水利信息化技术在灌区节水灌溉工程中的应用分析

武 建，金帮琳，张小青，于淼淼

(山东水利勘测设计院，山东 济南 250013)

1 概述

水利部部长陈雷同志在2012年“学习贯彻党的十八大精神，加快推进水利改革发展”党组中心组(扩大)学习班上的动员讲话中着重提到了“紧紧围绕‘四化同步发展’，加快利用信息技术对水利行业进行改造提升，推动信息化与水利规划、勘测、设计、建设、管理、预报、监测等各个环节的深度融合，以水利信息化带动水利现代化”。可以看出水利现代化的核心内容——水利信息化的全面推广和应用应已提到紧要日程。

2 水利信息化在灌区节水灌溉中的作用

2.1 提供准确的数据信息和技术支持

灌区工程的主要特点集中体现在线长、点多、面广，而且南北方灌区存在差异，南方灌区具有暴雨雨量超常，洪水组合恶劣的特点;而北方灌区则有暴雨突发性强、区域性明显的特点。目前，很多灌区依然无法摆脱传统的人工监测、电话信息传送等相对落后的手段，在数据传递及时性、准确性上均无法达到现代化的要求;而灌区信息化系统的建设奖有效解决上述短板，特别是在发生特大暴雨、洪涝等自然灾害中，灌区信息化管理系统的重要性将更为突出。要落实水资源优化配置方案离不开先进的水利信息化技术的支撑与引导。在当前水资源优化配置、高效利用的现代水利建设中依据国家和地区跨越式发展的总体部署，以政策研究、制度创新、机制灵活为保障建设灌区信息化管理系统，及时准确地掌握水情、工情，提高设备运行的安全可靠性，为灌区工程防讯抗旱及指挥调度提供准确的数据信息和有力的技术支撑与保障。

2.2 提高灌溉效率，节约水资源

水利信息化技术在灌区节水灌溉工作的有效实施，将极大程度上提升机组优化程度，提高装置工作效率，优化灌区水资源调度，提高用水、配水效率，有效做到级间流量的配合，减少了溢流弃水，降低亩次灌溉用水量，提高灌溉水利用系数;此外，信息化系统的运用，不仅可以确保直观、有效观测水位的准确度，同时对农田尾灌区的需水要求予以满足，最终达到均衡收益，促进了灌区水资源综合利用率的提高，达到节约水资源的目的。

2.3 提高管理水平，转变工作理念，增强节水意识

水利信息化技术在灌区的实现，可加大管理力度，增强管理水平，提高管理效率，主要表现在三个方面:

(1)灌区节水灌溉信息化系统采用计算机通信技术、网络技术和控制技术，具有即时采集、优化调度和实时监控等先进实用手段，保障水情的及时反应和配水的科学合理，改善了供水相应能力，实现了水量量化管理的水资源的优化配置，从而使用水户灌溉工作适时适量，受益均衡，消费透明，计量准确;同时，将管理“公开化”，实现了对用水户灌溉的流量公开、水价公开、开停时间公开、服务制度公开等，既便于监督又能提高群众用水积极性，减少了不必要的水事纠纷。

(2)采用灌区节水灌溉信息化系统，从水量分配和调度方面严把精细关，杜绝因管理细节的缺失造成废水、弃水，从而提高用水效率。

(3)局域网作为信息化的平台已经得到普及，可以为灌区工作人员提供学习和应用新技术的平台，提升工作效率、改变工作理念、对新技术的研发和应用提供基础。

另外，灌区信息化可以使灌区管理流程更加科学、高效;使计量工作和核算工作精细化、智能化，增强用水户对水量计算的信任度和群众的节水意识，为水费征收提高效率。

2.4 降低灌区的运行成本

灌区自动检测系统、网络监控平台的建立与健全可促成数据信息的统一存储及实时共享，节省办公支出;同时，减少运行管理人员投入，提高人力资源集成度。从而达到降低了灌区运行成本的目的。

2.5 改进工作方法，注重工作效率的提高

灌区节水灌溉信息化系统的应用，促成了计划用水、合同供水、合理收费的良好局面。基层各单位可根据实际情况为供水方案的修改做到及时响应，切实做到节约用水、杜绝浪费，从而让灌区得到均衡受益。另外，由于工作方法的改进，调度人员可以及时了解到有价值的水情、雨情等数据，依靠自动化技术实现远程操控闸门，提高工作效率的同时可大大降低劳动强度和工作压力。

3 灌溉节水信息化系统的主要建设内容

节水灌溉，科学用水是以正确的灌溉用水信息为依据，因此，灌溉用水的信息化管理就是利用先进的水利信息化技术，实现灌区管理上的自动化，其核心为节水灌溉的有效实施，其主要建设内容包括四部分:

