智能水網在云南省新平縣的實踐及在云南省推廣前景分析

楊少杰　李　晞　王志平　李娥姣

(云南省科學技術院，云南 昆明　650228)

智能水網在云南省新平縣的實踐及在云南省推廣前景分析

楊少杰李晞王志平李娥姣

(云南省科學技術院，云南 昆明650228)

【摘要】智能水網是通過先進的傳感和測量技術、控制方法等，對輸水采用智能化和網絡化管理，可以降低輸水成本，提高輸水效率。本文通過云南省新平彝族傣族自治縣實施智能水網示范工程的實施情況，分析了智能水網技術在云南干旱缺水、高海拔高落差山區的推廣和應用前景。

【關鍵詞】水資源概況；智能水網；高海拔高落差；應用前景

1智能水網的定義

智能水網就是輸水技術的智能化，它是建立在集成的、高速雙向的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、控制方法以及決策支持系統技術應用，實現輸水的可靠、安全、經濟、高效友好和使用安全的目標。其主要特征包括供水壓力自匹配、水量自平衡、管網實時監控等。

智能水網輸水能夠實現水資源的合理調配，徹底解決水資源分布不平衡問題。確保缺水地區基本生產、生活用水。

2智能水網技術在云南省新平縣的應用

2.1新平縣水資源和供水概況

新平彝族傣族自治縣位于云南省中部偏西南，地處哀牢山脈中段，連綿的山峰此起彼伏，山區面積占全縣國土面積的98%，復雜地形地勢使水源分布不均勻。新平縣境內生活著包括漢族、彝族、白族、傣族、壯族、苗族等在內的17個民族。長期以來受各民族傳統文化和生活習慣的影響，大部分老百姓依山而居，村寨大都分布在山腰及山頂等位置。受地形、地質、地貌的限制，縣域內很難修建骨干水利工程，水利設施建設滯后，區域性和季節性干旱缺水問題十分嚴重，灌溉主要靠降雨，飲用水主要靠肩挑手抬，致使區域內人畜飲水安全無法得到保障。

2.2先進智能水網技術工程化應用進展及成果來源

云南大紅山管道公司依托云南省科學技術院管道輸送技術研究中心對管道輸水技術進行綜合集成，通過精確控制和冬季防凍等技術，在東川包子鋪首次實現了管道單泵揚程2000m以上輸水，解決了當地居民生活用水及工業用水問題。

東川包子鋪輸水管道起點位于海拔1100米的包子鋪選礦廠，終點位于海拔3200m的包子鋪鐵礦，落差達到2100m。該工程的實施解決了超高揚程輸水時水錘、閥門共振等問題；攻克高海拔、高落差地區管道輸送關鍵技術難題；為在新平縣高海拔、高落差地形下建設智能水網提供了可靠的技術積累。

2.3智能水網輸水技術在新平縣的應用示范

2013年10月，為了解決新平縣季節性干旱頻繁、水源地與用水區落差大、距離遠等原因所導致的高海拔山區人畜飲水困難、工業缺水以及糧食減產等民生問題，針對該區域內自然性有水、工程性缺水、季節性缺水以及農業人口和主要農墾區域主要集中在高海拔高落差復雜地形區域的特點，云南省科學技術院和新平縣人民政府開展了適用于復雜地形的低能耗、高揚程提水，高海拔、高落差、高壓輸水以及水資源調配智能化等相關成熟先進實用技術的應用示范，實施了高揚程輸水技術示范工程和高落差輸水技術示范工程建設。

(1)高落差高揚程管網輸水技術示范工程的內容

高揚程輸水技術示范工程。針對新平縣費拉莫干旱缺水片區引水、提水設施缺乏、不配套的現狀以及采水點與用水點海拔落差大的地形特點，通過高揚程提灌技術的建設，有效解決因受海拔落差限制導致的提水難、提水揚程不夠的問題。示范工程實現相對了高差180m(從白赤泥[高程1240m]至布黑沖白小丫口[高程1420m])的高揚程提水。

高落差輸水技術示范工程。試點工程所在地海拔高、落差大，另外，水源點距離較遠且沿途呈現多起伏、大U型、轉折點多的天然地形特點，為克服在這類復雜地形地勢環境下管道輸水可能帶來的技術難題，保證供水的安全性和可靠性，通過采用高海拔、高落差高壓輸水技術解決長距離復雜地形條件下管道輸水中存在的水擊、水錘、空腔、爆裂等技術難題。示范工程實現了最大相對落差850m(布黑沖白小丫口[高程1553m]至熱水塘[高程699m])的高落差輸水，同時解決了在地勢陡峭、垂直落差大的條件下進行高落差輸水所面臨的管線的屈服應力、承壓能力等技術問題。智能水網輸水技術示范工程的建設內容包括：

(a)以費拉莫水庫為水源點，在費拉莫區域新架設輸水管網50km。(b)輸水管網沿途建配套水池9個，其中，200m3的水池1個，100m3的水池4個，50m3的水池4個，蓄水容量650～800m3。

