服務于水權轉讓的灌區信息化系統研究——以鄂爾多斯市南岸灌區為例

□彭彥銘 □程 冀 □廖曉芳（黃河勘測規劃設計有限公司）

1 水權轉讓工作的意義

隨著西部大開發和國民經濟可持續發展戰略的不斷深入，在黃河流域內工礦企業的迅速發展，各行業用水量劇增，黃河水資源短缺問題日趨嚴重，工農業用水供需矛盾日趨尖銳，嚴重制約了地方經濟的發展，迫切需要采取相應的節水措施，高效利用有限的水資源。

黃河作為西北、華北地區的重要水源，近年來隨著流域內各省區經濟社會的快速發展，水資源供需矛盾日益突出。加之由于歷史和現實的原因，造成黃河用水結構不合理、節水灌溉資金短缺，節水工作發展滯后，農業用水存在浪費現象，而同時沿黃部分省區新上項目拿不到取水許可指標，工業發展后續水源不足。為了適應地區經濟社會的快速發展，促進節水型社會的建設，在不改變流域總體配水方案的基礎上，黃河水利委員會在經濟高速發展的西北地區進行了工農業水權轉讓試點建設。通過水權轉讓，利用市場手段優化配置黃河水資源，為沿黃各省區提供高效利用黃河水資源的可借鑒經驗，使有限的黃河水資源發揮最大效益，為黃河流域全面建設小康社會提供資源支撐。

通過水權轉讓可以對引黃灌區進行以節水為中心的高效節水技術裝備和改造配套建設，提升灌區的灌溉水平和農業生產水平，用現代物質條件裝備農業、改變農業生產傳統、落后狀態，實現傳統農業向現代農業的根本轉變，促進引黃灌區農村農業向集約化、現代化發展；通過水權轉讓還可以解決新建重點工業項目的供水缺口，使農業用水向工業用水有償轉換的同時解決灌區改造建設的投資問題，實現水資源的優化配置。

2 鄂爾多斯市南岸灌區進行信息化系統建設的必要性

鄂爾多斯市南岸灌區地處荒漠草原和荒漠過渡帶，屬于“沒有灌溉就沒有農業”的干旱地區，目前引黃灌溉面積共計94.30萬畝。根據國務院“87”分水方案和內蒙古自治區政府對各盟市的初始水權明晰，鄂爾多斯市分得黃河耗水量7.00×108m3，其中，南岸灌區6.20×108m3，占全市分配水量的88.60%。鄂爾多斯市是內蒙古自治區資源富集地區，近年來，工業化、城鎮化迅猛推進，一大批煤電、煤化工項目紛紛落戶鄂爾多斯市，水資源問題成為制約這些項目開發建設的瓶頸。為了合理調整工農業用水結構、促進工農業協調發展，按照黃河水利委員會部署，從2005年開始，內蒙古自治區首先在鄂爾多斯市南岸灌區開展了水權轉讓試點一期工程建設，即由用水企業出資對灌區進行節水改造，提高黃河水的利用率，將該灌區節約下的用水指標置換到工業項目上，在確保灌溉用水和初始水權的前提下，解決新上馬企業的用水問題。這是黃河水利委員會在開展水權轉讓工作的一次重大嘗試，因此，該灌區水權轉讓工作的實施效果關系到黃河流域水權轉讓工作的進行，所以，通過信息化系統建設，將鄂爾多斯市南岸灌區的相關用水情況進行收集分析進行評價，是黃河流域水權轉讓工作的技術支撐，同時南岸灌區作為上游重要的用水單位，對其進行用水管理也是黃河水量統一調度的客觀需要。因此，鄂爾多斯市南岸灌區信息化系統建設在功能上不僅要滿足灌區自身管理需要，要滿足鄂爾多斯市水利信息化建設需要，更要滿足黃河水利委員會水權轉讓工作評價和全河水量統一調度工作的需要。

因此，需要建立一個以信息采集系統為基礎，以高速安全可靠的計算機網絡為傳輸媒介，以3S技術、數據庫技術和決策支持系統為核心的現代化灌區管理系統，為灌區水資源的優化配置、高效利用、水權轉讓、黃河水量統一調度服務，實現對灌區信息采集的自動化、信息管理的規范化、決策的智能化，大大提高信息采集和加工的準確性以及傳輸的時效性，做出及時、準確的反饋和預測，為各級灌區管理部門提供先進的管理手段和科學的決策支持，全面提升鄂爾多斯市南岸灌區管理水平，為水權轉讓工程后評估、黃河水量統一調度提供南岸灌區用水等基礎數據的支持。

