河西走廊疏勒河干流水资源监测研究

(甘肃省疏勒河流域水资源局,甘肃 玉门 735211)

1 概 况

疏勒河水系发源于甘肃省河西走廊祁连山脉西段托来南山与疏勒南山之间的疏勒脑，自东向西由白杨河、石油河、疏勒河干流、榆林河、党河、敦煌南湖的4条泉水沟、安南坝河等组成，流经青海省天峻、甘肃省肃北、玉门、瓜州、敦煌等县市，总流域面积17万km2。疏勒河干流全长670km，流域面积4.13万km2，多年平均径流量10.31亿m3。疏勒河出昌马峡后,进入河西走廊平原地段,分为十道沟,在玉门镇一带汇集,经双塔水库、瓜州至哈拉湖,河道漫流于洪积扇上,无固定河床。其中昌马峡以上祁连山区干流长 346km,流域面积 132.50km2；昌马峡至双塔水库中游地区干流长129km,流域面积 12000km2；双塔水库至哈拉湖下游地区干流长 195km,流域面积16000km2[1]。流域中下游年平均降水量不足70mm，蒸发量达到2600mm以上，是我国极度干旱地区之一。干流水资源监测对水资源合理配置以及下游敦煌的生态保护十分重要。

2 干流水资源监测现状

2.1 流域地表水监测

地表水的状况直接影响敦煌水资源和生态环境条件。对地表水的监测项目主要有地表水断面和灌溉用地表水计量。结合疏勒河干流水资源监测系统项目，已建设了昌马水库、双塔水库和赤金峡水库的出库断面、昌马总干渠、西干渠、北干渠、东干渠、三道沟输水渠、疏花干渠、双塔北干渠、南干渠、广至输水渠、花海总干渠、瓜州望杆子断面、双墩子断面等15个地表水监测断面，但从掌握三大水库和洪积扇区域水量平衡以及关联区下泄水量情势来看，仍需要考虑增设新的监测断面。

2.2 流域地下水监测

流域地下水监测工作开始于20世纪60年代，监测目的各不相同，主要围绕农田供水、土壤改良、水资源评价进行地下水水位、水温监测。1965—1969年，经过调整后仅保留玉门监测点，主要对玉门盆地农业耕作区进行了为期5年的长期观测工作。20世纪70年代大部分观测点均被撤销。布网初期，观测点的分布及监测内容齐全，基本查明了疏勒河流域地下水的动态成因类型，但观测系列短，对地下水及与此相关的生态环境地质的认识不够深入。在2000—2005年大调查工作中，进行了阶段性的地下水动态监测，主要以大口井为主，由于地下水位下降，现基本上全部干枯，观测内容包括水位、水温等，测网控制面积5800km2，占平原面积的20%。

疏勒河灌区地下水监测系统以疏勒河灌区现有的地下水监测井为基础，对双塔灌区、昌马灌区的地下水监测井重新进行规划，在花海、双塔、昌马灌区共设置68眼自动观测井，采集观测井的地下水位数据，建立该流域地下水位自动监测网络[2]。其中地矿局环境监测院10眼为自动观测井，其观测数据首先定时发送到北京监测中心，再由北京发送回兰州地矿局和疏勒河管理局的服务器，此系统与当前疏勒河管理局的系统不能融合，数据无法直接传入疏勒河管理局系统内的地下水模块。甘肃省水文局19眼自动观测井，由甘肃省水文局管理，目前自动监测设备全部损坏，现全部采用人工观测。疏勒河管理局39眼观测井，10眼为自动观测井，其余皆为人工观测，多年运行后自动观测井的自动监测设备已全部损坏，现全部采用人工观测。

2.3 泉水监测

近50年来，疏勒河流域泉水量呈持续衰减趋势。2009 年疏勒河流域泉水资源量为1.32亿m3，为1977年泉水资源量的34.3%，年均减少789.4万m3，尤其是玉门—踏实盆地，原来的泉水溢出带所形成的9条河流，目前一半以上常年无水。由于昌马水库的修建，导致昌马洪积扇补给量减少，进而导致区域性地下水位下降，受其影响，昌马洪积扇前缘泉水溢出量呈现出逐年减少的趋势，泉水溢出带高程普遍下移。20世纪60年代，昌马洪积扇带泉水溢出量为3.350亿m3/a，70年代衰减为2.530亿m3/a，到了2004年仅为1.568亿m3/a，与60年代相比，昌马洪积扇带泉水溢出量衰减了53.2%。

2012 年甘肃省疏勒河流域水资源管理局与甘肃省地质环境监测院合作，在桥子东坝水库上游泉水出露点、潘家庄正西公路边泉水出露点、九道沟、枯沟河、红旗村和塔尔湾6处建设了泉水监测点。项目启动后运行了一年，因经费不足，没有采集数据，现场安装的设备也没有更新，量水堰等设施已不能满足信息化管理的需求。

3 干流水资源监测存在的问题

随着流域灌溉面积增加等环境条件的变化、生态需水量的新要求以及软件应用支撑系统的变动，应用软件系统逐步显示出了缺陷和不足，已不能满足多元化、高效率的调度用水需求。现有的疏勒河干流水资源监测系统缺失灌区经济、社会、生态效益评价系统，无法对水资源优化配置后的效果作出科学的评价及分析，制约了水资源调度工作的开展。