(2)高落差高揚程管網輸水技術示范工程的效果

工程完成后平均輸水運送能力達到14.93m3/小時，形成55000m3/年的供水能力，每年向旱區實際供水20000m3。有效緩解了新平縣費拉莫水庫片區區域8000人口因季節性干旱導致的缺水問題，覆蓋耕地面積2.5萬畝。解決了揚武鎮20000人的季節性缺水問題，包括2個村9個村民小組1374人、658頭大牲畜的基本飲用水問題，其中，涉及以彝族、傣族等少數民族共計1100人，覆蓋村完小、普通中學2所學校，解決2100畝甘蔗、烤煙等經濟作物的灌溉用水問題。

(3)示范工程的推進模式

“政府主導、科技支撐、村企合作”是保障示范工程順利開展的有效措施。把管道輸水和惠民工程有機結合起來，達到先進技術廣泛應用，人民群眾普遍受惠的互惠共贏良性發展局面。

——政府主導：成立由示范工程基礎政府主要領導牽頭，科技、財政、水利等多部門參與的項目實施領導小組，落實經費、政策、人才等保障條件，共同推進工程實施。

——科技支撐：選用先進、成熟、適用技術的集成應用和示范推廣，讓科技成果更多地惠及廣大人民群眾，提高當地群眾的經濟收入和生活水平。

——村企合作：按照標準化建設、項目化運作、市場化推進思路，通過企業與鄉鎮(村)建立合作關系，讓管道輸水工程與百姓切身利益掛鉤，加強村民節水意識，使其進入節約用水和生產生活良性發展的渠道。

2.4新平縣智能水網輸水技術的實踐對云南省的示范意義

(1)地形地貌具有代表性。新平縣地形以山地為主，縣域內山區面積占全縣面積的95%以上。地勢西北高、東南低，境內最高海拔哀牢山主峰大磨巖峰3165m，最低海拔漠沙鎮南蒿村422m，海拔差達到3743m。

(2) 氣候類型多樣。新平縣屬溫帶氣候區，局部氣候受海拔影響，形成河谷高溫區、半山暖溫區、高山寒溫區三個氣候類型。年平均氣溫18.1℃，年最高氣溫32.8℃，年最低氣溫1.3℃，年平均降水量900mm，年平均蒸發量卻在 2000mm以上。

(3)河流水系資源豐富。新平縣境內河流除谷麻江屬李仙江水系外，其余均屬元江水系。較大的支流有綠汁江、大春河、南達河等20余條江河，水能資源豐富。

綜述，新平縣不管是在地形地貌、氣候類型還是年平均氣溫、年平均降水量等方面在云南省域均具代表性，新平縣表現出來的地形復雜、海拔高、落差大、水能資源豐富但水源分布不均等情況，河谷地區水源豐富、山區水資源匱乏，也是云南省大部分干旱缺水地區所面臨的問題。

智能水網輸水技術在新平縣的成功實踐，證明了智能水網輸水技術以安全可靠、技術可行、經濟合理、運行控制簡單、有利于保證水質水量、盡量減少對當地社會環境的影響為宗旨和原則，針對地形地勢特點，利用自然水源、采取合適的輸水方式，安全、可靠、有效輸送不同流量。對在云南省推廣智能水網輸水技術奠定了堅實的理論基礎和實踐經驗，具有很強的示范意義。

3智能水網輸水技術在云南省推廣應用的前景分析

3.1云南省水資源概況

云南省水資源總量僅次于西藏和四川，居全國第三位，屬于我國水資源比較豐富的省份，占全國水資源總量的14.28%。但是，云南省水資源形勢又相當嚴峻，一是云南水利設施嚴重不足，水資源沒有得到充分利用；二是云南的干濕季節分明，干季的降水量只占全年降水量的15%左右，同時，降水分布極不均勻；三是云南地形復雜，南北、東西跨度較大，氣候類型多樣，洪澇、干旱等自然災害極為頻繁。再加上水資源浪費、水質污染、城市化進程與管理等多方面的因素，導致了云南省水資源形勢總體上不容樂觀。

隨著社會經濟的飛速發展，城市化及工業化的推進，城市人口的不斷增長和人民生活水平的提高，工業用水及生活用水的需求不斷增長，工業、生活、市政設施的用水量日益增加，供需差距越來越大。受季節性、地域性干旱影響，城市供水矛盾日益突出，部分地區甚至出現了城市用水擠占生態和農業用水的情況，這種惡性循環加劇了水資源缺乏的危機，嚴重制約了云南省社會經濟的可持續發展。

3.2云南干旱缺水地區供水面臨的挑戰

云南省缺水地區大多位于高海拔山區，地形復雜，與水源地都相距數公里甚至數十公里以上。長期以來，缺水地區的抗旱供水大多采用車送、人背馬馱等方式，不但耗費極大的人力物力，而且效率極低。一些水資源豐富的地區水源呈峽谷地形，山高水深，地形復雜，開發難度較大，成本較高，而已有的水利工程主要以中、小型水庫為主，難以形成規模效益，徑流調節能力小，屬典型的工程性缺水。找到一種快速高效的送水模式，科學地進行供水調度，是擺在面前的一個亟待解決的問題。

