駟馬山灌區(qū)信息化建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀研究

余錫華

（安徽省駟馬山引江工程管理處，安徽 馬鞍山 238251）

安徽省駟馬山灌區(qū)因駟馬山引江工程得名[1]，是安徽省第二大灌區(qū)、安徽省最大的提水灌區(qū)[2]，涵蓋滁河上、中游和池河上游地區(qū)。灌區(qū)以提引長(zhǎng)江水為主，滁河上已經(jīng)建設(shè)的節(jié)制閘起到節(jié)制灌溉水位和攔蓄降雨徑流的作用。灌區(qū)規(guī)劃為五級(jí)提水，設(shè)計(jì)灌溉面積24.36 hm2，涉及皖蘇兩省市10個(gè)縣（市、區(qū)）。但灌區(qū)信息化整體技術(shù)水平比較落后，存在問題較多。文章對(duì)灌區(qū)的信息化現(xiàn)狀進(jìn)行研究，闡述其存在的問題，從需求、總體規(guī)劃、系統(tǒng)研究、架構(gòu)規(guī)劃、系統(tǒng)整合、調(diào)度優(yōu)化、路徑實(shí)施和方案運(yùn)行方面對(duì)灌區(qū)信息化建設(shè)提出建議。

1 駟馬山灌區(qū)信息化現(xiàn)狀

采用信息化的采集系統(tǒng)包括3個(gè)水文站的水文信息自動(dòng)采集系統(tǒng)；3個(gè)站所的水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位采集系統(tǒng)；11處水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)；78處測(cè)量水設(shè)施正在建設(shè)，暫未投入使用；烏江站、一、二、三、四級(jí)站自動(dòng)化控制系統(tǒng)均已建成；駟馬山各單位均完成視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)。信息化的應(yīng)用系統(tǒng)為水利部系統(tǒng)、水利廳系統(tǒng)、自有系統(tǒng)[3]。

2 駟馬山灌區(qū)水利信息化建設(shè)存在的問題

駟馬山灌區(qū)水利信息化建設(shè)起步早，投入不足，未建設(shè)統(tǒng)一的應(yīng)用系統(tǒng)為灌區(qū)工程及運(yùn)行管理提供支撐，只有骨干工程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制和少量的水文、視頻信息的采集。早期自動(dòng)化控制存在設(shè)備老化、功能不能完全穩(wěn)定使用的問題，在實(shí)際運(yùn)行中未啟用自動(dòng)化控制[4]。駟馬山灌區(qū)僅有3個(gè)水位（烏江閘、襄河口閘、晉集閘）、雨量信息采集點(diǎn)的站點(diǎn)布設(shè)少、密度低，滁河二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)站自建的水位站信息未接入管理處和省水文局網(wǎng)站，只能在站內(nèi)進(jìn)行信息查詢，并通過電話上報(bào)。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站由于缺少專業(yè)人員維護(hù)保養(yǎng)，設(shè)備時(shí)常出現(xiàn)故障，難以正常使用，多次維修未能解決，只能回歸到人工采樣送檢。量測(cè)水工程正在建設(shè)[5]，未投入使用，由于設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低，1/3量測(cè)水站點(diǎn)數(shù)據(jù)采用泵站效率曲線推流演算方法，測(cè)量結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)存在差異，精確度不夠。視頻監(jiān)控系統(tǒng)未建立統(tǒng)一的監(jiān)控平臺(tái)，且部分站點(diǎn)視頻建設(shè)比較早，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求已經(jīng)落伍，畫面不清晰，查看速度慢。烏江站、一級(jí)站、二級(jí)站控制系統(tǒng)部分功能需要人工干預(yù)配合才能夠使用，且襄河口閘控制系統(tǒng)存在系統(tǒng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致采集不到數(shù)據(jù)。

第一，規(guī)劃不全面。

駟馬山灌區(qū)信息化建設(shè)項(xiàng)目缺失頂層設(shè)計(jì)，未做到全局規(guī)劃、整體考慮；對(duì)灌區(qū)的信息化的結(jié)構(gòu)、功能、需求和層次等未進(jìn)行分類、統(tǒng)籌和整合；上級(jí)信息系統(tǒng)、本級(jí)系統(tǒng)和下屬單位系統(tǒng)之間未整合，無法進(jìn)行對(duì)接。

