劉吉貴

（德州市水利局，山東 德州 253014）

智慧調(diào)水是智慧水利建設(shè)的重要內(nèi)容，也是提高調(diào)水效能、提升水資源利用率的必由之路。近兩年來，德州市水利局蘆家河揚水站管理處以德州市中心城區(qū)調(diào)水工程為研究對象，從信息采集系統(tǒng)建設(shè)、自動控制系統(tǒng)建設(shè)、決策支持系統(tǒng)建設(shè)三方面著手，同步開展硬件和軟件建設(shè)，努力探索智慧調(diào)水、一鍵調(diào)水的路子，取得初步成效。

1 基本情況

溝盤河水庫是德州市中心城區(qū)第三水廠的主要水源地。引黃調(diào)水線路為：黃河水由潘莊引黃總干渠進(jìn)入馬頰河，在李家橋閘上由辛店閘進(jìn)入沙楊河，經(jīng)程官屯泵站、穿減河涵洞進(jìn)入九龍溝、兄弟干渠、橫河，經(jīng)蘆家河泵站進(jìn)入溝盤河水庫。其中蘆家河揚水站管理處管理的工程包括辛店閘、沙楊河8.2 km、程官屯泵站、九龍溝—兄弟干渠—橫河10 km、蘆家河泵站，是一個既包括水閘、河道，又包括泵站的復(fù)雜調(diào)水系統(tǒng)。

該工程每年調(diào)水9次左右，每次持續(xù)6 d左右，自提啟辛店閘起，2段河道運用、2個泵站啟閉及3個閘門（辛店閘、程官屯泵站自流閘、蘆家河泵站自流閘）的啟閉均是憑經(jīng)驗操作，調(diào)度人員和值班人員24 h察看水情、工情，并根據(jù)水情調(diào)度工程，既缺乏安全性，又極易造成水資源的浪費，智慧調(diào)水建設(shè)勢在必行。

2 智慧調(diào)水建設(shè)主要內(nèi)容

2020年以來，德州市投資700余萬元開展“智慧調(diào)水”工程建設(shè)，主要包括信息采集系統(tǒng)建設(shè)、自動控制系統(tǒng)建設(shè)、決策支持系統(tǒng)建設(shè)3部分。

2.1 信息采集系統(tǒng)建設(shè)

信息采集系統(tǒng)建設(shè)即監(jiān)測體系建設(shè)，實現(xiàn)對調(diào)水過程中水量、水位、流量及設(shè)備狀況等全要素的實時在線監(jiān)測，提升信息捕捉和感知能力。

1）河道水位測報系統(tǒng)。建設(shè)辛店閘前水位、沙楊河水位、橫河水位、溝盤河水庫水位等7個監(jiān)測點，可隨時對調(diào)水時河道水位進(jìn)行監(jiān)測。

2）河道流量測報系統(tǒng)。建成沙楊河辛店軌道式測流站、頭屯干渠三十鋪軌道式測流站、程官屯泵站及自流閘超聲波測流、蘆家河泵站及自流閘超聲波測流4個測流點。調(diào)水時軌道式測流站每天上午9點和下午4點各測量1次，關(guān)鍵時刻加密測量頻次，泵站及自流閘流量隨時測量。

3）工程監(jiān)控系統(tǒng)。安裝監(jiān)控攝像頭84個，所有水閘、泵站、管理院落實現(xiàn)視頻監(jiān)控全覆蓋。特別是在水位、設(shè)備等關(guān)鍵點設(shè)立監(jiān)控，方便對自動監(jiān)測設(shè)備的人工驗證，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

4）設(shè)備運行數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。包括泵站、水閘運行時的電壓、電流等數(shù)據(jù)，并對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行自動報警。

2.2 自動控制系統(tǒng)建設(shè)

1）自動閘控系統(tǒng)。調(diào)水線路上的辛店閘、程官屯泵站自流閘、蘆家河泵站自流閘和調(diào)水所涉及的頭屯渠首閘、程官屯閘、劉茂莊閘等6座水閘實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動化控制。

2）自動泵控系統(tǒng)。重建低壓配電設(shè)施和自動化控制設(shè)施，實現(xiàn)程官屯泵站和蘆家河泵站的遠(yuǎn)程泵控。

2.3 決策支持系統(tǒng)建設(shè)

1）建立德州市中心城區(qū)調(diào)水指揮中心。在程官屯管理所建設(shè)德州中心城區(qū)引黃調(diào)水信息中心，設(shè)2 m×5 m的LED顯示屏1塊，各水閘、泵站、電流、電壓、流量、水位、監(jiān)控畫面等信息全部匯總到調(diào)度中心，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、集中處理及異常報警。

2）建立德州市中心城區(qū)調(diào)水信息系統(tǒng)。因水位、流量等硬件設(shè)施信息均由不同軟件展示，如果不能集中到一起，監(jiān)測、使用均不方便。按照集中統(tǒng)一原則，建設(shè)德州市中心城區(qū)調(diào)水信息系統(tǒng)，包括數(shù)字孿生模型和工程設(shè)備數(shù)據(jù)報表等。其中數(shù)字孿生模型包括程官屯泵站、蘆家河泵站、辛店閘、劉茂莊閘4個，在模型上可隨時顯示相關(guān)運行數(shù)據(jù)，并能實時操作。數(shù)據(jù)報表包括水位、流量、水量等所有數(shù)據(jù)信息，并能生成圖表，一目了然。

3）建立德州市中心城區(qū)調(diào)水模型。智慧調(diào)水的核心是建設(shè)調(diào)水模型。2019年以來，集中業(yè)務(wù)骨干力量，同時聯(lián)合濟(jì)南大學(xué)，梳理10余年的調(diào)水?dāng)?shù)據(jù)，開展調(diào)水模型研究。根據(jù)河道及泵站運用控制條件，運用HEC-RAS軟件進(jìn)行模擬調(diào)水運行過程的水面線，建立模擬圖像。

