疏勒河大数据智慧灌区建设探讨

张辉萍

（甘肃省疏勒河流域水资源局，甘肃玉门735211）

1 灌区概况

疏勒河流域位于甘肃省河西走廊西端，流域面积4.13 万km2，年平均降水量47～63 mm，年蒸发量2 897～3 042 mm，年平均气温6.9～8.8℃，属典型的内陆干旱性气候。流域年水资源总量为11.31 亿m3，灌区内有昌马、双塔、赤金峡三座水库，总库容4.722亿m3，承担着玉门市、瓜州县22 个乡（镇）、6 个国营农场8.96 万hm2耕地的农业灌溉任务，是甘肃省百万亩以上大型自流灌区之一。

2 灌区现状

2.1 灌区物联网现状

疏勒河灌区已建设完成现地闸门远程控制33孔，地表水监测27 处，地下水监测15 处，泉水监测2 处，网络视频监视终端34 处，植被监测点6 处；开发完成了地表水资源优化调度系统、闸门远程控制系统、网络视频监视系统、水信息综合管理系统、地下水监测系统、综合效益评价系统、水权交易系统、办公自动化系统等8 个子系统和移动应用及微信平台；并将2015 年、2016 年陆续建设完成的698 个斗口水量监测点、24 处斗口测控一体化闸门系统、双塔水库大坝安全监测系统、各水库及各干渠主要分水口网络视频监视、16 处雷达监测断面信息集成到了信息平台。各监测点通过230 km 传输链路或VPN 将监测数据汇聚到信息中心数据库，结合灌区GIS 电子地图与8 个子系统综合展示，形成交互应用的业务操作界面，建成了一张网、一张图、一个库、一个门户的物联网信息化系统。

2.2 灌区防汛调度现状

灌区有昌马、双塔、赤金峡3 座水库，3 座水库水位、出库流量都用雷达水位计监测，库容是根据库水位、库容关系曲线获得，进库流量是根据库容差来推算，进库流量的动态变化没有监测条件，在汛期若出现大的洪峰流量也只能等水文站工作人员上报到酒泉市防汛办后再由防汛办值班员电话通知。另外，水库调度运行计划中年初预测来水量与实际年来水量相差很大，预测来水量对水库调度没有任何参考价值。因此，汛期水库防汛调度实际上没有依据可询，只能根据水位上涨或回落趋势及经验来判断。

3 智能分析系统

根据昌马峡、潘家庄水文站历史水文数据，灌区地下水观测资料和地表水、地下水、泉水等监测设备采集的数据，利用云计算大数据理论，增强信息的准确性、实时性、共享性，用智能模型分析等技术实现河源来水量预测分析、水质安全分析、灌区作物生态评价等，为及时掌握洪峰流量状态、发布预警信息、适时采取必要的调控手段等提供科学依据，同时也为灌区生态平衡分析应用及决策提供技术支撑。

3.1 云计算服务器功能

疏勒河灌区有3 个基层灌区管理处，在灌区业务管理中数据上报、更新维护是由不同部门分别进行的，各部门之间相对封闭，可数据又是交叉应用的。在统计汇总数据时因为数据的来源不同，信息之间会出现相互矛盾的情况，给下一步工作造成困难，需要占用大量的时间和精力来核对数据的准确性。

疏勒河灌区2018 年完成了160 台云桌面电脑建设，是灌区云计算技术的开端，若将灌区所有的灌溉、防汛、工程及其他各种类型的数据存入服务器，需要时按需取用，形成“一数一源”，既可以增强信息资源的共享利用，加快工作进程，又可以提高领导的综合决策能力。提高云桌面服务器功能，建立汛情旱情信息、水量水质信息、水环境信息和水利工程信息等，并与相关行业共享气象信息、地理地质信息、社会经济信息。在服务器中建立丰富的信息源，强化数据整合，促进信息共享，建设有序共享的水利信息资源体系，逐步提高疏勒河多元化采集、主体化汇聚和知识化分析的大数据能力。

3.2 大数据分析应用

借助地表水优化调度系统、灌溉调度运行计划，水资源配置管理和流域水资源综合效益评价系统；基于服务器中昌马峡、潘家庄水文站65 年历史水文资料和信息化系统监测地表水、地下水、泉水数据、摄像头图像、植被监测影像等各类设备所采集的信息；系统自动计算出的水库出库水量、调水量、灌溉用水量、水库生态水排放量、通过双塔西湖北河口断面的生态水排放量等各类信息资源，利用大数据理论，建立完善的数据自动分析体系，将各类丰富的水利信息数据开发和利用。用大数据理论来不断优化分析，随时更新水库、灌溉调度运行计划，使全流域水资源调度随时使用最佳方案，使灌区农作物适时适量的得到灌溉水，达到作物增产增收的目的，提高经济效益。加强大数据分析应用的维护管理，随时更新系统信息，为灌区管理更新发展服务，整个系统将是灌区最核心的生存和发展的战略资源库。

3.3 智能分析模型

疏勒河灌区已建成的信息化系统基本覆盖了灌区灌溉业务，但只能完成业务处理，应利用65 年的水文数据建立智能分析模型来预测疏勒河灌区河源来水量，提高预测准确率，为防汛调度提供决策支持能力，使防汛调度从被动响应向主动预警转变，从经验判断向科学决策转变。

3.3.1 智能分析预测疏勒河来水量 疏勒河河水补给主要来源于冰川融水和降雨，年平均径流量10.31 亿m3，干流全长670 km，昌马峡以上干流长346.45 km，属祁连山区，冰川分布面积456.46 km2，年融水量约2.77 亿m3，占疏勒河（昌马峡站）全年径流量的26.9%，是径流的主要补给区。流域内降水的分布由南向北、由东向西逐渐递减，降水的年内分布也极不均匀，主要集中在6—8 月，年均降水量只有47.4～56 mm，补给量很少。应在云服务器中建立气象、冰川系列数据，与昌马峡、潘家庄历史数据综合，智能分析河源来水量，提高来水量预测准确率，为灌区灌溉、防汛调度提供依据。

3.3.2 智能分析流域水资源转化过程 昌马水库洪水经河道流出山外进入山前戈壁洪积扇后，地表洪水大量渗漏补给地下水，地下水又在适当条件下以泉水形式溢出地面，变为地表水，成为下游灌区河水的主要补给来源，是“河水—地下水—泉水—河水”的转化过程。2019 年昌马渠首下泄生态水量4.39 亿m3，灌区2019 年灌溉斗口引水量6.7 亿m3，双塔水库下泄生态水量1.67 亿m3。灌区建设有58 眼地下水观测井，井网分布合理，还有长期观测资料。同时在2004 年建设了地下水均衡场，可对灌溉补给、降雨补给、渗漏蒸发等地表水与地下水的转化过程进行定量观测、分析。根据以上数据和地形地貌特征、灌区作物种类、戈壁植被生长情况，用大数据理论智能分析流域水资源转化过程，提高灌区灌溉有效利用系数，降低作物灌溉定额，增加生态水排放量。

4 结语

利用高速发展的信息技术，以实现数据业务协同化、防汛调度科学化、远程闸门控制自动化和农户用水服务泛在化为目的的信息化体系，以疏勒河灌区信息化资源集、中管理、便捷运维、数据共享、业务协同模式为发展方向，最终建成信息资源利用最大化、运行管理一体化的智慧灌区。