服务于水权转让的灌区信息化系统研究——以鄂尔多斯市南岸灌区为例

□彭彦铭 □程 冀 □廖晓芳（黄河勘测规划设计有限公司）

1 水权转让工作的意义

随着西部大开发和国民经济可持续发展战略的不断深入，在黄河流域内工矿企业的迅速发展，各行业用水量剧增，黄河水资源短缺问题日趋严重，工农业用水供需矛盾日趋尖锐，严重制约了地方经济的发展，迫切需要采取相应的节水措施，高效利用有限的水资源。

黄河作为西北、华北地区的重要水源，近年来随着流域内各省区经济社会的快速发展，水资源供需矛盾日益突出。加之由于历史和现实的原因，造成黄河用水结构不合理、节水灌溉资金短缺，节水工作发展滞后，农业用水存在浪费现象，而同时沿黄部分省区新上项目拿不到取水许可指标，工业发展后续水源不足。为了适应地区经济社会的快速发展，促进节水型社会的建设，在不改变流域总体配水方案的基础上，黄河水利委员会在经济高速发展的西北地区进行了工农业水权转让试点建设。通过水权转让，利用市场手段优化配置黄河水资源，为沿黄各省区提供高效利用黄河水资源的可借鉴经验，使有限的黄河水资源发挥最大效益，为黄河流域全面建设小康社会提供资源支撑。

通过水权转让可以对引黄灌区进行以节水为中心的高效节水技术装备和改造配套建设，提升灌区的灌溉水平和农业生产水平，用现代物质条件装备农业、改变农业生产传统、落后状态，实现传统农业向现代农业的根本转变，促进引黄灌区农村农业向集约化、现代化发展；通过水权转让还可以解决新建重点工业项目的供水缺口，使农业用水向工业用水有偿转换的同时解决灌区改造建设的投资问题，实现水资源的优化配置。

2 鄂尔多斯市南岸灌区进行信息化系统建设的必要性

鄂尔多斯市南岸灌区地处荒漠草原和荒漠过渡带，属于“没有灌溉就没有农业”的干旱地区，目前引黄灌溉面积共计94.30万亩。根据国务院“87”分水方案和内蒙古自治区政府对各盟市的初始水权明晰，鄂尔多斯市分得黄河耗水量7.00×108m3，其中，南岸灌区6.20×108m3，占全市分配水量的88.60%。鄂尔多斯市是内蒙古自治区资源富集地区，近年来，工业化、城镇化迅猛推进，一大批煤电、煤化工项目纷纷落户鄂尔多斯市，水资源问题成为制约这些项目开发建设的瓶颈。为了合理调整工农业用水结构、促进工农业协调发展，按照黄河水利委员会部署，从2005年开始，内蒙古自治区首先在鄂尔多斯市南岸灌区开展了水权转让试点一期工程建设，即由用水企业出资对灌区进行节水改造，提高黄河水的利用率，将该灌区节约下的用水指标置换到工业项目上，在确保灌溉用水和初始水权的前提下，解决新上马企业的用水问题。这是黄河水利委员会在开展水权转让工作的一次重大尝试，因此，该灌区水权转让工作的实施效果关系到黄河流域水权转让工作的进行，所以，通过信息化系统建设，将鄂尔多斯市南岸灌区的相关用水情况进行收集分析进行评价，是黄河流域水权转让工作的技术支撑，同时南岸灌区作为上游重要的用水单位，对其进行用水管理也是黄河水量统一调度的客观需要。因此，鄂尔多斯市南岸灌区信息化系统建设在功能上不仅要满足灌区自身管理需要，要满足鄂尔多斯市水利信息化建设需要，更要满足黄河水利委员会水权转让工作评价和全河水量统一调度工作的需要。

因此，需要建立一个以信息采集系统为基础，以高速安全可靠的计算机网络为传输媒介，以3S技术、数据库技术和决策支持系统为核心的现代化灌区管理系统，为灌区水资源的优化配置、高效利用、水权转让、黄河水量统一调度服务，实现对灌区信息采集的自动化、信息管理的规范化、决策的智能化，大大提高信息采集和加工的准确性以及传输的时效性，做出及时、准确的反馈和预测，为各级灌区管理部门提供先进的管理手段和科学的决策支持，全面提升鄂尔多斯市南岸灌区管理水平，为水权转让工程后评估、黄河水量统一调度提供南岸灌区用水等基础数据的支持。

