水利信息化技術在農(nóng)業(yè)灌溉用水中的應用

王麗萍

寧夏唐徠渠管理處 寧夏 銀川 750002

隨著科技的發(fā)展，大量先進的水利信息化技術被引入到了灌溉系統(tǒng)中。在進行農(nóng)業(yè)灌溉工作的管理中，堅持節(jié)約用水，解放勞動力，力爭提高水利用率，創(chuàng)造出最好的灌溉效果。在進行農(nóng)業(yè)灌溉工作的時候，水利信息化技術最大的優(yōu)勢就是可以讓灌溉工作更加的智能化和規(guī)范化。

1 灌溉用水信息化體系概述

水利信息化技術是運用集成控制、測量自控、網(wǎng)絡信息、人工智能等多種科技的集成發(fā)展與運用，最后能夠成為一種完善的自動化監(jiān)測、管理和控制體系，為灌溉工程的管理提供更加便捷的途徑。從整體上講，灌溉管理的信息化包括很多方面。節(jié)約用水是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個重要方向，給管理人員帶來了新的課題。為了保證實現(xiàn)節(jié)約用水，管理人員必須對灌溉系統(tǒng)中的各類水資源進行充分的綜合運用，并借助水利信息化的手段，對其進行分析、調(diào)配等[1]。我國在灌溉用水領域的信息化已經(jīng)積累了一些經(jīng)驗與成就，具體包括：第一，數(shù)據(jù)收集。主要是指測量河道和渠道水位，收集農(nóng)田土壤濕度，采集降雨量、供水量等數(shù)據(jù)。第二，泵站與閘門控制。作為灌區(qū)取、分水的控制性建筑物，其對灌區(qū)水資源的調(diào)控具有十分重要的作用。采用水利信息化技術，構(gòu)建出了一套無人值守的調(diào)度系統(tǒng)。第三，水量調(diào)度管理應用系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要完成供水量的計量與模擬、水量調(diào)配以及輔助決策等功能。第四，基礎信息平臺，如計算機網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫。通過對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中存在的問題進行分析，可以得出一些有針對性的結(jié)論，并提出了相應的改進措施。

2 水利信息化技術在農(nóng)業(yè)灌溉用水中的作用

2.1 提高灌溉用水監(jiān)測精準化

目前制約我國農(nóng)業(yè)灌溉用水測精準化的一個主要因素是許多農(nóng)業(yè)灌區(qū)在進行灌溉管理時采用的是一種簡單粗放的模式，缺少先進技術來進行管理[2]。另外，目前大多數(shù)的農(nóng)業(yè)灌溉地區(qū)都缺少精準的計量設施，在實施整體管理時，沒有建立健全的管理體制，從而造成了管理方式的粗放。更主要的是，在目前農(nóng)業(yè)灌溉工作中，許多水利信息化技術還沒有得到有效的推廣和利用，使得計量工作的準確性不能得到保障。灌區(qū)是我國水利領域的重要構(gòu)成，其線長、點多、面大，加之地區(qū)氣候條件的差別，使我國南北方地區(qū)的灌溉工程存在著顯著的差異。比如，南方地區(qū)降水強度大，洪澇災害復雜，而北方地區(qū)則是典型的少雨。為了保證灌溉系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，需要對各類水利設施進行定期的管理與維修，以往的管理手段主要是通過人工監(jiān)控與維修來實現(xiàn)的。在信息化進程不斷加快的今天，推行水利信息化技術，使信息化、自動化監(jiān)控成為可能。通過應用水利信息化技術，可以為灌溉管理人員提供全面、準確的數(shù)據(jù)信息、分析結(jié)果以及技術支撐，從而突破傳統(tǒng)管理和監(jiān)測技術的局限性，并給出有效的對策。比如，在大雨或洪災到來之前，該信息化裝置會對天氣、雨量、流量等相關數(shù)據(jù)進行采集，并加以分析，給管理人員提出預警信號及決策基礎，以此來制定預防措施，指導灌溉工程的防洪減災工作[3]。

