德州市中心城区智慧调水建设与应用

刘吉贵

（德州市水利局，山东 德州 253014）

智慧调水是智慧水利建设的重要内容，也是提高调水效能、提升水资源利用率的必由之路。近两年来，德州市水利局芦家河扬水站管理处以德州市中心城区调水工程为研究对象，从信息采集系统建设、自动控制系统建设、决策支持系统建设三方面着手，同步开展硬件和软件建设，努力探索智慧调水、一键调水的路子，取得初步成效。

1 基本情况

沟盘河水库是德州市中心城区第三水厂的主要水源地。引黄调水线路为：黄河水由潘庄引黄总干渠进入马颊河，在李家桥闸上由辛店闸进入沙杨河，经程官屯泵站、穿减河涵洞进入九龙沟、兄弟干渠、横河，经芦家河泵站进入沟盘河水库。其中芦家河扬水站管理处管理的工程包括辛店闸、沙杨河8.2 km、程官屯泵站、九龙沟—兄弟干渠—横河10 km、芦家河泵站，是一个既包括水闸、河道，又包括泵站的复杂调水系统。

该工程每年调水9次左右，每次持续6 d左右，自提启辛店闸起，2段河道运用、2个泵站启闭及3个闸门（辛店闸、程官屯泵站自流闸、芦家河泵站自流闸）的启闭均是凭经验操作，调度人员和值班人员24 h察看水情、工情，并根据水情调度工程，既缺乏安全性，又极易造成水资源的浪费，智慧调水建设势在必行。

2 智慧调水建设主要内容

2020年以来，德州市投资700余万元开展“智慧调水”工程建设，主要包括信息采集系统建设、自动控制系统建设、决策支持系统建设3部分。

2.1 信息采集系统建设

信息采集系统建设即监测体系建设，实现对调水过程中水量、水位、流量及设备状况等全要素的实时在线监测，提升信息捕捉和感知能力。

1）河道水位测报系统。建设辛店闸前水位、沙杨河水位、横河水位、沟盘河水库水位等7个监测点，可随时对调水时河道水位进行监测。

2）河道流量测报系统。建成沙杨河辛店轨道式测流站、头屯干渠三十铺轨道式测流站、程官屯泵站及自流闸超声波测流、芦家河泵站及自流闸超声波测流4个测流点。调水时轨道式测流站每天上午9点和下午4点各测量1次，关键时刻加密测量频次，泵站及自流闸流量随时测量。

3）工程监控系统。安装监控摄像头84个，所有水闸、泵站、管理院落实现视频监控全覆盖。特别是在水位、设备等关键点设立监控，方便对自动监测设备的人工验证，确保数据准确。

4）设备运行数据监测系统。包括泵站、水闸运行时的电压、电流等数据，并对异常数据进行自动报警。

2.2 自动控制系统建设

1）自动闸控系统。调水线路上的辛店闸、程官屯泵站自流闸、芦家河泵站自流闸和调水所涉及的头屯渠首闸、程官屯闸、刘茂庄闸等6座水闸实现远程自动化控制。

2）自动泵控系统。重建低压配电设施和自动化控制设施，实现程官屯泵站和芦家河泵站的远程泵控。

2.3 决策支持系统建设

1）建立德州市中心城区调水指挥中心。在程官屯管理所建设德州中心城区引黄调水信息中心，设2 m×5 m的LED显示屏1块，各水闸、泵站、电流、电压、流量、水位、监控画面等信息全部汇总到调度中心，实现远程监控、集中处理及异常报警。

2）建立德州市中心城区调水信息系统。因水位、流量等硬件设施信息均由不同软件展示，如果不能集中到一起，监测、使用均不方便。按照集中统一原则，建设德州市中心城区调水信息系统，包括数字孪生模型和工程设备数据报表等。其中数字孪生模型包括程官屯泵站、芦家河泵站、辛店闸、刘茂庄闸4个，在模型上可随时显示相关运行数据，并能实时操作。数据报表包括水位、流量、水量等所有数据信息，并能生成图表，一目了然。