第二，信息采集的覆蓋范圍及內(nèi)容不全面。

灌區(qū)信息采集包括水情、雨情、工情、農(nóng)情、墑情等信息。但目前信息采集的范圍和要素不全面，與數(shù)字灌區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)和目標(biāo)相距較大。

第三，各系統(tǒng)分散，未能充分利用。

多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)均分散構(gòu)建，沒有形成體系和有效整合，不能充分發(fā)揮作用；信息化建設(shè)成果相互分割，無法實(shí)現(xiàn)信息資源的共用共享以及業(yè)務(wù)的相互協(xié)同。

第四，與數(shù)字孿生流域建設(shè)的要求差距較大。

駟馬山灌區(qū)在數(shù)字建設(shè)上與水利部已經(jīng)部署加快數(shù)字孿生流域建設(shè)存在較大差距，灌區(qū)業(yè)務(wù)網(wǎng)傳輸能力、存儲(chǔ)能力、業(yè)務(wù)應(yīng)用能力、業(yè)務(wù)綜合分析能力均不足，與現(xiàn)在技術(shù)發(fā)展不相稱。

第五，沒有充分利用新技術(shù)。

灌區(qū)涉及水文、雨情、工程運(yùn)行等信息系統(tǒng)，但系統(tǒng)和業(yè)務(wù)未能融合；對(duì)先進(jìn)科技成果不信任，對(duì)新的信息未進(jìn)行有效利用；水資源管理、水旱災(zāi)害防御和工程運(yùn)行等專業(yè)系統(tǒng)尚未開展，灌區(qū)信息化建設(shè)未形成協(xié)同的工作環(huán)境，應(yīng)用效果較差；大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)未能廣泛應(yīng)用。

3 灌區(qū)信息化建設(shè)的必要性

近年來，駟馬山灌區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)對(duì)灌區(qū)水資源支撐保障要求提高，灌區(qū)的功能定位也隨之發(fā)生了變化，供水從以農(nóng)業(yè)灌溉為主，發(fā)展到城鎮(zhèn)供水；生態(tài)供水和安全飲水由無到有且不斷增加；氣候異常，灌區(qū)水資源時(shí)空分布不均加劇，水資源供需矛盾日趨緊張，灌區(qū)供水保障能力亟待提高。將灌區(qū)管理調(diào)度由以人工、經(jīng)驗(yàn)為主轉(zhuǎn)型為數(shù)字化、智能化管理；從比較粗放的階段提升到智慧化的水平，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水資源的合理利用、優(yōu)化配置、精準(zhǔn)調(diào)度和節(jié)約保護(hù)。因此，建設(shè)數(shù)字灌區(qū)以提高灌區(qū)供水保障能力具有重要意義。

3.1 水利建設(shè)未來發(fā)展的方向和趨勢(shì)

隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、5G技術(shù)等的快速發(fā)展，新的技術(shù)在灌區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。從開始的人工采集、分析和處理評(píng)價(jià)分析到信息數(shù)字化和智能化，將高新技術(shù)和灌區(qū)業(yè)務(wù)深度融合，通過信息化建設(shè)，充分挖掘水利大數(shù)據(jù)，提升水旱災(zāi)害防御預(yù)判能力，綜合分析水資源分配效率，減少自然災(zāi)害的損失，全面提升灌區(qū)管理能力。

3.2 駟馬山灌區(qū)用水功能的改變

駟馬山灌區(qū)的功能是為了滿足農(nóng)業(yè)灌溉的需要，但隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，灌區(qū)功能發(fā)生了較大改變，供水從以農(nóng)業(yè)灌溉為主，發(fā)展到城鎮(zhèn)供水和自然生態(tài)補(bǔ)水，水資源需求量增加。依托科學(xué)的分析計(jì)算模型與人工智能技術(shù)綜合精確計(jì)算，實(shí)現(xiàn)精量灌溉，提升閘泵的自控水平，做到節(jié)水增效，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水資源的合理利用，灌區(qū)調(diào)度智能化。

3.3 夯實(shí)糧食安全是大型灌區(qū)的重要職責(zé)

保證糧食安全是大型灌區(qū)的基本職責(zé)，駟馬山灌區(qū)是安徽省重要的商品糧生產(chǎn)基地，灌區(qū)信息化建設(shè)可以實(shí)現(xiàn)灌區(qū)內(nèi)的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)，提升糧食產(chǎn)量。