2.2 減少農(nóng)業(yè)灌溉用水浪費

我國目前以地面灌溉為主的用水方式已向節(jié)約用水轉(zhuǎn)變，隨著灌溉模式的變化，我國的信息技術也得到了快速發(fā)展。在實行水利信息化技術之后，利用信息化的管理設備和技術，實現(xiàn)了遠程農(nóng)業(yè)灌溉，這不但能適應農(nóng)田灌溉的需要，還能達到節(jié)約用水的目的，解放了大批的人力，使灌溉更為精確。水利信息化技術是信息時代的科技產(chǎn)物，它具有多樣性，通過對水利信息化技術的靈活運用，能夠?qū)ο嚓P的信息進行采集和處理。并產(chǎn)生最優(yōu)的調(diào)配計劃，從而達到了水資源配置更為科學、農(nóng)業(yè)灌溉更為均衡、綜合灌溉利用的目的，從而避免了不完全或是過量灌溉等現(xiàn)象，極大地提高了灌區(qū)的節(jié)水效益，達到了節(jié)約用水的目的[4]。

2.3 有助于培養(yǎng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者節(jié)水意識

水利信息化技術有助于培養(yǎng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者節(jié)水意識。隨著水利信息化技術的不斷發(fā)展，我國的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程中出現(xiàn)了一種全新的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營方式，它改變了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的手工作業(yè)方式，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效益。在灌區(qū)的經(jīng)營方式和理念上，采用基于計算機通信技術、網(wǎng)絡技術和控制技術等手段，實現(xiàn)了對灌溉工作進行即時采集、優(yōu)化調(diào)度和實時監(jiān)測的目的。在保證用水需求的情況下，通過公開管理的方式，可以降低因灌水而引起的各類爭端與矛盾，體現(xiàn)收入平衡、消費透明、計量準確等特征[5]。另外，水利信息化技術的相關功能模塊對供水調(diào)度等各個環(huán)節(jié)進行了全方位地控制，提高了用水的整體利用率，實現(xiàn)了水資源的合理配置和有效利用。

2.4 降低農(nóng)業(yè)灌溉用水成本

在實施農(nóng)業(yè)灌溉用水精準計量工作時，過去的科技不夠發(fā)達，也沒有專門的計量用水設施，大多還采用傳統(tǒng)的測量水設施，因此會出現(xiàn)計量不準的問題。而在灌溉系統(tǒng)中應用水利信息化技術，可以建立測控一體化的自動化監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡監(jiān)控平臺。在這個過程中，既可以自動進行水量的調(diào)控，也可以進行水量自動計量監(jiān)測，而且灌溉系統(tǒng)中的所有資料都能夠被統(tǒng)一地儲存起來，并且能夠進行即時分享。這樣就可以讓整個灌溉系統(tǒng)的運行更加方便，還能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)的運行費用進行有效地控制，降低了農(nóng)業(yè)灌溉用水的成本[6]。雖然現(xiàn)在部分灌區(qū)也安裝了測控一體化的計量設施，但是還沒有得到廣泛推廣。特別是水權(quán)改革以來，量測水工作將成為今后灌溉管理的中心工作，量測水的精度和準確性直接關系到灌溉管理的成效。一方面，通過加強設施建設，提升計量水設施智能化，加強對測量水基礎數(shù)據(jù)的核算、統(tǒng)計，使之更加精準化。特別是支斗渠測量水設施的改造，可以積極引導地方政府參與投資，加快基礎設施的改造速度。另一方面，要加強對量測水準確性的督查。數(shù)據(jù)的準確性可以委托第三方進行監(jiān)測，以此保證數(shù)據(jù)的真實有效。

3 水利信息化技術類型

3.1 視頻監(jiān)控技術

視頻監(jiān)控技術，是利用影像裝置來獲取影像資料，并利用實時通訊技術傳送這些資料到管理平臺，給管理人員提供視覺影像，由管理人員對資料進行整理分析后，再經(jīng)由視頻監(jiān)控系統(tǒng)向灌區(qū)發(fā)出遠程指令，達到遠程觀察、判定和指揮的目的[7]。它可以降低管理人員的日常工作壓力，并在遇到異常狀況時，及時通知主管人員采取措施。

