關于灌區提升改造工程信息化設計的幾點思考

高歡凱，李新杰

(1.陜西水環境工程勘測設計研究院，陜西西安710018；2.陜西省引漢濟渭工程建設有限公司，陜西西安710100)

0 引言

黨的十九大以來，大中型灌區建設發展深入落實“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的新時代水利工作方針和水資源、水生態、水環境、水災害統籌治理的治水新思路，圍繞水利部“補短板、強監管”的要求，實施了一批卓有成效的泵站改造、灌區改造、農村水價改革等項目。目前部分灌區在提升改造的過程中已逐步實現集灌區信息感知、傳輸及應用于一體的智能化管理，但大多數灌區信息化建設相對滯后，亟需從深化設計出發，進一步加快落實智慧灌區建設步伐，使信息化作為灌區現代化管理的主要手段。以西北地區某灌區信息化建設實例為背景，本文主要從設計出發，闡述在灌區提升改造工程信息化建設過程中的幾點思考。

1 實例背景

實例灌區始建于上世紀50年代，于20世紀80、90年代開展了大規模的改擴建工程，屬于二等灌區，承擔約16.95萬人的農田灌溉任務，有效灌溉面積達18.4萬畝。十三五期間，該灌區分區域試點進行了高效灌溉與灌區自動化初步建設，田間部分采用管灌、滴灌等方式實施高效灌溉，并分區域針對干渠、斗渠位置新建節制閘、泄水閘等一體化閘門和水位、流量、視頻等遠程監測與控制系統試點。

2 存在問題

近年來，受城市發展影響，該灌區信息化建設略顯滯后，存在以下問題：

(1)分區域獨立開展灌區自動化建設，缺少統籌安排與整體布局，運行管理效率較低。

(2)已建閘閥自動化控制系統數據資源分散，缺乏統一標準，資源整合利用率不夠。

(3)灌區信息化建設較為封閉，與水利其他業務部門及環保、國土等部門資源共享程度不高。

(4)灌區灌溉與工業用水收費仍采用傳統人工方式，服務手段落后，現代化管理水平較低。

3 設計思路

結合灌區中心工作和業務需求，充分利用新一代信息技術，聚焦灌區調度、工程運行、智能灌溉、應急處置、便民服務等，實現灌區信息的遠程監測與工程的遠程調度；通過建立標準統一的灌區信息化應用支撐環境，整合各類有效地數據資源，構建“智慧灌溉一張圖”；通過研發灌區綜合監控、水費計收、綜合業務管理的應用系統，全方位多角度實現實時監控、動態監視、動態管理、決策分析、科學調度，切實提高灌區運行管理水平和生產效益，為服務農村發展、農業增產、農民增收提供有力的技術支撐。

3.1 智慧感知的灌區在線監測系統

在灌區取水口、分水口、渠道主要節點等位置布設監測點，利用水位計、流量計、壓力變送器、氣象監測站等物聯感知設備，實現對水位、流量、壓力、水質、氣象等數據的實時采集。

3.2 無人值守的灌區閘閥控制系統

在取水閘、檢修閥、泄水閥、調節閥等位置設遠程控制箱，通過對電氣設備現地控制柜數據進行采集，配置網絡交換設備，利用光纖網絡將現地采集數據傳輸至調度管理中心，實現閘閥運行狀態的監測及遠程控制。

圖1 灌區信息化總體框架

圖2 物聯感知在線監測結構圖

圖3 灌區閘閥監測與控制結構圖

3.3 直觀可視的灌區安全防護管控系統

利用視頻采集技術，通過在關鍵位置布設視頻監控點，實現對灌區運行情況的遠程可視化管理，便于管理人員直觀地了解現場情況，提升灌區安全防護水平。

3.4 安全穩定的灌區通信傳輸網絡

采用分級管理的通信網絡模式，以灌區管理中心為信息網絡中心，灌區分中心設網絡匯聚點，以取水口、分水口等為主要節點，實現信息的分級、分層管理、均衡負載，減輕通信鏈路負擔和設備配置開銷，合理配置服務器、交換機等網絡設備。

3.5 集中統一的灌區管理中心

建立集遠程監控、視頻會商、多功能會議于一體的綜合會商室；建立集數據存儲、環境支撐于一體的智慧化數據中心機房；建立集宣傳展示、水費征收、業務服務于一體的現代化服務大廳。

3.6 共用共享的灌區業務應用平臺

全面構建“智慧灌區一張圖”，建立符合灌區實際的綜合監管、量測水管理、工程運行管理等業務應用，全面提升領導決策、科學研判分析、服務公眾信息需求的支撐能力。灌區業務應用平臺主要包括以下六大系統：