疏勒河流域干流水资源监测系统经过十几年的建设，取得了显著的成就。继监测系统投入运行后，又陆续补充或新建了一系列监测系统，包括斗口水量监测系统、南干渠全渠道控制系统、斗口测控一体化系统、网络视频监视系统、雷达断面监测系统等。 但这些系统基本保持各自独立，散布于各相关站所，在实际运用中这种系统分散建设模式所带来的问题逐渐显现：ⓐ业务应用系统数据库标准、来源不统一，数据融合困难，数据深加工难以实现，水利信息数据浪费严重，导致数据共享困难；ⓑ部分系统重复进行地理信息基础功能的开发，但相互之间却难以共享；ⓒ不同业务应用系统开发环境、语言不尽相同，不同系统之间模块调用非常困难，导致服务难以共享。

因此，需要对疏勒河干流水资源监测信息化系统中的应用软件系统进行升级、改造和完善，需要考虑增加开发灌区经济、社会、生态效益评价系统。同时，由于近年来信息化技术的发展，原有硬件已非常落后，大部分硬件设备老化严重，远不能满足当前水利信息化发展的要求。

4 水资源监测系统设计

4.1 设计思路

以灌区自动化设备为基础，将现代先进的传感测量技术、通信技术、信息技术、计算机技术和控制技术与自动化控制设备高度集成，形成一个既满足信息化要求，又兼顾部分智能化的系统。充分利用已有信息化资源，引入大数据、云概念、智能化、可视化、物联网等新兴信息技术，建设集数据汇聚分析、交换存储于一体的支撑平台，以保障供水调度经济高效、工程运行安全可靠、生态环境友好和谐的总体目标。

4.2 水资源监测系统完善升级

4.2.1 增设地表水监测站点

疏勒河流域已在昌马、双塔和赤金峡水库、昌马西干渠沿线和疏勒河河道设置地表水监测断面共计27处，但目前监测断面的数据还无法有效准确地分析库区来水和各分支洪水的过程和参数，无法满足流域地表水资源优化调度管理应用系统的需求。因此，需要对各分支、渠道增设更多的地表水监测断面，采集水位、流量等信息，通过信息传输系统将感知信息传输到管理调度中心，进一步优化升级流域地表水资源调度管理应用系统，并对生态安全保障系统的建立提供数据支撑。采集到的水情信息采取统一的数据标准与数据汇集平台对接，水情信息采集由遥测站、通信网络、中心站3部分组成。昌马、双塔、花海每个灌区规划新增10个地表水自动监测站点，共计建设27处地表水自动监测站点，主要用于补充各分支的地表水监测和水库来水监测。

4.2.2 完善地下水监测系统

疏勒河灌区现有地下水位自动监测站点39处，其中昌马灌区20处、双塔灌区13处、花海灌区6处，泉水监测5处。但疏勒河流域地下水监测站网密度偏低、分布不均、种类不全、功能单一，不能满足现代化灌区水资源管理、水环境和水生态保护以及经济社会发展的需要。需新增地下水监测站点、泉水监测站点，调整优化地下水监测站网，加强水源地、漏斗区、超采区、限采区、受水区、地面沉降区、污染区的地下水监测，逐步达到站网布局合理、功能齐全、监测项目合理、设施先进的目标。建立科学同步的地下水水位、开采量等数据的地下水监测网，达到灌区监测的全覆盖。采集到的水情信息采取统一的数据标准与数据汇集平台对接，水情信息采集由遥测站、通信网络、中心站3部分组成。昌马灌区总面积约78.23hm2，增设8处地下水自动监测站点；双塔灌区总面积约57hm2，增设6处地下水自动监测站点；花海灌区总面积约22.58hm2，增设3处地下水自动监测站点。

4.2.3 信息系统整合与集成

将现有的斗口水量监测系统、南干渠全渠道控制系统、干渠雷达监测断面系统、斗口测控一体化系统借助疏勒河管理局信息中心的管理平台，在闸门测控软件系统的支持下，构成一个系统，实现全流域的自动化监控。

4.2.4 数据库管理平台升级完善

数据库管理系统：在现有Oracle11g基础上将其扩展为Oracle rac，为业务系统扩展提供数据和高性能服务。

综合数据库：扩展基础数据库、监测数据库、空间数据库、业务数据库、多媒体数据库，新建灌区闸门、渠道等三维地理数据库，按照业务需求设计大数据分析、水环境水生态等数据结构并建设数据库，纳入新建的水情监测信息、闸门监测信息等数据库，按照数据管理与共享需求更新数据库。

4.3 系统功能要求

水情信息采集系统建设的目的是实时掌握水库及渠道内的输水以及地下水变化情况，为优化配水、闸门控制提供技术保证，为用水计量提供科学依据，提高数据采集和处理的可靠性，减少人员巡测消耗。其总体功能是：系统能够实现24小时连续在线完成水库水位、渠道流量、泉水水量数据及水位数据的实时自动采集、传输、接收和处理；每日监测次数和自报次数可以本地设置也可以远程设置，监测采用定时自报和召测工作方式。系统能够长期在暴雨洪水、严寒、风沙等恶劣天气条件下稳定可靠地工作；能够通过数据采集设备将采集的水位、水温、流量、气温等数据上传至信息中心应用系统的闸门远程控制应用模块。系统各设备符合结构简单、性能可靠、低功耗的原则，具有防雷、防风雨、防风沙的稳定工作能力，确保各测站在无人值守、无人看管的情况下都能正常工作，系统具有在设备故障和异常、试剂异常、监测数据超限等情况下进行本地或远程自动报警功能[3]。

5 结 语

疏勒河流域水资源监测系统的完善升级，无论是在灌区水资源信息的采集种类、调控手段、监测与监控范围、信息传输网络方面，还是在水资源的优化调度、水资源配置管理方面都将得到较大的提高。通过对水资源的有效监控，为合理配置流域水资源和流域水权制度建设提供了平台，也能确保《敦煌水资源利用与生态保护规划》要求的项目建设完成后双塔水库向敦煌盆地下泄生态总水量7800万m3的约束性指标任务的完成。