我国灌区信息化建设现状与发展对策

姜明梁，邓 忠

(中国农业科学院农田灌溉研究所/农业农村部节水灌溉工程重点实验室，河南 新乡 453002)

0 引 言

灌区信息化是灌区现代化的基础和重要标志，是保障我国粮食安全和促进农业农村经济稳定发展的基础性支撑。由于部分灌区设施设备老化失修严重、灌排效率低下，我国于1998年开始了大型灌区续建配套节水改造实施工作，经过近20 a的发展，灌区工程设施及运行状况得到极大改善，灌区效益逐步提高。灌区信息化是提升灌区管理服务水平和降低运行成本的有效手段，可以说没有灌区的信息化就没有灌区的现代化。随着信息通信技术的迅猛发展以及各行各业对管理手段信息化的要求，我国于2002年启动了大型灌区信息化建设试点。根据《全国大中型灌区续建配套节水改造实施方案(2016-2020年)》，截至2015年，共有59处灌区开展了信息化建设试点，91处灌区不同程度参与了有关信息化管理内容的建设。通过信息化建设，灌区的工程设施安全运行得到保障，灌区综合管理水平、水资源优化配置能力及利用效率有了进一步提升[1,2]。

有关我国灌区信息化建设的发展研究，多位学者进行了技术实践并提出了各自观点。陈金水[3,4]认为灌区信息化建设是一个发展的过程，他在总结和分析灌区信息化建设经验和问题的基础上，提出了灌区现代化的顶层设计思路要结合灌区的实际情况，深入研究关键技术，做到实用、高效和可靠。史源[5]对无人机遥感技术在灌区信息化建设中的应用进行了探讨，主要包括灌区种植结构快速分类、遥感ET监测、输配水系统优化、摄影测量及水文模型应用等方面的应用前景。在灌区信息管理系统设计应用方面，陆继平[6]、罗鹏[7]、程帅[8]等以GIS技术为基础，结合数据库技术、计算机网络技术的整合运用，构建了不同类型的灌区信息化综合管理系统，通过三维立体的方式动态展示灌区的地形地貌及建筑物，实现了与灌区内环境要素采集系统的实时关联，提高了信息化管理决策的科学性和准确性。刘海燕[9]研发了基于物联网与云计算的灌区信息管理系统，系统采用Google云计算服务平台(GAE)对灌区各项业务进行部署，实现了物联网与云计算技术在灌区信息管理领域的无缝对接。对于国外的灌区信息化发展情况，以美国为例，目前美国水利发展的重心在于水资源的有效管理、提高灌溉用水效率，通过建立作物生长需水模型，进行灌溉的精准管理和决策，以获得最大的灌溉效益。美国的农田灌溉自动化程度比较高，一般在灌区管理机构设有灌溉总控制室，进行实时决策调度和信息化、自动化管理。

综合分析上述灌区信息化研究进展，目前灌区信息化建设已完成信息基础设施的建设，实现了计算机对信息资源的可靠采集与稳定传输，并作为灌区管理部门的工作依据，同时“3S”技术、物联网等新技术应用和基于作物需水规律的用水调控在灌区建设研究中逐步兴起。但是，灌区信息资源的深度利用和共享能力还很薄弱，将信息资源用于灌区运行管理决策以及灌区水资源的最优配置等方面的研究和应用还比较少，仅有个别科研院校在这方面进行了有益的探索。

1 灌区信息化建设现状与形势

灌区信息化建设是集计算机技术、通信技术、传感器技术、物联网技术等多项技术的综合应用与实践，其主要内容一般包括：灌区数据库、信息采集系统、通信系统、计算机网络系统、用水决策支持系统、渠系控制系统、办公服务系统等的建设。经过10 a多的试点建设，我国部分灌区已率先实现信息化，并逐步探索灌区智慧化建设，同时也涌现出如厦门四信通信科技有限公司、北京润华信通科技有限公司等专业从事灌区信息化系统及产品研发的企业。