3）建立德州市中心城区调水模型。智慧调水的核心是建设调水模型。2019年以来，集中业务骨干力量，同时联合济南大学，梳理10余年的调水数据，开展调水模型研究。根据河道及泵站运用控制条件，运用HEC-RAS软件进行模拟调水运行过程的水面线，建立模拟图像。

依据模型水位、流量等变化，可计算各水闸及泵站启闭时间，实现精准调水，同时建立了软件程序，基本实现了调水全过程的模拟。目前正开展两项工作，一是将调水软件与信息化系统对接，建设全自动调水模式。二是加强调水模型的实际模拟，进一步修正相关数据，实现最优化。

3 应用效益

3.1 操作方便快捷

通过此次建设，辛店闸、刘茂庄闸全部通电，并且实现远程控制。沟盘河水库入库闸位于水库内，每次提闸都是依靠职工爬上梯子进行闸上操作，非常不安全，现在在控制室里即可操作。同时，由于一些水闸位置偏远，过去提落闸指令发布后，即使迅速组织人员，至少需要1 h到达现场，现在指令发布后即可操作，实现了调度指令的“零延迟”。

3.2 提高调水安全性

原来设备管理及河道管理主要通过人员巡查的方式，受巡查频次、巡查人员能力等影响，一些问题不能及时发现，存在一定安全隐患。现在通过全过程的流量、水位、电流、电压的预警及监控，特别是预警界面的出现和声音提示，可以使值班人员及时发现泵站、水闸及河道运行中出现的问题，迅速采取措施，更好地提高调水安全性。

3.3 节约水资源

工程改造前主要依靠人工观察各河道水位、凭调水经验提闸、开泵，调水管理比较粗放，造成水资源浪费。此次信息化改造后，可以利用大数据对调水数据进行分析，对各河道水位变化情况、水量损失进行精准测算，能够实现提闸或落闸、开泵或关泵时间更精细化，用多少水调多少水，实现了水资源的节约利用。

4 建议

4.1 不断优化调水模型

调水模型是智慧调水成败的关键。在实际调水过程中，不确定因素较多，如农业灌溉期和非灌溉期，河道水量损失差异在20%以上。调水间隔时间不同，河道剩余水量及水质不同，对下次调水也有影响，特别是冬季和汛期往往2~3个月不调水，河道生态与经常性调水时差别较大。为此，必须对调水模型的干扰因素考虑周全，不断地修正和完善模型，同时坚持在实际工作中真正运用，使之不断优化，更好地指导实践。

4.2 提高现场数据采集精度

智慧调水的基础是现场数据。目前超声波水位计数据容易受水面漂浮物影响，电磁流量计在计量涵洞过水量时不稳定，河道上轨道式测流站数据受含沙量等影响也较大。测量数据误差必然导致决策偏差。为此，在不断升级设备的同时，应加强信息采集设备维护，时刻保持良好运转，最大程度地减少测量干扰，提高数据准确度和精度，更好地辅助决策。

4.3 高度关注安全生产问题

由于不能在现场观察，远程操作必须配合监控系统实施，并制定严格的操作规程，避免安全事故发生。对于闸门、启闭机、钢丝绳等提闸前需检查的项目应定期检查维护，时刻保持设备良好状态。对提闸前需观察的闸前、闸后状态等应利用监控系统仔细观察，并进行语音提醒，特别是观察有无人员进入，确保不发生人身安全问题。同时，调水系统运行原则上采用专线通信，减少与外网的联接，并强化安全防范，坚决避免黑客入侵等问题。

4.4 注重职工素质提升

现代化工程需要现代化思维及专业化操作能力的人员。目前，基层水利管理单位往往存在人员不足、人员老化等问题，年轻人少、大学生少、信息化专业人才更少，习惯于原有的操作办法，对新形势、新操作、新要求难以适应。为此，人才问题是制约智慧水利建设和发展的首要问题，基层水利管理单位应当制定政策，大力引进专业人才，强化现有人员培训，努力锻造一支学历高、创新能力强的专业队伍，更好地满足智慧调水工程建设的需要。