4 灌區(qū)信息化建設(shè)的建議

4.1 依據(jù)問題導(dǎo)向，需求牽引，做好需求分析

從滿足灌區(qū)水資源調(diào)度、水旱災(zāi)害防御、工程管理、工程運(yùn)行、水質(zhì)保護(hù)、城鄉(xiāng)供水等管理業(yè)務(wù)需求出發(fā)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化、智慧化的管理。灌區(qū)水資源調(diào)度要按照“總量控制、定額配水、以供定需、水權(quán)到縣、縣界計(jì)量”的原則及時(shí)制訂精準(zhǔn)配置調(diào)度方案；水旱災(zāi)害防御要科學(xué)編制預(yù)案和應(yīng)對(duì)措施；工程管理要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、制度化；工程運(yùn)行要安全、穩(wěn)定、可靠；水質(zhì)保護(hù)要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、及時(shí)預(yù)警、有效應(yīng)對(duì)；城鄉(xiāng)供水要及時(shí)保障、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、精確計(jì)量。

服務(wù)對(duì)象需求分為上級(jí)機(jī)關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、處領(lǐng)導(dǎo)、機(jī)關(guān)科室工作人員、處直屬單位工作人員、基層站所工作人員、灌區(qū)用水戶、社會(huì)公眾等。關(guān)鍵業(yè)務(wù)需求主要有水旱災(zāi)害防御、水資源配置與調(diào)度、工程管理、水利工程建設(shè)管理、節(jié)水、泵閘遠(yuǎn)程控制等需求。信息采集需求包括水情監(jiān)測(cè)、流量監(jiān)測(cè)、雨情監(jiān)測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、工情監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控、土壤墑情監(jiān)測(cè)等信息。信息資源存儲(chǔ)與管理需求主要包括信息資源內(nèi)容分析、信息資源標(biāo)準(zhǔn)化分析、信息資源存儲(chǔ)、信息量估算、信息共享需求。運(yùn)行環(huán)境需求主要包括硬件環(huán)境、軟件環(huán)境和通信網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)性能需求包括總體系統(tǒng)和信息系統(tǒng)性能，總體體系性能包括基本性能、數(shù)據(jù)處理及共享交換和數(shù)據(jù)查詢。從物理安全、數(shù)據(jù)恢復(fù)、系統(tǒng)故障等技術(shù)方面增強(qiáng)防范能力，并且在管理方面能夠保障灌區(qū)信息系統(tǒng)的運(yùn)行安全。系統(tǒng)集成需求包括新建系統(tǒng)的集成、與自建系統(tǒng)的集成、與外部系統(tǒng)的集成。

4.2 高標(biāo)準(zhǔn)高規(guī)格進(jìn)行信息化規(guī)劃

（1）規(guī)劃原則。

站在全局的高度，科學(xué)確定目標(biāo)任務(wù)，統(tǒng)一安排，合理設(shè)計(jì)總體架構(gòu)，實(shí)行統(tǒng)籌安排，頂層設(shè)計(jì)。在統(tǒng)一規(guī)劃的架構(gòu)內(nèi)，區(qū)分輕重緩急，突出重點(diǎn)，急用先建，整體推進(jìn)。對(duì)已有的信息資源進(jìn)行有效整合，實(shí)行資源利用的最大化。采用成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，保證其可靠性、安全性、穩(wěn)定性，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可以適度超前，但不能落伍。信息化建設(shè)完成后，規(guī)劃前要設(shè)置合理的內(nèi)部管理機(jī)制及運(yùn)行管理措施，保證能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

（2）規(guī)劃總體目標(biāo)[6]。

2025年實(shí)現(xiàn)數(shù)字化貫穿灌區(qū)管理的全過程，管理處能夠總攬全局，協(xié)調(diào)各方，各項(xiàng)工程聯(lián)動(dòng)，高效運(yùn)行，打造現(xiàn)代化樣板灌區(qū)。

