德州市中心城區智慧調水建設與應用

劉吉貴

（德州市水利局，山東 德州 253014）

智慧調水是智慧水利建設的重要內容，也是提高調水效能、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調水工程為研究對象，從信息采集系統建設、自動控制系統建設、決策支持系統建設三方面著手，同步開展硬件和軟件建設，努力探索智慧調水、一鍵調水的路子，取得初步成效。

1 基本情況

溝盤河水庫是德州市中心城區第三水廠的主要水源地。引黃調水線路為：黃河水由潘莊引黃總干渠進入馬頰河，在李家橋閘上由辛店閘進入沙楊河，經程官屯泵站、穿減河涵洞進入九龍溝、兄弟干渠、橫河，經蘆家河泵站進入溝盤河水庫。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，又包括泵站的復雜調水系統。

該工程每年調水9次左右，每次持續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）的啟閉均是憑經驗操作，調度人員和值班人員24 h察看水情、工情，并根據水情調度工程，既缺乏安全性，又極易造成水資源的浪費，智慧調水建設勢在必行。

2 智慧調水建設主要內容

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

2.1 信息采集系統建設

信息采集系統建設即監測體系建設，實現對調水過程中水量、水位、流量及設備狀況等全要素的實時在線監測，提升信息捕捉和感知能力。

1）河道水位測報系統。建設辛店閘前水位、沙楊河水位、橫河水位、溝盤河水庫水位等7個監測點，可隨時對調水時河道水位進行監測。

2）河道流量測報系統。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）工程監控系統。安裝監控攝像頭84個，所有水閘、泵站、管理院落實現視頻監控全覆蓋。特別是在水位、設備等關鍵點設立監控，方便對自動監測設備的人工驗證，確保數據準確。

4）設備運行數據監測系統。包括泵站、水閘運行時的電壓、電流等數據，并對異常數據進行自動報警。

2.2 自動控制系統建設

1）自動閘控系統。調水線路上的辛店閘、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座水閘實現遠程自動化控制。

2）自動泵控系統。重建低壓配電設施和自動化控制設施，實現程官屯泵站和蘆家河泵站的遠程泵控。

2.3 決策支持系統建設

1）建立德州市中心城區調水指揮中心。在程官屯管理所建設德州中心城區引黃調水信息中心，設2 m×5 m的LED顯示屏1塊，各水閘、泵站、電流、電壓、流量、水位、監控畫面等信息全部匯總到調度中心，實現遠程監控、集中處理及異常報警。

2）建立德州市中心城區調水信息系統。因水位、流量等硬件設施信息均由不同軟件展示，如果不能集中到一起，監測、使用均不方便。按照集中統一原則，建設德州市中心城區調水信息系統，包括數字孿生模型和工程設備數據報表等。其中數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運行數據，并能實時操作。數據報表包括水位、流量、水量等所有數據信息，并能生成圖表，一目了然。

3）建立德州市中心城區調水模型。智慧調水的核心是建設調水模型。2019年以來，集中業務骨干力量，同時聯合濟南大學，梳理10余年的調水數據，開展調水模型研究。根據河道及泵站運用控制條件，運用HEC-RAS軟件進行模擬調水運行過程的水面線，建立模擬圖像。

依據模型水位、流量等變化，可計算各水閘及泵站啟閉時間，實現精準調水，同時建立了軟件程序，基本實現了調水全過程的模擬。目前正開展兩項工作，一是將調水軟件與信息化系統對接，建設全自動調水模式。二是加強調水模型的實際模擬，進一步修正相關數據，實現最優化。

3 應用效益

3.1 操作方便快捷

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

3.2 提高調水安全性

原來設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現，存在一定安全隱患。現在通過全過程的流量、水位、電流、電壓的預警及監控，特別是預警界面的出現和聲音提示，可以使值班人員及時發現泵站、水閘及河道運行中出現的問題，迅速采取措施，更好地提高調水安全性。

3.3 節約水資源

工程改造前主要依靠人工觀察各河道水位、憑調水經驗提閘、開泵，調水管理比較粗放，造成水資源浪費。此次信息化改造后，可以利用大數據對調水數據進行分析，對各河道水位變化情況、水量損失進行精準測算，能夠實現提閘或落閘、開泵或關泵時間更精細化，用多少水調多少水，實現了水資源的節約利用。

4 建議

4.1 不斷優化調水模型

調水模型是智慧調水成敗的關鍵。在實際調水過程中，不確定因素較多，如農業灌溉期和非灌溉期，河道水量損失差異在20%以上。調水間隔時間不同，河道剩余水量及水質不同，對下次調水也有影響，特別是冬季和汛期往往2~3個月不調水，河道生態與經常性調水時差別較大。為此，必須對調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，使之不斷優化，更好地指導實踐。

4.2 提高現場數據采集精度

智慧調水的基礎是現場數據。目前超聲波水位計數據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定，河道上軌道式測流站數據受含沙量等影響也較大。測量數據誤差必然導致決策偏差。為此，在不斷升級設備的同時，應加強信息采集設備維護，時刻保持良好運轉，最大程度地減少測量干擾，提高數據準確度和精度，更好地輔助決策。

4.3 高度關注安全生產問題

由于不能在現場觀察，遠程操作必須配合監控系統實施，并制定嚴格的操作規程，避免安全事故發生。對于閘門、啟閉機、鋼絲繩等提閘前需檢查的項目應定期檢查維護，時刻保持設備良好狀態。對提閘前需觀察的閘前、閘后狀態等應利用監控系統仔細觀察，并進行語音提醒，特別是觀察有無人員進入，確保不發生人身安全問題。同時，調水系統運行原則上采用專線通信，減少與外網的聯接，并強化安全防范，堅決避免黑客入侵等問題。

4.4 注重職工素質提升

現代化工程需要現代化思維及專業化操作能力的人員。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、大學生少、信息化專業人才更少，習慣于原有的操作辦法，對新形勢、新操作、新要求難以適應。為此，人才問題是制約智慧水利建設和發展的首要問題，基層水利管理單位應當制定政策，大力引進專業人才，強化現有人員培訓，努力鍛造一支學歷高、創新能力強的專業隊伍，更好地滿足智慧調水工程建設的需要。