通过系统建设，实现对南岸灌区南干渠进水闸、沿黄抽水泵站、机构管辖的各级渠道配水口、退水口、排水站等水量的实时监测（控），使各级灌区管理机构掌握灌区实际用水情况；实现对灌区范围降水、蒸发等气象和土壤墒情、地下水水位的自动监测，为灌区配水提供基础数据支持；实现各级管理机构间信息安全、稳定的传输；实现对灌区管理业务数据、采集数据、工程数据、灌区基础数据等科学的存储和有效的管理；为灌区管理人员提供一套方便、科学的需水计划制订和配水方案、实时调度方案编制工具，并对水量统计、水费计算和收取等灌区日常业务实现流程化、标准化管理。

3 服务于水权转让工作的鄂尔多斯市南岸灌区信息化系统

3.1 系统总体结构

一般地，灌区信息化系统包括采集、传输、处理、存储、应用、决策支持等环节，还要涉及到一些基础设施的建立，如采集设备、管理中心环境的建立等。结合灌区管理特点，不同级别的业务处理逻辑以及数据访问逻辑等有可复用共享的部分，可以考虑设计建设通用的业务处理服务和信息交换服务等，避免重复建设。

鄂尔多斯市南岸灌区信息化系统主要由基础设施、应用服务、基于GIS灌区管理及决策支持系统以及系统运行实体环境等几部分组成，同时，系统的设计、建设都要以国家、行业现行标准规范作依据和约束。系统总体框架详见图1。

图1 鄂尔多斯市南岸灌区信息化系统总体框架图

基础设施主要包括信息采集与监控、信息传输、数据存储与管理等系统。信息采集与监控利用先进的信息自动采集和远程自动化控制技术实现对引（退、排）水、用水、气象、土壤墒情、地下水等信息的自动化采集以及对关键闸站的远程自动化控制，为鄂尔多斯南岸灌区管理和决策提供各种必要的基础信息采集和控制手段；信息传输利用成熟的有线或无线传输技术和计算机网络技术实现灌区管理各种信息的安全传递；数据存储与管理利用数据库技术和相应的存储设备实现对灌区基础数据、专业数据科学、有效的存储与管理。

应用服务是系统的中间逻辑层，为上层的应用系统提供各种可复用的方法和工具，主要包括信息共享服务、空间信息服务、业务处理服务、用户管理与认证服务等。

基于GIS灌区管理及决策支持系统是整个系统的应用系统部分，直接面向用户，根据用户管理级别，结合所需信息和管理职能，针对各级管理机构设计个性化的应用管理与用水决策系统，将灌区管理工作流程标准化、程序化，为灌区的各级调度管理提供相应的技术支持。

系统运行实体环境主要指鄂尔多斯市南岸灌区各级管理中心环境，按照灌区管理组织机构，针对管理范围和职能，为各级管理机构设计相应监测（控）、监督和管理的设施设备，为系统的正常运行提供良好的硬件环境。

标准、规范主要指系统设计和建设所需遵循的国家、行业颁布的现行技术标准和规范要求等，以及在建设、运行过程中需要制订的技术标准、规范等。要在系统设计开发和运行维护各个阶段，严格按照有关标准进行，保证工程建设和运行规范化和标准化。

考虑以上各组成技术特点的不同，将南岸灌区信息化系统划分为信息采集与监控系统、信息传输系统、数据存储与管理系统、应用服务层、基于GIS灌区管理与决策支持系统、管理中心环境等。信息采集与监控系统根据采集信息的不同划分为水量信息采集与闸站监控系统、气象信息采集系统、墒情信息采集系统、地下水信息采集系统，其中水量信息采集与闸站监控系统包括对引水信息、退水信息、排水信息、配水信息等采集以及闸门的远程自动化监控；信息传输系统划分为通信系统和计算机网络系统；数据存储与管理系统划分为数据库和数据存储平台；应用服务层划分为数据访问与数据交换服务、灌区业务应用服务、GIS服务、用户管理与认证服务等；基于GIS灌区管理与决策支持系统根据灌区业务管理划分为灌区综合监视、灌区信息管理、灌区业务处理、配水方案编制、灌区水费管理、远程监控等子系统；管理中心环境按照管理级别划分为灌域级管理子中心、南干渠管理局中心、旗（县）级管理分中心和市级管理中心。系统总体结构如图2所示。