3.2 水情監(jiān)測技術

灌區(qū)節(jié)水灌溉工程中的水情監(jiān)控技術是一種將實時通訊技術和數(shù)字網(wǎng)絡技術相結(jié)合的水利信息監(jiān)控技術。利用互聯(lián)網(wǎng)技術等先進的信息處理手段，實現(xiàn)了對灌溉區(qū)域水情的實時監(jiān)控。該技術的運用，有助于管理人員對水位、水量的變化狀況進行實時、準確地了解，收集的有關數(shù)據(jù)進行分析，據(jù)此對供水時間和水量進行調(diào)配，保證農(nóng)業(yè)灌溉的需要。對灌區(qū)上游的河道水情狀況進行監(jiān)控，可以對超標洪水、特殊天氣等特殊狀況，預先發(fā)出警告，讓管理人員做好相應的應對預案和應對措施[8]。

3.3 氣象監(jiān)測技術

將氣象監(jiān)測技術運用于農(nóng)業(yè)灌溉，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理工作的順利進行，具有重要的理論和現(xiàn)實意義。在地區(qū)建立的氣象站、雨量站和墑情站，可以對該區(qū)域范圍內(nèi)的氣壓、雨量、風速、風向、太陽總輻射量和土壤墑情等進行實時監(jiān)測，為灌溉管理人員制定灌溉方案提供依據(jù)，并為防汛抗旱工作提前進行預警。

4 水利信息化技術在農(nóng)業(yè)灌溉用水中的應用

4.1 在基礎設施中的應用

水利信息化系統(tǒng)建設的主要內(nèi)容包括：第一，基礎設施建設。水利信息化技術的發(fā)展必須以完善的水利基礎設施為前提。如果水利設施不配套，水資源利用率不高，管理不到位，那么應用水利信息技術將是無法實現(xiàn)的目標。在此基礎上，還要進行渠道防滲，渠系建筑物配套和高效節(jié)水項目，為實現(xiàn)水利信息化奠定基礎。隨著我國高標準農(nóng)業(yè)工程的實施，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)逐步從傳統(tǒng)的地面灌溉向高效節(jié)水灌溉改變，在土地平整和滴灌工程的實施下，將田間溝渠改成了管道，并可以用閥門進行調(diào)節(jié)，為我國水利信息化的發(fā)展奠定了堅實的基礎。采用自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對滴灌首部內(nèi)部的水泵、過濾器和閥門的自動控制。在預先設定的過程中，農(nóng)田的閥門會按順序自動打開和關閉，并在預定的時間內(nèi)進行灌溉，這樣既能達到精準的灌溉效果，又能實現(xiàn)均衡灌溉，使水資源得到最大程度的利用。通過對流量的監(jiān)控，可以實現(xiàn)各個系統(tǒng)的實時流量和總流量的實時數(shù)據(jù)傳輸，為水費收繳定了基礎。

