国网河北电力公司自主研发“电力看水资源”平台 打造“以电折水”应用示范

　　7月2日，大雨过后，河北省正定县曲阳桥镇曲阳桥村外的田野里，麦茬间新长出的玉米幼苗绿意盈盈。充足的雨水让持续多天的灌溉停了下来，国网河北省电力有限公司的“电力看水资源”平台上，该公司供区内农灌机井的日用电量从6000万千瓦时回落到1000万千瓦时。

　　2020年，国网河北电力自主研发“电力看水资源”平台，在全国率先打造“以电折水”应用示范项目，解决了农业水资源利用缺乏精准计量的问题。截至目前，国网河北电力通过“以电折水”应用示范，为河北省水利部门省去购买水表等的投资金额30余亿元，并在国家重大科技支撑计划项目“渤海粮仓”科技示范工程中助力每亩土地年均节水40吨，共识别超限额用水机井7428眼，为一系列节水、护水政策制定提供了详细的数据支撑。

　　用电数据折算灌溉用水量

　　华北平原是我国人口数量最多的平原，水资源时空分布不均、供需矛盾突出等问题在这片土地上由来已久，多年地下水超采更让辽阔的华北平原成为巨大的“漏斗区”。

容城县供电公司员工走访调研农业园灌溉情况。章艳芳 摄

　　华北平原也是我国粮食的主产区之一。2013年，国家重大科技支撑计划项目——“渤海粮仓”科技示范工程启动，如何高效利用农业水资源是工程的重要课题。

　　“我们花了十几年的时间，引导种植户将冬季灌溉冬小麦的次数从3次减少到2次，节水成效显著。但是节水量有多少，灌溉用水量还能压减多少，并没有确切数字。很多时候，我们的节水灌溉策略成了‘空中楼阁’。”中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心副研究员齐永青说。

　　当研究人员把统计农业节水数据的目光始终聚焦在“水”上面时，与农业灌溉紧密相连的“电”有了新的突破：2007年，国网河北电力供区内实现“井井通电、户户持卡”;2017年，全部机井完成电气化升级;如今，农业灌溉机井实现智能电表全覆盖。

　　一面是强烈的用水计量需求，一面是完备的灌溉用电计量体系，能不能通过用电数据折算出农业灌溉用水量?

　　2016年，国网河北电力营销服务中心专责李飞和齐永青见面沟通后，发现科研项目试验基地地下水水位相对固定，利用灌溉机井的用电量和功率就可以折算出取水量。但是科研项目的难点在于试验用的智能电表大多装在野外，通信数据传输不稳定，难以远程收集试验数据。

　　李飞和研究人员一起到农业资源研究中心设在南皮县的试验基地，了解农田通信信号特点，开展通信模块空域、时域、频域信号特性测试。

　　最终，李飞和团队成员研发出灌溉智能电表、农业灌溉费控终端通信模块程序一致性比对装置。该装置可在电表采集现场即插即用，还可以实时甄别不同通信运营商信号强弱，优化数据传输质量。

　　“以电折水”从设想变成现实

　　河北是农业大省，农业用水量占全社会用水量的60%左右，主要以地下水作为供水水源。多年来，农业灌溉取水计量一直是水资源管理的难点。

国网河北电力营销服务中心员工向前来参观的清华大学学生讲解“以电折水”原理。李兵 摄

　　“以电折水”研究成果让解决这个难题有了思路。2016年，河北省水利厅找到国网河北电力，希望对农业灌溉机井进行“以电折水”计量。

　　“以电折水”范围从一个科研项目扩大到全省，工作量陡然增加，对折算精准度也提出了更高的要求。

　　1千瓦时电到底能抽出多少立方米的水?电量确定后，是不是就能直接折算水量?

　　地下水水位、地形条件都直接影响着折算结果的精准度。2017～2019年，国网河北电力营销服务中心配合河北省水利厅在河北南部地区选定1700余眼农业灌溉机井，同步测量机井取水量和同时段用电量，逐一核算确定不同地域的折水系数。

　　2017年3月1日，《河北省农业用水以电折水计量实施细则(试行)》印发实施，指出种植业取用地下水未安装取水计量设施的地区，通过“按电计量、以电折水”的方式核定水量。

　　2020年，国网河北电力作为试点单位，开发了“电力看水资源”平台，大量研究数据在平台上汇聚。

　　2021年4月9日，河北省水利厅和国网河北电力签署战略合作协议，“以电折水”技术在农业灌溉取水计量中全面落地实施，一系列工作在全省迅速铺开。

　　国网河北电力基于“井井通电”“一井一码”建设成果，采用“智能识别+现场核查”方式，在短短几个月内，将供区内68万余眼农灌机井水电档案匹配到村、关联到户，并与河北省水利厅建立水-电档案信息共享交互机制，实现了水-电档案信息实时动态更新。

　　“以电折水”从设想变成现实，不仅为政府部门提供了精准的数据支撑，还为水利部门节约购买水表等的投资金额30余亿元。2022年，国网河北电力推出的“以电折水”计量法在山东、河南等10个省推广。

　　数据计量准确度再提高

　　探索的脚步并没有停下。国网河北电力营销服务中心技术开发与数字化室专责李梦宇带着团队在进一步提升“以电折水”计量精准度上下功夫。

　　2021年，正定县正定镇西邢家庄村被选定为“农业灌溉用水量遥感监测”试点项目的地面校验样本村。李梦宇和团队成员对村里33眼农业灌溉机井取水量采用“以电折水”方式计量，河北省水利厅同时为机井加装了计量水表。

国网河北电力营销服务中心员工进行“以电折水”数据分析。李兵 摄

　　通过对比3年的“以电折水”计量和水表计量结果，“以电折水”计量法的偏差率从2021年的10.1%下降到2023年的1.5%。

　　在试验过程中，李梦宇和团队成员发现当数据样本丰富后，新的问题又出现了。以正定县“以电折水”示范区为例，9738户电力客户中，有129户混合农业灌溉客户、484户非农业取水客户。只有精准地识别哪些是农业灌溉客户、农业灌溉电量有多少，才能为水资源精细化管理提供有效的数据支撑。

　　团队以农灌电表为基本单位，依托“电力看水资源”平台数据，一方面结合农灌机井负荷变化规律，建立农业灌溉客户综合识别分析模型，精准识别混合用电客户，通过抽样现场验证，让模型识别准确率达到93%;另一方面，针对一台电表同时计量农灌用电和非农业生产用电的问题，挖掘不同用电类型特征，构建了混合灌溉电量占比测算模型，精准提取农灌机井用电量，模型识别准确率超过95%。

　　“电力看水资源”平台实现了对68万眼农灌机井用水数据在线精准监测。目前，“以电折水”监测结果被纳入河北省水利厅水资源管理月报，为水利部门开展水资源精细化管理提供数据支撑。“电力看水资源”平台应用以来，已累计识别超限额用水机井7428眼。

　　据测算，精准数据支撑下的节水灌溉技术在全省推广后每年还可节水1.1亿吨。

　　6月14日，水利部与国家电网有限公司签署战略合作框架协议，将进一步深化“水利+电力”政企合作，构建电力大数据多样化水利应用场景，助力各地用好水资源。(庞彦娟 李兵)