图2 系统总体结构图

信息采集系统利用不同的传感器采集各类信息，并将采集到的信息利用通信和计算机网络传输到相应的管理机构，这些信息在各管理机构经过整理或直接存储入存储设备中相应的数据库中；基于GIS管理及决策支持系统通过应用服务层的数据服务读取和业务管理相关的数据，利用应用服务或直接对数据进行处理，并将处理结果利用应用系统输出界面提交给用户；对于灌区配水业务，则由用户利用数据服务读取数据库中相关的数据，提交相应的灌区管理应用系统编制相应的计划、方案，存储在相应级别管理机构的数据存储系统中，并利用通信和计算机网络实现计划和方案在上、下级机构间的传递；对于闸门的远程监控，则由应用系统根据配水和实时调度方案，计算出相应的调度指令，通过通信和计算机网络将指令直接发送到被控闸站现地，对闸门实施远程控制，同时，闸门现地监控站可以将实时监测的流量信息和闸站各部分运行情况等传送至各级管理机构，以便各级管理机构在远程实时掌握引水过程和工程运行状况。

3.2 服务于水权转让工作信息化系统的特殊设计

为了能够满足全河水量统一调度需求，检验水权转让一期实践效果，为水权转让二期的实施提供切实有效的保障，本系统有针对性的进行了功能研究和设计工作，主要包括以下两个方面：

3.2.1 系统对涉及水权转让工作的数据进行专门采集、传输和存储

对与黄河有直接水量交换的口门进行重点监控，包括对南岸灌区直接从黄河引水的口门和泵站（南干渠引水闸和扬水灌域的8处扬水泵站）以及退水进入黄河的站点（6处退水口和11处排水站）的流量进行自动化采集。并采用先进的同步转发模式将原始数据和经地方整理后的信息传送至黄委会水量调度中心以备校验。

3.2.2 与相关系统进行结合

位于黄河水利委员会的黄河水量总调度中心（以下简称“黄河水调中心”）是全河水量统一调度的指挥中心，安装运行了黄河水量调度系统。本系统设计将与水权转让工作和全河水量统一调度工作相关的数据统一汇入黄河水量调度系统。

为了能够接收黄河工程管理局和南岸灌区管理局传送的监测信息，在黄河水调中心配置了一台具有公网IP的接收服务器，实现对南岸灌区远端监测信息的接收。通过南岸灌区信息化系统的建设，在水量调度数据库相关数据表中添加相应的字段来实现南岸灌区相关数据的接收存储，并开发相应的数据存储接口，将黄河工程管理局和南干局上报的监测信息导入数据表，实现监测数据的存储。原黄河水量调度综合平台中未包含南干渠进水闸和六个退水口节点，没有相应界面显示其相应信息，借助南岸灌区信息化系统的建设，将对黄河水量调度综合平台进行升级，增加相应菜单或按钮，设置触发程序，并开发或修改相应用户界面，实现对南岸灌区相关引退水信息的查询。

4 鄂尔多斯市南岸灌区信息化系统建设的重要作用

鄂尔多斯市南岸灌区信息化系统的建设实施将实现灌区用水管理的自动化、规范化、科学化，不仅能够大大降低灌区管理难度和管理费用，在保证灌区正常农业生产的前提下有效减少灌溉用水量，通过科学、高效、规范的灌区管理有效保证水权转让实体工程的节水效益，为水权转让工作进一步开展及后评价奠定坚实基础，同时也为黄河水量统一调度提供了相关的数据支撑和技术实现，为减少水事纠纷，增进社会和谐做出贡献。

[1]陈永奇黄河水权制度建设与黄河水权转让实践[J].中国农村水利水电.2014(01).

[2]黄跃进,杨军.基于GIS技术的节水灌溉区划研究[J].中国农村水利水电.1999(12).

[3]彭彦铭.中部省份灌区节水信息系统研究[J].河南水利与南水北调.2010(11).