3.3云南省干旱缺水地區應用智能水網輸水技術的前景

(1)推廣智能水網技術，不僅能產生巨大的經濟效益，而且在節能減排和改善人民生活水平方等社會效益方面的作用更為突出，改善民生、為民服務，促進社會的和諧發展。

(a)經濟效益方面。水資源面臨二次分配的問題，尤其是面臨要往高海拔山區輸送的問題。現有的技術泵站多、揚程短、壓力小。無法實現大規模的輸送，且價格昂貴。現有的調查數據表明，每立方米提升100m，需要1元，干旱缺水地區的老百姓和政府都無法承受如此貴的水價。根據新平縣的實踐數據顯示，采用智能水網輸送技術，可實現一泵揚程2000m，每立方米提升1000m，僅需要2-3元，輸送成本可降低70%到80%。

(b)社會效益方面。智能水網技術，通過對輸水采用智能化和網絡化管理，實現水源及管網的自動化控制、監控調度、泄漏檢測、水質監測等功能。在不同的缺水地區，針對不同的地形地貌，應用不同的輸水方式，對水資源進行合理調配，使水在生產及傳輸過程中有效地提高生產效率、降低能源消耗、減少水的漏失、減少水資源污染，降低供水成本，提高供水效率，是有利于改善云南省干旱缺水山區供水問題的手段，可有效地緩解缺水地區水資源嚴重短缺的危機，能夠大大促進當地國民經濟的飛速發展。

(2)智能水網輸水技術，可推廣地區廣、規模大。云南省高海拔山區，受限于地形、環境等因素，引水工程存在許多難點急需解決。云南省是花卉、糧、油、煙草及多種經濟作物的主產區，也是重要的工業基地，集中了卷煙、鋼鐵、紡織、電力、石化等大中型企業。以滇中為例，滇中地區現狀缺水21.8億m3，2020年缺水量預計達45.8億m3。鑒于水源多處于交通不便、地形復雜的邊遠山區，甚至許多水源地處植被較好的地區或自然保護區，如何高效率、低成本、無污染地將水輸到缺水地區是一個迫切需要解決的問題。

4結論

智能水網是通過先進的傳感和測量技術、控制方法等，對輸水采用智能化和網絡化管理，可以降低輸水成本，提高輸水效率。本文通過云南省新平彝族傣族自治縣實施智能水網示范工程的實施情況，分析了智能水網技術在云南干旱缺水、高海拔高落差山區的推廣和應用前景。研究充分證明，工程性缺水嚴重、水利基礎薄弱始終是制約云南省經濟社會發展的突出矛盾，山區水利建設滯后是影響云南省農業穩定發展的最大硬傷，旱災頻發成為全省人民生產生活的心腹大患，加快水利建設刻不容緩。因此，針對云南的復雜地形，推廣一種高效節能、清潔遠距離、高海拔輸水的新工藝、新技術與裝備，是解決區域水資源不平衡的重要目標。應用智能水網技術開展復雜地形高海拔、高落差水網建設，是解決云南省工程性缺水問題的重要途徑，示范工程的實施對促進先進技術成果應用、架構新型組織管理模式、改善山區群眾生活質量具有重要示范意義。

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Smart Water Grid Practice in Xinping County and Future Application Outlook in Yunnan

YANG ShaojieLI XiWANG ZhipingLI Ejiao

(Yunnan Academy of Sciences and Technologies，Kunming Yunnan 650228)

Abstract：Smart water grid manages water transmission with intelligence and through networks，using advanced censoring and measuring technologies，regulating methods，etc.，which reduces transmission cost and raise efficiency.This paper discussed the outlook of further application and scale-up of smart water grid in high-elevation and big-elevation-change upland areas lacking of water in Yunnan after the application of smart water grid pilot project in Xinping County of Yunnan province is analyzed.

Keywords：water resource situation；smart water grid；high elevation and big elevation change，application outlook

作者簡介：楊少杰，助理研究員，主要從事科技項目管理及軟科學研究工作

通訊作者：王志平，助理研究員，從事科技項目管理及軟科學研究

中圖分類號：X21

文獻標識碼：A

文章編號：1673-288X(2016)03-0169-03

項目資助：云南省科技惠民計劃，項目名稱：云南省新平縣少數民族干旱缺水區域高落差高揚程管網輸水技術應用與示范(2013RA001)；云南省社會發展科技計劃，項目名稱：抗旱保民生管道高揚程輸水關鍵技術研發及應急示范工程(2012CA022)

引用文獻格式：楊少杰等.智能水網在云南省新平縣的實踐及在云南省推廣前景分析[J].環境與可持續發展，2016，41(3)：169-171.