1)灌區運行綜合監控系統

灌區監測與控制系統采用分級控制，分別在灌區管理中心與管理分中心建立監測控制系統。管理中心實現對整個灌區范圍數據的監測與控制；分中心系統主要完成對管理范圍的監測與控制，并充分考慮已建與待建信息化系統融合，預留訪問接口，最終實現覆蓋整個灌區的自動化監測與控制系統。

2)灌區量測水管理系統

量測水管理系統通過對水位、流量等數據進行分析，借助大規模深度算法，實時計算獲得管渠高精度流量信息，實現對監測點水量實時監測、渠道用水量查詢匯總，為灌區水資源科學合理調度、配置好農業、工業和生態用水，從而改善灌區經濟狀況提供有力的數據支撐。

3)灌區水費計收管理系統

建立一套支持刷卡、微信、支付寶、銀聯等多途徑繳費的水費計收管理軟件，提升灌區社會公眾服務能力。

4)灌區工程建設管理系統

對灌區已建水利工程設施的管理，包括溝渠相關的基本情況、渠道技術參數、渠道險工險段、排水溝道情況；此外還包括大壩、渠首、水閘、渡槽、涵洞等建筑物信息。通過將工程文檔、照片、圖紙、多媒體資料等與地理信息技術有機地融合在一起，實現對溝渠、建筑物等信息的快速查詢、維護，并能夠生成業務管理所需的統計圖表，從而提高灌區工程管理的標準化水平。

5)灌區辦公自動化系統

旨在改變傳統辦公模式，提高各級管理單位工作效率，系統應具備公文、會議、事項審批等基本功能，可根據灌區的實際需要，優先考慮購買相應成熟的商用軟件，從而實現傳統辦公向無紙化辦公、移動辦公的轉變，提升各級單位的管理水平。

6)灌區業務應用門戶

實現對灌區業務應用系統的集成統一，采用電腦端與移動端相結合的方式基于“灌區一張圖”，實現對灌區水情監測、生態監管、視頻監控、工程分布等的綜合展示，并能夠結合管理人員決策，更加準確地向其展示所關注的信息內容。

4 幾點思考

結合灌區實例，按照灌區現代化要求，以解決大多數灌區智慧管理為宗旨，信息化設計中應著重關注以下幾點：

(1)統一標準，立足頂層設計

近年來，在水利發展總基調的推動下，灌區續建配套與節水改造工程建設得到推進，灌區、泵站標準化規范化建設取得了一定效果。但部分灌區在信息化的建設過程中，缺少統籌全局的認識，往往為了短期效益“今天建一點，明天修一塊”，各系統相對獨立，運行維護不便，且存在重復投資、資源浪費等問題。

圖4 灌區通信傳輸網絡

灌區信息化要從當地特色出發，從灌區長遠發展的實際需要出發，統籌考慮灌區供水、用水、排水及水生態等各項業務工作，立足頂層設計，構建灌區江河渠溝水系、水利基礎設施體系、管理運行體系三位一體的網絡平臺，建設各層級、各專業和相關行業的大數據，構建標準統一的業務支撐、決策支持、公共服務的大系統，從而引領一段時期內灌區現代化發展。

(2)要充分挖掘已有資源，提高資源利用率

充分考慮灌區信息化已有的軟硬件資源與數據資源，充分運用云計算、大數據、物聯網、移動互聯、人工智能、5G、BIM、電子簽章、區塊鏈等技術，對資源進行整合，提升資源的管理水平與利用水平。

(3)積極推進與水利行業及其他部門的廣泛共享

灌區管理是水利業務的重要組成，對水資源開發利用、水資源調配、水利工程協調、農業發展具有不可忽視的作用。灌區業務往往與水資源、水利工程、農村水利、防洪等水利部門及環保、國土、氣象等其他部門緊密相關。

灌區信息化要本著節約投資的原則，充分利用其他部門已有的數據資源，必要時可通過建立網絡專線實現數據的共享交換。此外，建立灌區資源管理平臺，形成灌區資源服務目錄，能夠為其他部門提供所需的灌區業務資源，從而貫徹水利部“落實大數據共治共享任務”的要求。

(4)灌區信息化要以服務為核心，全面保障農業發展

灌區建設是農業發展的重要保障，新時期灌區信息化建設不應停留在管理方面建設，更要注重灌區服務水平的提升，田間灌溉要智能化、自動化和節約化，水費計收要安全、便捷化和人性化，使社會公眾真正體驗到灌區信息化帶來的便捷。

5 結語

按照水利部對灌區發展的要求，“十四五”期間將實施一批大型灌區續建配套與現代化改造項目，項目建設應注重“提能力、強監管”的信息化手段，從頂層設計、資源利用、業務共享、灌區服務等方面建立有效、可行的思路，全面支撐智慧灌區建設。