(1)数据采集。主要建成以河、渠水位测量，田间墒情采集、雨水利用及雨量观测，计量供水为主的信息采集系统。

(2)泵站、闸门控制。对重要部门的重要部位实现有人值守的计算机远程控制及无人值守的自动化控制。

(3)水量调度管理等应用系统。包括灌区需配水计算及模拟、水量调度、决策支持。

(4)计算机网络、数据库、会商等基础信息平台建设。

设计结构如图1所示。

图1 灌区节水灌溉信息化系统

突出建设灌区节水灌溉信息化系统是灌区信息化建设的重点，建成以计算机应用技术、集成化控制技术、测量自控技术、网络信息技术、人工智能技术等先进技术溶一身的自动化监控系统。系统首先依据用水量需求数据采集，由数据总线传至灌区用水信息数据中心并根据预置好的程序和策略进行预处理，依据相关规程，作出用水信息管理决策，从而达到节约用水、科学灌溉的目的。

灌区节水灌溉信息化系统设计的内容主要包括:监测系统信息组网设计;灌区用水数据采集及传输;数据采集总线路径规划和设计;中心数据机房设计;水位、田间监测要素观测设计;供配电系统设计;监控系统数据采集传输设计;节水灌溉决策支持系统设计等。

4 建成的信息化系统应具备的功能

通常情况下，一个良好的灌区节水灌溉信息化系统的建成，应该包括两个子系统，即“灌区用水信息采集系统”和“灌区用水决策支持系统”，其组成示意图如图2所示。该系统建立后将全面实现数据量式化、决策化以及用水监管自动化，从而对灌区水情、雨情、田间水层的监测自动化，最终实现灌溉节约化。具体功能包括如下几方面:

图2 灌区节水灌溉信息化系统组成

(1)灌区的用水户信息和渠系数据的管理实现动态化;

(2)灌区配水计划的制定实现动态化;

(3)灌溉计划、进度、水费收缴的显示实现动态化;

(4)灌区需水量的计算、用水统计及分类汇总实现动态化;

(5)灌区地理信息系统的管理实现动态化;

(6)灌区各单位利用计算机应用系统为水户提供灌溉量统计，实现计量到户、统计到人;

(7)利用网络资源，学习最新的灌溉技术、了解未来的发展方向、查询当前较为普及的灌溉产品、总结并积累灌区管理的先进经验等;

(8)实现办公自动化。使灌区管理工作正统化、高效化、节约化。

此外，为实现灌区渠系量水、动态配水以及水费征收等用水管理信息自动化，首先需要利用计算机及网络系统，分析采集到的土壤、气象、作物需用水状况等信息，结合灌区蓄水、配水、输水能力等方面，制定作物灌溉制度和用水计划。在实施灌溉的过程中，管理系统还应该根据采集到的各项信息的变化及时调整用水计划。进而实现对灌区水源及土壤分布、作物需水量、渠系配水结构等进行合理配置，优化调度。

由于许多灌区设施安装在野外，地理环境、气象环境对设备的要求较高，尤其对防雨、防雷、防冰、防沙等环节尤为多加考量。所以，设备需要简洁、实用、抗破坏等特性。例如，对大量偏远测流点，需实现水位的采集与存储，考虑环境的限制(主要包括交通和能源等方面)，记录仪表需具备无电工作状态，以便完成长时间对灌溉用水计量统计的工作;对有电力供应的重要闸口，需实现渠道过流量的实时传送，根据实际部署，多利用网络技术、VPN技术、加密防病毒技术等，使系统具备实时、安全、开放、可靠、易扩展等特点。

5 总结

建立灌区节水灌溉信息化系统的成效主要包括:

(1)科学调度、节约用水。管理水平的提高和工程条件的改善将有效减少不必要的干渠输水损失，可实现动态定量供水、提高水的利用率。

(2)节约管理成本、提高管理效率。不仅省时，还省工。

(3)进一步为实行按量供水、计量收费、公开透明、高效合理打下良好基础。

此外，需要说明的是，由于水利信息化技术在灌区节水灌溉工作中的很多环节尚处于起步和待开发阶段，因此，应注重循序渐进、有效投资，紧密围绕灌溉管理和工程管理制定实施细则。国内的众多高尔夫球场多引进国外先进的成套灌溉产品，而广大农村可根据我国国情和各地经济技术发展的现状，采取简单易行的节水灌溉技术。所以，利用水利信息化技术，以节水灌溉为宗旨，促进灌区的改革和发展，需要因地制宜、量体裁衣，确定信息化主导方向，总结制定切实可行的战略实施方案。