通過系統建設，實現對南岸灌區南干渠進水閘、沿黃抽水泵站、機構管轄的各級渠道配水口、退水口、排水站等水量的實時監測（控），使各級灌區管理機構掌握灌區實際用水情況；實現對灌區范圍降水、蒸發等氣象和土壤墑情、地下水水位的自動監測，為灌區配水提供基礎數據支持；實現各級管理機構間信息安全、穩定的傳輸；實現對灌區管理業務數據、采集數據、工程數據、灌區基礎數據等科學的存儲和有效的管理；為灌區管理人員提供一套方便、科學的需水計劃制訂和配水方案、實時調度方案編制工具，并對水量統計、水費計算和收取等灌區日常業務實現流程化、標準化管理。

3 服務于水權轉讓工作的鄂爾多斯市南岸灌區信息化系統

3.1 系統總體結構

一般地，灌區信息化系統包括采集、傳輸、處理、存儲、應用、決策支持等環節，還要涉及到一些基礎設施的建立，如采集設備、管理中心環境的建立等。結合灌區管理特點，不同級別的業務處理邏輯以及數據訪問邏輯等有可復用共享的部分，可以考慮設計建設通用的業務處理服務和信息交換服務等，避免重復建設。

鄂爾多斯市南岸灌區信息化系統主要由基礎設施、應用服務、基于GIS灌區管理及決策支持系統以及系統運行實體環境等幾部分組成，同時，系統的設計、建設都要以國家、行業現行標準規范作依據和約束。系統總體框架詳見圖1。

圖1 鄂爾多斯市南岸灌區信息化系統總體框架圖

基礎設施主要包括信息采集與監控、信息傳輸、數據存儲與管理等系統。信息采集與監控利用先進的信息自動采集和遠程自動化控制技術實現對引（退、排）水、用水、氣象、土壤墑情、地下水等信息的自動化采集以及對關鍵閘站的遠程自動化控制，為鄂爾多斯南岸灌區管理和決策提供各種必要的基礎信息采集和控制手段；信息傳輸利用成熟的有線或無線傳輸技術和計算機網絡技術實現灌區管理各種信息的安全傳遞；數據存儲與管理利用數據庫技術和相應的存儲設備實現對灌區基礎數據、專業數據科學、有效的存儲與管理。

應用服務是系統的中間邏輯層，為上層的應用系統提供各種可復用的方法和工具，主要包括信息共享服務、空間信息服務、業務處理服務、用戶管理與認證服務等。

基于GIS灌區管理及決策支持系統是整個系統的應用系統部分，直接面向用戶，根據用戶管理級別，結合所需信息和管理職能，針對各級管理機構設計個性化的應用管理與用水決策系統，將灌區管理工作流程標準化、程序化，為灌區的各級調度管理提供相應的技術支持。

系統運行實體環境主要指鄂爾多斯市南岸灌區各級管理中心環境，按照灌區管理組織機構，針對管理范圍和職能，為各級管理機構設計相應監測（控）、監督和管理的設施設備，為系統的正常運行提供良好的硬件環境。

標準、規范主要指系統設計和建設所需遵循的國家、行業頒布的現行技術標準和規范要求等，以及在建設、運行過程中需要制訂的技術標準、規范等。要在系統設計開發和運行維護各個階段，嚴格按照有關標準進行，保證工程建設和運行規范化和標準化。

考慮以上各組成技術特點的不同，將南岸灌區信息化系統劃分為信息采集與監控系統、信息傳輸系統、數據存儲與管理系統、應用服務層、基于GIS灌區管理與決策支持系統、管理中心環境等。信息采集與監控系統根據采集信息的不同劃分為水量信息采集與閘站監控系統、氣象信息采集系統、墑情信息采集系統、地下水信息采集系統，其中水量信息采集與閘站監控系統包括對引水信息、退水信息、排水信息、配水信息等采集以及閘門的遠程自動化監控；信息傳輸系統劃分為通信系統和計算機網絡系統；數據存儲與管理系統劃分為數據庫和數據存儲平臺；應用服務層劃分為數據訪問與數據交換服務、灌區業務應用服務、GIS服務、用戶管理與認證服務等；基于GIS灌區管理與決策支持系統根據灌區業務管理劃分為灌區綜合監視、灌區信息管理、灌區業務處理、配水方案編制、灌區水費管理、遠程監控等子系統；管理中心環境按照管理級別劃分為灌域級管理子中心、南干渠管理局中心、旗（縣）級管理分中心和市級管理中心。系統總體結構如圖2所示。

