新疆白杨河流域高崖子渠首水利信息化建设与应用思考

摘 要：本文中阐述了新疆白杨河流域高崖子渠首信息化建设内容，梳理了渠首信息化建设体系总体框架，并对流域内渠首工程信息化建设提出了应用思考和建议。通过以工程项目建设带水利信息化建设，可为其它渠首工程实施信息化建设提供借鉴与参考，实现流域上下游渠首工程精细化调度、智能化管理目标，助力区域社会经济可持续发展。

关键词：渠首信息化建设;总体框架;思考与建议;智能化管理;

0 前言

白杨河流域位于乌鲁木齐市达坂城区和吐鲁番市托克逊县境内，流域南北最长处约150km，东西最宽处约120km，流域总面积约5173.4km2。流域内共有11座渠首工程，其中达坂城区5座，托克逊县6座，大都建于二十世纪六十年代，工程信息化建设内容较少，难以发挥渠首工程正常的功能效益。水利部指出智慧水利是水利高质量发展的显著标志，水利信息化建设是推动新阶段水利高质量发展重要实施路径之一[1]。高崖子渠首作为流域上游灌区引水的控制性工程，加强信息化投入显得尤为重要。通过水利信息化、智慧化建设，实现渠首工程运行的自动化、智能化，减轻管理人员工作强度，提高工作效率，开创无人值班、无人或少人值守工作新局面，实现流域渠首工程科学、有序、高效、智慧管理，为流域社会经济发展和生态环境的可持续发展奠定基础。

1渠首工程概况

高崖子渠首由上下游导流堤、侧向溢流堰、泄洪冲沙闸、底栏栅堰及引水廊道等建筑物组成，原工程设计引水流量为8m³/s，控制灌溉面积5.06万亩。渠首工程建后已运行49年，存在许多安全隐患，经自治区水利厅安全鉴定，被评定为四类闸。工程于2023年8月开始除险加固建设，其中在渠首除险加固项目信息化建设内容为：新建闸门控制系统、水情监测预报系统、视频监视系统、安全监测系统、通信网络系统、综合监管平台等，通过监测数据采集、传输、分析等信息技术实时获取，并分析评估应用数据成果，为工程的运安全行管理提供决策支撑依据，为水资源的合理分配和高效利用提供保障。

2建设目标任务

2.1 建设目标

高崖子渠首信息化建设遵循水利、网络、信息等行业建设标准与规范的基础上，立足于流域水利工程管理需求，采用顶层设计思路，充分融合运用信息化新技术，按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”要求，以水利信息化基础感知设施为保障，重点围绕高崖子渠首工程运行管理需求，加强对基础设施、数据资源、业务应用的整合，以数据采集自动化、调度管理集中化、运维管理便捷化、综合办公协同化为目标，开展信息化设备、系统建设，全面提升高崖子渠首信息化水平。

2.2 总体框架

总体架构由基础支撑层、感知与数据交互层、数据资源管理层、应用系统层、建设运行管理体系和信息安全保障体系构成。总体框架结构见图1。

3  渠首信息化建设内容

3.1 闸门远程控制系统

闸门控制系统是一个基于计算机技术、传感器技术、电子技术及自动控制技术的自动化监控系统，该系统可实现闸门运行操作的自动化控制，并可对闸门运行过程中各电气参数及运行参数进行实时监测及存储。本项目的闸控系统由监控主机、现地监控系统、操作柜体、各类传感器及通信网络组成。远程控制中心设在达坂城供水管理站，控制中心设在渠首管理站，现地监控站设在引水闸室内和冲沙闸室内。在引水闸室、冲沙闸室内工设有5套现地控制单元（现地LCU单元）。控制中心监控主机通过自建光缆与监控站进行信息交互，远程控制闸门启闭运行。

3.2 水情监测系统

水情监测系统主要是对高崖子渠首上下游水位、泄洪通道流量、引水渠道供水量等信息进行实时在线采集和预警发布，并经通信渠道向调度中心报送水情数据，是水旱灾害防御、水资源调配管理的基础数据支撑，也是闸门控制系统根据水情信息调度的关键组成部分。本项目安装了5台非接触式雷达流速仪对渠首部位的水位、流量监测，然后将实时采集的水情信息及时传输到指定的控制中心。