（3）規(guī)劃時(shí)間。

建設(shè)完成的時(shí)間為5年，如以2021年為基準(zhǔn)年，近期水平為2023年，遠(yuǎn)期水平為2025年。

（4）規(guī)范范圍。

駟馬山灌區(qū)主干渠、各個(gè)基層站所、閘泵站等有效灌溉范圍內(nèi)所涉及的區(qū)域均在本范圍內(nèi)。

4.3 開展系統(tǒng)功能研究

結(jié)合駟馬山灌區(qū)實(shí)際，研究數(shù)字灌區(qū)的內(nèi)涵和功能定位。堅(jiān)持問題導(dǎo)向，以需求為牽引，認(rèn)真分析灌區(qū)水資源調(diào)度、水旱災(zāi)害防御、工程管理運(yùn)行、水質(zhì)保護(hù)、城鄉(xiāng)供水等業(yè)務(wù)管理上存在的短板和弱項(xiàng)，特別是針對(duì)水資源管理調(diào)度數(shù)字化、智能化、智慧化的要求，提出數(shù)字灌區(qū)的系統(tǒng)功能。

4.4 規(guī)劃數(shù)字灌區(qū)系統(tǒng)構(gòu)架

以灌區(qū)智慧大腦為核心，灌區(qū)信息采集、控制、傳輸系統(tǒng)為基礎(chǔ)，管理應(yīng)用系統(tǒng)為重點(diǎn)，支撐服務(wù)系統(tǒng)為保障，在已建的灌區(qū)信息化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)集成、拓展延伸、分期建設(shè)，逐步完善灌區(qū)基礎(chǔ)信息采集體系、傳輸體系、智慧應(yīng)用體系、支撐保障體系、遠(yuǎn)程會(huì)商和決策支持體系，為灌區(qū)科學(xué)管理、水資源精準(zhǔn)調(diào)度提供支持[7]。

數(shù)字灌區(qū)系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)字灌區(qū)系統(tǒng)總體架構(gòu)

4.5 整合灌區(qū)現(xiàn)有信息化系統(tǒng)

將建設(shè)的灌區(qū)管理系統(tǒng)平臺(tái)、水資源調(diào)度中心、量測(cè)水設(shè)施等納入數(shù)字灌區(qū)，為灌區(qū)建設(shè)和管理提供信息化服務(wù)支撐。

4.6 優(yōu)化灌區(qū)水資源管理調(diào)度方案

統(tǒng)籌城市和農(nóng)村，統(tǒng)籌生活用水、生產(chǎn)用水、生態(tài)用水，統(tǒng)籌蓄、引、提、調(diào)四種水源調(diào)配。將天氣預(yù)測(cè)、作物需求、旱情監(jiān)測(cè)、水源調(diào)度納入數(shù)字灌區(qū)系統(tǒng)，根據(jù)形勢(shì)變化能夠及時(shí)做出動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度方案，全面提升灌區(qū)水資源管理調(diào)度水平和供水保障能力。

4.7 謀劃數(shù)字灌區(qū)實(shí)施路徑

將數(shù)字灌區(qū)建設(shè)與灌區(qū)續(xù)建配套、現(xiàn)代化改造有機(jī)結(jié)合，推進(jìn)其在灌區(qū)現(xiàn)代化改造進(jìn)程中成為灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)的重要推動(dòng)力量，按照數(shù)字灌區(qū)總體規(guī)劃和分年度建設(shè)方案組織建設(shè)實(shí)施。

4.8 設(shè)計(jì)數(shù)字灌區(qū)管理運(yùn)行方案

在灌區(qū)信息化現(xiàn)有管理能力的基礎(chǔ)上，根據(jù)數(shù)字灌區(qū)運(yùn)行維護(hù)的需要，提出與此相適應(yīng)的數(shù)字灌區(qū)管理運(yùn)行機(jī)制，按照水利信息化的有關(guān)規(guī)定，預(yù)算灌區(qū)管理的專業(yè)管理人員的人數(shù)以及年度管護(hù)經(jīng)費(fèi)，提出人員編制和管理經(jīng)費(fèi)問題的解決方案。

5 結(jié)語

灌區(qū)信息化的建設(shè)發(fā)展是提升灌區(qū)管理水平和提高灌溉效益的有效手段之一。駟馬山灌區(qū)信息化建設(shè)工程較為復(fù)雜，綜合性強(qiáng)、建設(shè)難度大，不確定性因素較多。在建設(shè)前期把風(fēng)險(xiǎn)因素考慮周全，做好統(tǒng)籌規(guī)劃、頂層設(shè)計(jì)工作，落實(shí)方案措施，可以為駟馬山灌區(qū)信息化建設(shè)提供有力的支撐，提升駟馬山灌區(qū)整體信息化水平。