圖2 系統總體結構圖

信息采集系統利用不同的傳感器采集各類信息，并將采集到的信息利用通信和計算機網絡傳輸到相應的管理機構，這些信息在各管理機構經過整理或直接存儲入存儲設備中相應的數據庫中；基于GIS管理及決策支持系統通過應用服務層的數據服務讀取和業務管理相關的數據，利用應用服務或直接對數據進行處理，并將處理結果利用應用系統輸出界面提交給用戶；對于灌區配水業務，則由用戶利用數據服務讀取數據庫中相關的數據，提交相應的灌區管理應用系統編制相應的計劃、方案，存儲在相應級別管理機構的數據存儲系統中，并利用通信和計算機網絡實現計劃和方案在上、下級機構間的傳遞；對于閘門的遠程監控，則由應用系統根據配水和實時調度方案，計算出相應的調度指令，通過通信和計算機網絡將指令直接發送到被控閘站現地，對閘門實施遠程控制，同時，閘門現地監控站可以將實時監測的流量信息和閘站各部分運行情況等傳送至各級管理機構，以便各級管理機構在遠程實時掌握引水過程和工程運行狀況。

3.2 服務于水權轉讓工作信息化系統的特殊設計

為了能夠滿足全河水量統一調度需求，檢驗水權轉讓一期實踐效果，為水權轉讓二期的實施提供切實有效的保障，本系統有針對性的進行了功能研究和設計工作，主要包括以下兩個方面：

3.2.1 系統對涉及水權轉讓工作的數據進行專門采集、傳輸和存儲

對與黃河有直接水量交換的口門進行重點監控，包括對南岸灌區直接從黃河引水的口門和泵站（南干渠引水閘和揚水灌域的8處揚水泵站）以及退水進入黃河的站點（6處退水口和11處排水站）的流量進行自動化采集。并采用先進的同步轉發模式將原始數據和經地方整理后的信息傳送至黃委會水量調度中心以備校驗。

3.2.2 與相關系統進行結合

位于黃河水利委員會的黃河水量總調度中心（以下簡稱“黃河水調中心”）是全河水量統一調度的指揮中心，安裝運行了黃河水量調度系統。本系統設計將與水權轉讓工作和全河水量統一調度工作相關的數據統一匯入黃河水量調度系統。

為了能夠接收黃河工程管理局和南岸灌區管理局傳送的監測信息，在黃河水調中心配置了一臺具有公網IP的接收服務器，實現對南岸灌區遠端監測信息的接收。通過南岸灌區信息化系統的建設，在水量調度數據庫相關數據表中添加相應的字段來實現南岸灌區相關數據的接收存儲，并開發相應的數據存儲接口，將黃河工程管理局和南干局上報的監測信息導入數據表，實現監測數據的存儲。原黃河水量調度綜合平臺中未包含南干渠進水閘和六個退水口節點，沒有相應界面顯示其相應信息，借助南岸灌區信息化系統的建設，將對黃河水量調度綜合平臺進行升級，增加相應菜單或按鈕，設置觸發程序，并開發或修改相應用戶界面，實現對南岸灌區相關引退水信息的查詢。

4 鄂爾多斯市南岸灌區信息化系統建設的重要作用

鄂爾多斯市南岸灌區信息化系統的建設實施將實現灌區用水管理的自動化、規范化、科學化，不僅能夠大大降低灌區管理難度和管理費用，在保證灌區正常農業生產的前提下有效減少灌溉用水量，通過科學、高效、規范的灌區管理有效保證水權轉讓實體工程的節水效益，為水權轉讓工作進一步開展及后評價奠定堅實基礎，同時也為黃河水量統一調度提供了相關的數據支撐和技術實現，為減少水事糾紛，增進社會和諧做出貢獻。

[1]陳永奇黃河水權制度建設與黃河水權轉讓實踐[J].中國農村水利水電.2014(01).

[2]黃躍進,楊軍.基于GIS技術的節水灌溉區劃研究[J].中國農村水利水電.1999(12).

[3]彭彥銘.中部省份灌區節水信息系統研究[J].河南水利與南水北調.2010(11).