灌區信息化建設發展現狀及發展對策規劃

藺寶軍，張 芮，高彥婷，張 帥，王騰飛

(甘肅農業大學水利水電工程學院，甘肅 蘭州 730000)

我國屬于農業型大國，灌溉是支撐農業發展的基本保障，據中國統計年鑒的統計數據，2016年底我國灌區數達7807處，灌區有效灌溉面積3304.6萬hm2，已建成大型水庫721座，中型水庫3890座，小型水庫93850座，但是在全國大型灌區續建配套與節水改造規劃的434處大型灌區中，僅153處灌區開展了不同程度的信息化建設[1]，而且我國水資源嚴重匱乏，人均水資源占有量不到2220m3，僅為世界人均水平的1/4[2]，預計2030年我國人口總數將達到16億人，而屆時我國的人均水資源占有量將從2220m3降至1750m3，成為世界上13個人均水資源最貧乏的國家之一[3]。同時灌溉水的利用率也較低，目前，發達國家的農田灌溉水有效利用系數已經達到0.7～0.8，而我國十三五規劃指出，2030年農田灌溉水有效利用系數才達到0.6。毋庸置疑，在此情況下，依靠現代科技技術來加強我國灌區信息化建設是實現我國農業現代化和科學調配水資源、實現水資源集約利用的必由之路。截至2018年6月，172項重大水利工程已開工建設129項，在建重大水利工程投資規模超過10011億元，為我國水利基礎設施網絡構建奠定了堅實的基礎。《全國水利信息化“十三五”規劃》指出，“十三五”時期是水利信息化建設的關鍵期，應充分有效地利用現代科學信息技術，深入開發和廣泛利用水利信息資源，實現水利信息數據從采集到傳輸、存儲、管理、分析的數字化、智能化和網絡化，完善水利信息化建設。

1 灌區信息化建設的發展現狀

我國灌區信息化建設起步較晚，20世紀70年代，我國灌區信息化工作主要集中在水情信息的匯總整理階段，并開始一些自動控制技術方面的研發，以及自動計量、自動預測方面都有了初步探索，例如以河南人民勝利渠為代表的閘門自動控制技術。20世紀80年代，水文信息的信息化處理起步發展，很多灌區開始探索灌區自動調度、自動測報、自動計量技術，20世紀80年代后期，甘肅景電灌區初步實現了泵站的自動調度系統。20世紀90年代，開始將網絡技術應用于水利信息的處理。2001年5月，灌區用水管理信息化技術研討會正式提出“大型灌區信息化”的理念，同年7月水利部黨組確立了“以水利信息化帶動水利現代化”的發展思路；至2002年7月，水利部農村水利司印發《關于開展大型灌區信息化建設試點工作的通知》(農水灌[2002]09號)文件，正式啟動了全國大型灌區信息化建設試點工作[4]，同年11月，農水司確定了30個大型灌區為首批試點建設單位，基于我國國情的大型灌區信息化建設正式拉開帷幕，并且在有關省(區、市)水行政主管部門的指導下，各試點灌區不同程度地開展了灌區信息化相關內容的建設和應用，其中金溝河灌區、陜西省涇惠渠灌區、山東省王屋灌區、江西省贛撫平原灌區、江蘇省高郵灌區、湖南省韶山灌區、湖南省大圳灌區、湖北省漳河灌區、湖北省東風渠灌區、黑龍江省龍鳳山灌區、河南省鴨河口灌區、河北省石津灌區、廣東省青年運河灌區、新疆十八渠等各省市的不同大型灌區的信息化建設均取得了階段性的建設經驗與成效。2002年，甘肅省景泰川灌區也被列為26個大型灌區信息化建設的試點之一，并且確定了基于高速局域網平臺之上的以集信息監測采集、優化調度為一體的泵站計算機監控調度自動化系統、通信系統、圖像監控系統、支斗渠閘門自動控制系統、灌溉用水管理系統、灌區基礎數據庫的建設、3S技術的應用、灌區決策支持系統(專家系統、運行管理模式)等為主要內容的灌區MIS系統的開發建設方案；十一五期間是我國大型灌區信息化建設試點工作的白熱化階段，根據《全國大型灌區續建配套與節水改造“十一五”規劃》要求，“十一五”期間大型灌區的信息化工作應重視水情、工情信息的采集，重視自動采集數據的實時性和重要性。2007年11月25日，全國大型灌區信息化工作會議在湖北武漢召開，水利部副總工龐進武、農水司司長李代鑫出席會議并講話，會議部署了“十一五”期間大型灌區的信息化試點建設工作。“十一五”期間各大型灌區的信息化試點建設工作效益顯著，實現了閘門和水泵機組的精準、及時自動控制和遠程集中控制；根據各灌區自身情況，因地制宜構筑通行網絡，實現數據的快捷傳輸和高度共享；以各灌區為單位，實行分級管理并構建計算機網絡系統，能夠實現信息的分級、分層管理，保證信息采集、傳輸以及存貯；2011年9月25日水利部農村水利司主持召開了“灌區信息化建設座談會”。會議強調加大、規范灌區信息化建設的各項工作，在保證區信息化建設的各項工作順利實施的同時，又加快了灌區信息化建設的步伐；全國大型灌區續建配套與節水改造規劃的434處大型灌區涉及到全國31個省市，2014年底有153處灌區不同程度開展了信息化建設[5]。