4.2 在閘門與泵站中的應用

在閘門與泵站的水利信息技術的應用中，注重的是自動化和智能化技術的應用，通過這一技術對閘門、泵站的開度進行靈活的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對水流的有效調(diào)控，建立了無人值守的控制模式。工程實施中，需要將液位變送器、閘門遙測終端等設備裝到閘門上，利用液位變送器對其進行實時監(jiān)測，對其進行實時的流量分析。控制終端按照供水要求來調(diào)整閘門的開啟程度。為了保證整個灌溉系統(tǒng)的信息化建設，需要科學地配置各種設備和設施。為了充分發(fā)揮其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要作用，必須充分考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中所涉及到的各種信息設施與科技的發(fā)展動態(tài)與特征，對其進行深度的研究與應用。一個完備的自動化系統(tǒng)應該包括用水信息采集和用水決策兩個子系統(tǒng)，兩者之間的協(xié)同與協(xié)作，才能對灌溉用水進行科學的配置，實現(xiàn)灌溉用水的自動化管理，高效決策。要進一步提高水利信息系統(tǒng)的性能，必須重視如下幾個方面：第一，要進行動態(tài)管理。灌區(qū)的灌溉是一個不斷發(fā)生著動態(tài)變化的過程，在建立了信息化的管理體系之后，可以對灌區(qū)中的各類信息與數(shù)據(jù)進行動態(tài)的測量與控制，從而制定出最優(yōu)的灌溉計劃。第二，進行灌溉用水信息的采集與統(tǒng)計。它涵蓋了天氣、雨量、防洪和防災等各個方面。水利信息化技術的普及，也讓整個灌溉各個方面的工作都能夠得到協(xié)調(diào)和統(tǒng)一的調(diào)度。通過對灌區(qū)水量、水位等信息的綜合集成，并對互聯(lián)網(wǎng)資源等的直接使用，可以對新的灌溉技術進行持續(xù)推廣。推廣新的觀念、技術和裝備，保證了水利系統(tǒng)的整體創(chuàng)新發(fā)展，保證水資源的科學配置。第三，實行渠系量水、動態(tài)配水、水量征收自動化。利用計算機網(wǎng)絡等多種科技手段，可以對氣象、土壤、作物生長等方面進行嚴密地監(jiān)測，并根據(jù)區(qū)域內(nèi)作物生長的需要，進行相應的蓄水、輸送和分配，并進行動態(tài)分配和收費。第四，對水利設施進行適應性分析。灌區(qū)的環(huán)境條件普遍比較復雜，溫度、環(huán)境等因素經(jīng)常會對灌區(qū)的水利信息化設備的正常運行造成一定的干擾，因此對于自動化設備和設施的要求非常高。為了保證灌區(qū)的水利信息化設備能夠安全、有效地工作，在進行各項工程的設計時，都要結(jié)合灌區(qū)的氣候條件和環(huán)境特點。在遇到冰雹、驚雷、高溫、嚴寒等極端天氣的時候，應該采取一些有效的保護措施。在灌溉系統(tǒng)中配置的各類信息技術和設備，都要保持簡潔、實用和可推廣性，并且需要能夠很好地抵抗嚴酷的氣候條件。

4.3 在灌區(qū)的綜合應用

我國的灌區(qū)管理是一個比較復雜的過程，要想實現(xiàn)對灌區(qū)的有效管理，就必須要對灌區(qū)的灌溉工程進行全面細致的把握。要實現(xiàn)對灌區(qū)灌溉工程的全面把握，必須要通過水利信息化技術，對灌區(qū)灌溉系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，以便及時掌握灌溉工程運行情況。灌區(qū)中的灌溉系統(tǒng)主要由渠系建筑物、配水工程、提水工程和田間灌排工程等部分組成。這些部分都是由不同的建筑物來實現(xiàn)功能上的互補，并將整個系統(tǒng)有機地結(jié)合在一起。而在灌溉過程中，需要使用不同類型的渠系建筑物來完成灌溉任務。在運用水利信息化技術的過程中，要根據(jù)灌溉工程本身的特殊特征，對渠道水位、雨量觀測、用戶用水信息等方面的數(shù)據(jù)進行采集，并利用相應的軟件平臺，實時收集、整理和分析灌溉系統(tǒng)的運行情況，以便給管理人員提供一些參考。農(nóng)業(yè)灌水的終極目的就是要實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)用水的有效配置。要想對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的水資源進行有效配置，就必須對其進行動態(tài)把握，保證對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中所需要的信息進行全面、完整的把握。若完全依靠傳統(tǒng)的人工方式進行數(shù)據(jù)采集，不但不能保證數(shù)據(jù)的完整性，而且還會造成數(shù)據(jù)獲取耗時過久，從而影響了后續(xù)的決策。在水利信息化技術中，由于其分享水平比較高，因此能夠很好地實現(xiàn)灌區(qū)用水的信息化，從而使灌區(qū)用水決策更加科學。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著信息化技術的不斷發(fā)展與應用，我國各個行業(yè)都將面臨著新的發(fā)展機遇。就水利事業(yè)來說，水利信息化技術還處在初級發(fā)展時期，各個地區(qū)都要在工作中，不斷地研究和利用水利信息化技術，突破原有的工作觀念和技術、方法等方面的局限性，建立一個新的灌溉系統(tǒng)，提高整個系統(tǒng)的管理能力，實現(xiàn)水資源的節(jié)約和合理配置。