3.3 视频图像监控系统

视频监控系统主要是对高崖子渠首工程重点区域进行实时视频监视，通过视频监控设施，工作人员能够对现场关键设备的运行状态进行直接的监测与观察，通过实时的视频图像，工作人员可便捷的实时监控或查询渠首工程设施设备运行及周边环境人员入侵情况，及时发现闸前来水变幅、工程周围不安全因素浸入信息，还可通过视频存录方式对供水泄水过程进行跟踪分析，同时视频图像信号可通过网络专线传送至控制中心。在渠首枢纽闸门、水雨情监测站、管理房共布设视频前端设备30个。

3.4 安全监测系统

对高崖子渠首泄洪冲沙闸、底栏栅堰及进水闸的两侧闸墩放置钢筋计、应变计、无应力计、三向测缝计，泄洪冲沙闸、底栏栅堰及进水闸底板顺水流方向布置渗压计。共配置钢筋计16支、应变计16支、无应力计16支、三向测缝计6支、渗压计9支，配套自动化数据采集仪（MCU）实现枢纽建筑物的自动化监测。自动完成对闸前水情的分析、评估及预警，同时建立渗流模型对渗水量评估计算。根据渗流状态，对水闸安全稳定性能实施综合评价，结合监测信息，并对渗流及变形过大的情况及时作出预警。

3.5 通信网络系统

该系统负责连接闸门控制系统、水情监测设备、安全监测设施，形成一个高效、安全、稳定的信息传输通道。各现地监控站点配置网络通信设备，实现现地信息的接入与上传;建设现地监控站点与枢纽管理房之间的通信专线，实现信息的可靠传输;将枢纽管理房作为网络汇聚节点，建立对应的计算机网络平台，并通过建设构建45km网络专线，实现渠首管理站至达坂城供水管理站网络通信。

3.6智慧用电系统

智慧用电系统能够实时监测电力设备的运行状态，及时发现并处理故障，确保渠首工程的正常运转。此外，系统还具备数据采集与分析功能，能够对用电情况进行全面评估，帮助管理人员做出科学决策。通过智能用电计量设备，系统实现了对各类电力使用的精准计量，数据透明化使得用电管理更加高效。此外该系统还支持远程操作，管理人员可以通过移动终端随时监控渠首电器设备用电电力情况，极大提高了管理效率。

3.7综合业务应用系统

综合业务应用平台包含闸门监控系统、水情监测系统、安全监测系统、视频监视系统、运行维护系统、app开发等。

a.闸门控制：实现引水闸、泄洪闸的现地控制和远程遥控功能，根据水情信息实现闸门自动控制与调节；b.水情监测：完成对上下游水位、流量的实时采集，并在水情变化超出正常范围时发出报警；c.安全监测：通过传感器对渠首工程自动监测，得到的各类数据进行统一的数据处理、分析，实现对建筑物结构异常状态的诊断预警和评估；d.视频监视：实现视频监视数据的管理，主要有视频监视基础信息管理、视频与安防监测预警等；e.运行维护：配套手持终端可查看各个节点及设备的相关信息，对闸门进行实时监控，可查看实时数据、视频；对设备进行实时监控，可查看实时数据、历史数据、闸门运行状态、设备参数、报警信息；f.移动APP开发：开发移动 APP 进行工程的日常维护工作，具备手机定位、照像、录像等功能。

4、流域渠首工程信息化、智慧化建设与应用

结合流域已有的信息化建设基础，按照“透彻感知、全面互联、深度挖掘、智慧应用、泛在服务”智慧水利特征[3]， 加强渠首的信息化建设，还需开展以下几方面内容：

4.1 持续加强渠首信息化建设，服务于流域数字孪生

渠首工程的信息化及数字孪生建设是数字孪生白杨河流域建设中重要组成部分。目前高崖子、小草湖、胜利渠首工程信息化仅仅实现了闸门启闭、视频监控、安全监测自动化，不能满足水利信息化及高质量发展要求，且与数字孪生和智慧水利体系建设目标存在较大差距[4]，需加强夯实流域内渠首工程 “天空地水工”监测感知基础设施。数字孪生流域、渠首建设是一项涉及水利、地形测绘、模型、计算机等综合业务知识组成的工作任务，需要搭建数字孪生应用系统、新建及改造智能监测设施、开发布局各水力模型算力算法，以实现流域、渠首工程空间信息全局可视、实时态势精细洞悉、监控管理远程控制、运行安全监测预警、洪水发展趋势推演仿真、水资源科学调度等[4]。因而在后续渠首信息化建设中需加强数字孪生平台建设、信息基础感知设施建设、智能业务应用、网络安全体系建设， 满足数字孪生流域及工程 “四预”建设要求。

