河西走廊疏勒河干流水資源監測研究

(甘肅省疏勒河流域水資源局,甘肅 玉門 735211)

1 概 況

疏勒河水系發源于甘肅省河西走廊祁連山脈西段托來南山與疏勒南山之間的疏勒腦，自東向西由白楊河、石油河、疏勒河干流、榆林河、黨河、敦煌南湖的4條泉水溝、安南壩河等組成，流經青海省天峻、甘肅省肅北、玉門、瓜州、敦煌等縣市，總流域面積17萬km2。疏勒河干流全長670km，流域面積4.13萬km2，多年平均徑流量10.31億m3。疏勒河出昌馬峽后,進入河西走廊平原地段,分為十道溝,在玉門鎮一帶匯集,經雙塔水庫、瓜州至哈拉湖,河道漫流于洪積扇上,無固定河床。其中昌馬峽以上祁連山區干流長 346km,流域面積 132.50km2；昌馬峽至雙塔水庫中游地區干流長129km,流域面積 12000km2；雙塔水庫至哈拉湖下游地區干流長 195km,流域面積16000km2[1]。流域中下游年平均降水量不足70mm，蒸發量達到2600mm以上，是我國極度干旱地區之一。干流水資源監測對水資源合理配置以及下游敦煌的生態保護十分重要。

2 干流水資源監測現狀

2.1 流域地表水監測

地表水的狀況直接影響敦煌水資源和生態環境條件。對地表水的監測項目主要有地表水斷面和灌溉用地表水計量。結合疏勒河干流水資源監測系統項目，已建設了昌馬水庫、雙塔水庫和赤金峽水庫的出庫斷面、昌馬總干渠、西干渠、北干渠、東干渠、三道溝輸水渠、疏花干渠、雙塔北干渠、南干渠、廣至輸水渠、花海總干渠、瓜州望桿子斷面、雙墩子斷面等15個地表水監測斷面，但從掌握三大水庫和洪積扇區域水量平衡以及關聯區下泄水量情勢來看，仍需要考慮增設新的監測斷面。

2.2 流域地下水監測

流域地下水監測工作開始于20世紀60年代，監測目的各不相同，主要圍繞農田供水、土壤改良、水資源評價進行地下水水位、水溫監測。1965—1969年，經過調整后僅保留玉門監測點，主要對玉門盆地農業耕作區進行了為期5年的長期觀測工作。20世紀70年代大部分觀測點均被撤銷。布網初期，觀測點的分布及監測內容齊全，基本查明了疏勒河流域地下水的動態成因類型，但觀測系列短，對地下水及與此相關的生態環境地質的認識不夠深入。在2000—2005年大調查工作中，進行了階段性的地下水動態監測，主要以大口井為主，由于地下水位下降，現基本上全部干枯，觀測內容包括水位、水溫等，測網控制面積5800km2，占平原面積的20%。

疏勒河灌區地下水監測系統以疏勒河灌區現有的地下水監測井為基礎，對雙塔灌區、昌馬灌區的地下水監測井重新進行規劃，在花海、雙塔、昌馬灌區共設置68眼自動觀測井，采集觀測井的地下水位數據，建立該流域地下水位自動監測網絡[2]。其中地礦局環境監測院10眼為自動觀測井，其觀測數據首先定時發送到北京監測中心，再由北京發送回蘭州地礦局和疏勒河管理局的服務器，此系統與當前疏勒河管理局的系統不能融合，數據無法直接傳入疏勒河管理局系統內的地下水模塊。甘肅省水文局19眼自動觀測井，由甘肅省水文局管理，目前自動監測設備全部損壞，現全部采用人工觀測。疏勒河管理局39眼觀測井，10眼為自動觀測井，其余皆為人工觀測，多年運行后自動觀測井的自動監測設備已全部損壞，現全部采用人工觀測。

