設計：計量設施設備房設計為磚混結構，平面尺寸3.0 m×4.0 m×3.0 m，建筑面積12 m2；基礎墊層采用現(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鋼筋砼結構，屋面板采用現(xiàn)澆C25鋼筋砼結構；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SBS 防水卷材，層面坡度為2%。墻體結構：墻厚240 mm，墻表面抹砂漿20 mm。室內先用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。設備房門采用防盜門，窗戶采用平開式鋼窗，外設防盜鐵柵。室外散水為砂卵石灌漿結構，寬度60 cm，每2 m 設一橫向伸縮縫。

4.6 信息化管理中心和分中心建設

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

5 項目實施后產生的工程效益

一是項目的實施，完善了用水計量設施，嚴格計量管理，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。通過深化農業(yè)水價綜合改革，嚴格落實水權制度，發(fā)揮水價杠稈作用，促進農業(yè)結構調整，增加農業(yè)收入。項目工程實施后即投入使用，區(qū)農業(yè)生產年增加收入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，促進了社會穩(wěn)定與和諧。

二是通過完善價格形成機制，更新改造計量設施，實現(xiàn)了全區(qū)水資源的優(yōu)化配置，進一步節(jié)約了農業(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。

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

四是項目實施后，通過水權水價改革、實施產業(yè)結構調整，提高農田灌溉用水保證率，提高水分生產率，緩解水資源短缺的危機，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量，改善區(qū)域投資環(huán)境，為區(qū)域經(jīng)濟健康、穩(wěn)定、協(xié)調發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。