4.2提升信息化技术建设管理水平，降低运行管理成本

在水利工程运行管理中，信息化技术的应用逐渐成为降低工程运行管理成本的重要手段。对完成信息化改造项目的高崖子、小草湖、阿克苏渠首时，要充分考虑运行管理工作的需求，加强管理人员对新系统、新技术的学习与掌握，使其尽快掌握水情监测、闸门远程控制、视频监控、安全监测等系统运行工作原理及流程，运用大数据、互联网+ 、云计算等高科技手段，综合分析监测数据，提高工作人员信息化管理水平和工程运行管理效率，大幅减少人工成本，节省人力资源。对未完成信息改造及建设的渠首，提前布局谋划，稳步推进智慧水利建设，立足流域管理实际，注重整体布局，紧抓流域病险水闸除险加固项目有利契机，推进流域渠首工程信息化建设提档升级，通过项目资金，加大水利信息化投入，实现数据整合和全面共享，构建统一高效的信息平台，提升流域工程调度运行管理的信息化水平、工作效率，降低管理成本。

4.3充分利用监测感知，保障渠首工程运行安全

在渠首工程运行管理中，智能感知设施的应用显得尤为重要，这些先进的设备能够实时监测渠首工程的各种运行参数，能高效掌握工程运行状态，实现工程巡检规范化程序化，使安全隐患早发现、早处理，为渠首工程的正常运行保驾护航。根据渠首工程信息化建设情况，充分利用集信息采集、传输、分析、评价及预警等诸多功能于一体的安全预警设备及系统，通过先进监测设备、系统完成对渠首引水、泄洪全过程监测，以及闸体安全性能综合评价，增强渠首抵抗风险灾害的能力，保障渠首工程运行安全。

4.4推进建立流域水利信息化运维体系

加强水利信息化运维管理，是保障水利信息化良性发展的重要前提。目前流域内信息化专业技术人员严重缺乏，不能对水利信息化设备、系统进行有效运维，应采取“建管结合”的运维模式管理各业务应用系统、设备。依托第三方技术支撑单位，通过购买服务方式委托有技术能力的专业单位来维护业务应用系统、监测设备，实现信息化运维体制有保障，信息化设施运转状态有感知，数据资源有保护，系统运行态势有监控，能有效处置突发故障问题。同时加强运行维护人员队伍建设和运行维护经费落实，培养建立专业化运维队伍，多方筹措资金落实运维经费。

5、结语

水利信息化建设是面向新阶段水利高质量发展需求，为决策管理提供前瞻性、科学性、精准性、安全性技术支持，实现水利业务与现代信息技术融合发展的智慧水利实施措施[5]。在白杨河流域内实施工程建设、病险渠首工程除险加固时，需进一步加强工程闸门控制、水情及安全监测的信息化、智能化的技术、设备、系统应用，助力提升工程标准化、精细化管理水平。同时结合数字孪生流域、水利工程，加强渠首工程“天空地水工”监测感知基础设施建设、提升管理人员信息化技术建设与管理水平、充分利用监测感知，增强工程运行管理能力、推进流域水利信息化运维体系建立，保障水利基础感知设备正常工作，提高智慧水利体系应用效果，为管理者快速决策提供技术支撑。与此同时，流域水工程智慧水利体系建设需紧密结合水旱灾害防御、水资源调配方面的 “四预”功能，以提升渠首工程运行管理和流域水安全、水资源、水生态管理水平为目标，助力区域社会经济平稳发展。

参考文献：

[1]喻鑫，张亮，张娜，刘棪.水文站知识图谱构建研[J].水利水电快报，2024，45（12）：143-148.

[2]李作武.新疆玛纳斯河灌区水闸加固工程布置与管理分析[J].水利科学与寒区工程，2022，5（03）：79-81.

[3]张夏，张洋.智慧海河建设现状分析与思考[J].海河水利，2021（04）： 111-113+123.

[4]胡志浪，李毅，谢昌原.数字孪生水利工程水闸建设研究[J]，中国水能及电气化，2024，10：51-55.

[5]丁瑶，数字孪生水闸工程业务应用探[J]. 农业灾害研究，2024，14（03）：280-282.