2.3 泉水監測

近50年來，疏勒河流域泉水量呈持續衰減趨勢。2009 年疏勒河流域泉水資源量為1.32億m3，為1977年泉水資源量的34.3%，年均減少789.4萬m3，尤其是玉門—踏實盆地，原來的泉水溢出帶所形成的9條河流，目前一半以上常年無水。由于昌馬水庫的修建，導致昌馬洪積扇補給量減少，進而導致區域性地下水位下降，受其影響，昌馬洪積扇前緣泉水溢出量呈現出逐年減少的趨勢，泉水溢出帶高程普遍下移。20世紀60年代，昌馬洪積扇帶泉水溢出量為3.350億m3/a，70年代衰減為2.530億m3/a，到了2004年僅為1.568億m3/a，與60年代相比，昌馬洪積扇帶泉水溢出量衰減了53.2%。

2012 年甘肅省疏勒河流域水資源管理局與甘肅省地質環境監測院合作，在橋子東壩水庫上游泉水出露點、潘家莊正西公路邊泉水出露點、九道溝、枯溝河、紅旗村和塔爾灣6處建設了泉水監測點。項目啟動后運行了一年，因經費不足，沒有采集數據，現場安裝的設備也沒有更新，量水堰等設施已不能滿足信息化管理的需求。

3 干流水資源監測存在的問題

隨著流域灌溉面積增加等環境條件的變化、生態需水量的新要求以及軟件應用支撐系統的變動，應用軟件系統逐步顯示出了缺陷和不足，已不能滿足多元化、高效率的調度用水需求。現有的疏勒河干流水資源監測系統缺失灌區經濟、社會、生態效益評價系統，無法對水資源優化配置后的效果作出科學的評價及分析，制約了水資源調度工作的開展。

疏勒河流域干流水資源監測系統經過十幾年的建設，取得了顯著的成就。繼監測系統投入運行后，又陸續補充或新建了一系列監測系統，包括斗口水量監測系統、南干渠全渠道控制系統、斗口測控一體化系統、網絡視頻監視系統、雷達斷面監測系統等。 但這些系統基本保持各自獨立，散布于各相關站所，在實際運用中這種系統分散建設模式所帶來的問題逐漸顯現：?業務應用系統數據庫標準、來源不統一，數據融合困難，數據深加工難以實現，水利信息數據浪費嚴重，導致數據共享困難；?部分系統重復進行地理信息基礎功能的開發，但相互之間卻難以共享；?不同業務應用系統開發環境、語言不盡相同，不同系統之間模塊調用非常困難，導致服務難以共享。

因此，需要對疏勒河干流水資源監測信息化系統中的應用軟件系統進行升級、改造和完善，需要考慮增加開發灌區經濟、社會、生態效益評價系統。同時，由于近年來信息化技術的發展，原有硬件已非常落后，大部分硬件設備老化嚴重，遠不能滿足當前水利信息化發展的要求。

4 水資源監測系統設計

4.1 設計思路

以灌區自動化設備為基礎，將現代先進的傳感測量技術、通信技術、信息技術、計算機技術和控制技術與自動化控制設備高度集成，形成一個既滿足信息化要求，又兼顧部分智能化的系統。充分利用已有信息化資源，引入大數據、云概念、智能化、可視化、物聯網等新興信息技術，建設集數據匯聚分析、交換存儲于一體的支撐平臺，以保障供水調度經濟高效、工程運行安全可靠、生態環境友好和諧的總體目標。

4.2 水資源監測系統完善升級

4.2.1 增設地表水監測站點

疏勒河流域已在昌馬、雙塔和赤金峽水庫、昌馬西干渠沿線和疏勒河河道設置地表水監測斷面共計27處，但目前監測斷面的數據還無法有效準確地分析庫區來水和各分支洪水的過程和參數，無法滿足流域地表水資源優化調度管理應用系統的需求。因此，需要對各分支、渠道增設更多的地表水監測斷面，采集水位、流量等信息，通過信息傳輸系統將感知信息傳輸到管理調度中心，進一步優化升級流域地表水資源調度管理應用系統，并對生態安全保障系統的建立提供數據支撐。采集到的水情信息采取統一的數據標準與數據匯集平臺對接，水情信息采集由遙測站、通信網絡、中心站3部分組成。昌馬、雙塔、花海每個灌區規劃新增10個地表水自動監測站點，共計建設27處地表水自動監測站點，主要用于補充各分支的地表水監測和水庫來水監測。