2 灌區信息化建設的發展規劃

2.1 發展內涵

灌區信息化是指通過現代計算機、網絡技術、電子通信、智能一體化控制、遙感衛星等技術構建灌區水資源信息感知、智能控制、動態調度，實現灌區基本數據的自動收集、遠程傳輸、遠程控制、實時存儲、科學分析，實現灌區管理水平的信息化、網絡化和智能化[6]。如圖1所示。

圖1 灌區信息化應用內容

灌區信息化建設旨在完成信息采集、反饋控制、通信鏈路、信息中心局域網絡、軟件(包括數據庫及管理系統)、基礎設施建設與改造等的建設，使得實時監控、信息查詢、用水管理、決策支持、行政事務、公眾服務、系統維護統籌兼顧，相得益彰。要求開發信息資源、建設信息網絡、推進信息應用、培育信息人才和制定信息政策。如圖2所示。

圖2 灌區信息流程

2.2 建設要點

我國灌區信息化建設起步較晚，從20世紀70年代起至今，雖然取得了顯著成績，但仍存在一些問題：信息采集系統落后，存儲、傳遞實時性差，軟件開發與應用存在短板，學科交叉型專業人才缺乏[6]等，鑒于此，我國灌區信息化應該加強以下幾方面的建設。如圖3所示。

(1)灌區信息數據的精準高效采集、安全有效存儲整理以及實時傳遞。

(2)灌區灌溉系統的自動化程度。

(3)灌區灌溉系統與管理系統軟件的集成化與標準化、硬件設施的完善配套、軟硬件的兼容性。

(4)加強計算機應用、土壤學、節水灌溉、管理等多領域人才的培養。

“十三五”時期是水利信息化建設的關鍵期，要大力引進國外先進技術，擴大資金投入，培養優秀的專業人才，不斷強化人才隊伍建設，目前，完全實現我國灌區信息化、智能化、數字化的目標還沒有徹底實現。信息采集點落后、通訊傳輸效率低、軟硬件標準化、通用化配套化差，職能管理部門分散、多領域精尖人才匱乏、數據信息共享性差[7]等問題仍然存在，為此今后在智能公共數據庫建設、信息采集、計算機應用、管理模式、人才培養方面要加大投入力度。隨著一體化測控智能閘門、光纖通訊、遙感衛星、土壤墑情智能采集系統、無線通訊技術、自動檢測量水設備、高精度末端測量技術、地理信息技術等先進技術[8- 11]的廣泛應用，戴瑋提出了智慧灌區建設發展思考，指出智慧灌區是實現灌區智慧預警、智慧調度/調控及智慧決策，推動灌區發展與水資源和水環境承載力相協調，發展完整的灌區水生態系統，建立灌區永久水資源保障制度，構建先進的水科技文化[12]。智慧灌區思路的指出是對我國灌區信息化發展建設的指導，今后我國灌區信息化建設要以實現灌區信息化、智能化、數字化為根本，完成我國灌區智慧化建設。

圖3 灌區信息化主要規劃建設模塊

3 結論

水利建設的信息化、智能化、數字化是科學合理地輸配水資源、提升灌區管理水平和管理能力的必由之路。我國灌區信息化建設起步晚，但發展較快，成績與問題并存。我國水資源供需矛盾日益突出，依托科學技術支撐的信息化、智能化、數字化灌區建設理念逐步成為現代灌區建設的主導思想。我國灌區信息化要在智能綜合數據庫、先進的信息采集手段、軟件應用開發等方面強化建設力度，同時加強灌區信息化綜合、全程管理，加大綜合性、多領域人才隊伍建設以提升灌區管理水平、工作效率和增加灌溉效益。