依據(jù)模型水位、流量等變化，可計算各水閘及泵站啟閉時間，實現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)水，同時建立了軟件程序，基本實現(xiàn)了調(diào)水全過程的模擬。目前正開展兩項工作，一是將調(diào)水軟件與信息化系統(tǒng)對接，建設(shè)全自動調(diào)水模式。二是加強(qiáng)調(diào)水模型的實際模擬，進(jìn)一步修正相關(guān)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)最優(yōu)化。

3 應(yīng)用效益

3.1 操作方便快捷

通過此次建設(shè)，辛店閘、劉茂莊閘全部通電，并且實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。溝盤河水庫入庫閘位于水庫內(nèi)，每次提閘都是依靠職工爬上梯子進(jìn)行閘上操作，非常不安全，現(xiàn)在在控制室里即可操作。同時，由于一些水閘位置偏遠(yuǎn)，過去提落閘指令發(fā)布后，即使迅速組織人員，至少需要1 h到達(dá)現(xiàn)場，現(xiàn)在指令發(fā)布后即可操作，實現(xiàn)了調(diào)度指令的“零延遲”。

3.2 提高調(diào)水安全性

原來設(shè)備管理及河道管理主要通過人員巡查的方式，受巡查頻次、巡查人員能力等影響，一些問題不能及時發(fā)現(xiàn)，存在一定安全隱患?，F(xiàn)在通過全過程的流量、水位、電流、電壓的預(yù)警及監(jiān)控，特別是預(yù)警界面的出現(xiàn)和聲音提示，可以使值班人員及時發(fā)現(xiàn)泵站、水閘及河道運行中出現(xiàn)的問題，迅速采取措施，更好地提高調(diào)水安全性。

3.3 節(jié)約水資源

工程改造前主要依靠人工觀察各河道水位、憑調(diào)水經(jīng)驗提閘、開泵，調(diào)水管理比較粗放，造成水資源浪費。此次信息化改造后，可以利用大數(shù)據(jù)對調(diào)水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，對各河道水位變化情況、水量損失進(jìn)行精準(zhǔn)測算，能夠?qū)崿F(xiàn)提閘或落閘、開泵或關(guān)泵時間更精細(xì)化，用多少水調(diào)多少水，實現(xiàn)了水資源的節(jié)約利用。

4 建議

4.1 不斷優(yōu)化調(diào)水模型

調(diào)水模型是智慧調(diào)水成敗的關(guān)鍵。在實際調(diào)水過程中，不確定因素較多，如農(nóng)業(yè)灌溉期和非灌溉期，河道水量損失差異在20%以上。調(diào)水間隔時間不同，河道剩余水量及水質(zhì)不同，對下次調(diào)水也有影響，特別是冬季和汛期往往2~3個月不調(diào)水，河道生態(tài)與經(jīng)常性調(diào)水時差別較大。為此，必須對調(diào)水模型的干擾因素考慮周全，不斷地修正和完善模型，同時堅持在實際工作中真正運用，使之不斷優(yōu)化，更好地指導(dǎo)實踐。

4.2 提高現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集精度

智慧調(diào)水的基礎(chǔ)是現(xiàn)場數(shù)據(jù)。目前超聲波水位計數(shù)據(jù)容易受水面漂浮物影響，電磁流量計在計量涵洞過水量時不穩(wěn)定，河道上軌道式測流站數(shù)據(jù)受含沙量等影響也較大。測量數(shù)據(jù)誤差必然導(dǎo)致決策偏差。為此，在不斷升級設(shè)備的同時，應(yīng)加強(qiáng)信息采集設(shè)備維護(hù)，時刻保持良好運轉(zhuǎn)，最大程度地減少測量干擾，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度和精度，更好地輔助決策。

4.3 高度關(guān)注安全生產(chǎn)問題

由于不能在現(xiàn)場觀察，遠(yuǎn)程操作必須配合監(jiān)控系統(tǒng)實施，并制定嚴(yán)格的操作規(guī)程，避免安全事故發(fā)生。對于閘門、啟閉機(jī)、鋼絲繩等提閘前需檢查的項目應(yīng)定期檢查維護(hù)，時刻保持設(shè)備良好狀態(tài)。對提閘前需觀察的閘前、閘后狀態(tài)等應(yīng)利用監(jiān)控系統(tǒng)仔細(xì)觀察，并進(jìn)行語音提醒，特別是觀察有無人員進(jìn)入，確保不發(fā)生人身安全問題。同時，調(diào)水系統(tǒng)運行原則上采用專線通信，減少與外網(wǎng)的聯(lián)接，并強(qiáng)化安全防范，堅決避免黑客入侵等問題。

4.4 注重職工素質(zhì)提升

現(xiàn)代化工程需要現(xiàn)代化思維及專業(yè)化操作能力的人員。目前，基層水利管理單位往往存在人員不足、人員老化等問題，年輕人少、大學(xué)生少、信息化專業(yè)人才更少，習(xí)慣于原有的操作辦法，對新形勢、新操作、新要求難以適應(yīng)。為此，人才問題是制約智慧水利建設(shè)和發(fā)展的首要問題，基層水利管理單位應(yīng)當(dāng)制定政策，大力引進(jìn)專業(yè)人才，強(qiáng)化現(xiàn)有人員培訓(xùn)，努力鍛造一支學(xué)歷高、創(chuàng)新能力強(qiáng)的專業(yè)隊伍，更好地滿足智慧調(diào)水工程建設(shè)的需要。