4.2.2 完善地下水監測系統

疏勒河灌區現有地下水位自動監測站點39處，其中昌馬灌區20處、雙塔灌區13處、花海灌區6處，泉水監測5處。但疏勒河流域地下水監測站網密度偏低、分布不均、種類不全、功能單一，不能滿足現代化灌區水資源管理、水環境和水生態保護以及經濟社會發展的需要。需新增地下水監測站點、泉水監測站點，調整優化地下水監測站網，加強水源地、漏斗區、超采區、限采區、受水區、地面沉降區、污染區的地下水監測，逐步達到站網布局合理、功能齊全、監測項目合理、設施先進的目標。建立科學同步的地下水水位、開采量等數據的地下水監測網，達到灌區監測的全覆蓋。采集到的水情信息采取統一的數據標準與數據匯集平臺對接，水情信息采集由遙測站、通信網絡、中心站3部分組成。昌馬灌區總面積約78.23hm2，增設8處地下水自動監測站點；雙塔灌區總面積約57hm2，增設6處地下水自動監測站點；花海灌區總面積約22.58hm2，增設3處地下水自動監測站點。

4.2.3 信息系統整合與集成

將現有的斗口水量監測系統、南干渠全渠道控制系統、干渠雷達監測斷面系統、斗口測控一體化系統借助疏勒河管理局信息中心的管理平臺，在閘門測控軟件系統的支持下，構成一個系統，實現全流域的自動化監控。

4.2.4 數據庫管理平臺升級完善

數據庫管理系統：在現有Oracle11g基礎上將其擴展為Oracle rac，為業務系統擴展提供數據和高性能服務。

綜合數據庫：擴展基礎數據庫、監測數據庫、空間數據庫、業務數據庫、多媒體數據庫，新建灌區閘門、渠道等三維地理數據庫，按照業務需求設計大數據分析、水環境水生態等數據結構并建設數據庫，納入新建的水情監測信息、閘門監測信息等數據庫，按照數據管理與共享需求更新數據庫。

4.3 系統功能要求

水情信息采集系統建設的目的是實時掌握水庫及渠道內的輸水以及地下水變化情況，為優化配水、閘門控制提供技術保證，為用水計量提供科學依據，提高數據采集和處理的可靠性，減少人員巡測消耗。其總體功能是：系統能夠實現24小時連續在線完成水庫水位、渠道流量、泉水水量數據及水位數據的實時自動采集、傳輸、接收和處理；每日監測次數和自報次數可以本地設置也可以遠程設置，監測采用定時自報和召測工作方式。系統能夠長期在暴雨洪水、嚴寒、風沙等惡劣天氣條件下穩定可靠地工作；能夠通過數據采集設備將采集的水位、水溫、流量、氣溫等數據上傳至信息中心應用系統的閘門遠程控制應用模塊。系統各設備符合結構簡單、性能可靠、低功耗的原則，具有防雷、防風雨、防風沙的穩定工作能力，確保各測站在無人值守、無人看管的情況下都能正常工作，系統具有在設備故障和異常、試劑異常、監測數據超限等情況下進行本地或遠程自動報警功能[3]。

5 結 語

疏勒河流域水資源監測系統的完善升級，無論是在灌區水資源信息的采集種類、調控手段、監測與監控范圍、信息傳輸網絡方面，還是在水資源的優化調度、水資源配置管理方面都將得到較大的提高。通過對水資源的有效監控，為合理配置流域水資源和流域水權制度建設提供了平臺，也能確保《敦煌水資源利用與生態保護規劃》要求的項目建設完成后雙塔水庫向敦煌盆地下泄生態總水量7800萬m3的約束性指標任務的完成。