但是, 我国灌区信息化建设目前总体上还处于比较低的水平，主要表现是实用和能够长期使用的信息化系统产品较少，更多的是初步探索和展示，同时面临着资金、关键技术、管理维护和人力资源等方面的一系列问题，主要包括以下几个方面。

(1)建设资金不足。灌区信息化的建设资金来源于续建配套与节水改造投资的3%～10%，由于灌区工程涉及的范围很广，且设施设备多已年久失修，故不可能将过多资金投入到信息化建设中；另外，由于灌区的公益服务属性及其功能定位，投资回报率低，民间资本参与灌区信息化建设的意愿较低，因此资金短缺的状况仍将持续。

(2)缺乏统一规划。灌区信息化建设是每个年度制定一个方案，而每年又需要进行工程招投标，所以可能会出现不同年份中标的是不同的公司等情况[10]，而且每个信息化服务公司都有自己的一套系统运行平台，导致难以满足数据信息共享的要求。同时，信息化建设规划缺少与灌区防洪抗旱、盐渍化治理、水生态保护和渠道淤积防治等特殊问题的衔接与集成。

(3)产品可靠性与规范性较差。当前从事灌区信息化系统产品研发的企业众多，但从在河南、山西等几个大中型灌区的调研情况看，信息化系统的可靠性、实用性还较差，产品不能够长期稳定运行，甚至有些灌区的信息化系统仅有视频展示的功能。现有的信息化系统在水位、流量、墒情、视频图像等信息监测上效果较好，但数据融合分析、决策调控的功能欠佳；闸门、泵站的远程控制存在精度低的情况，时常需要售后人员前来维修。另外，信息化产品存在较多类型的软硬件开发标准，但缺乏统一的、有针对性的规程和标准，灌区信息结构体系的标准化程度低，信息标准化接口模式还未形成，数据的分类、定义不规范，数据系统的兼容性差；数据库结构多种多样，导致低水平重复开发，无法实现信息化系统产品的通用与信息共享。

(4)运行维护成本高。灌区所用到的设施设备种类繁多，性能各异，而且早期建设的信息化系统，因部分设备老化亟待更新和升级，但由于缺乏正常的维修养护资金，遇到问题时只能临时解决[10]。同时，灌区管理部门多为公益性事业单位，工程运行管理经费和维修养护经费有限，因此在灌区信息化系统的维护方面存在较大资金困难。

(5)人力资源供给不足。灌区管理人员往往具备农田水利工程专业教育背景，大多处于基层水利系统，对于现代信息技术认识不足，无法具体参与到灌区信息化项目建设中，因此在项目建成后的运行维护上存在技能欠缺的问题。而从事信息化系统开发的人员对于农田水利工程相关知识较为缺乏，这就造成灌区管理人员知识结构上的单一、不融合，缺少掌握多种专业技术知识的复合型人才。

2 灌区信息化建设发展对策

当前灌区信息化的实现不仅仅是个技术问题，更是一个社会问题，实现信息化乃至智慧化在技术上并不存在太大困难，关键是人们的思想和观念，应认清灌区信息化是一个集信息采集、数据管理、决策应用、网络发布于一体的系统工程[4]。笔者认为，我国的灌区信息化建设在技术路线上应坚持“联系实际、夯实基础、稳步实施”的原则，结合我国灌区实际，加强应用基础研究，对灌区环境下的信息传输与远程控制不可靠等关键技术问题予以彻底解决，在技术应用上不能一味地求新、求快、求全，扎实稳步推进灌区信息化建设项目的实施。 灌区管理人员要认清水利信息化工作的差距，坚持“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的方针，果断采取相关对策，确保灌区信息化建设成果切实有效、实用。

(1)完善用水管理模式。灌区是我国现代农业发展的主力军，随着“乡村振兴”战略的逐步实施，我国今后的农业种植必定是规模化的，通过土地流转形成的大规模地块也为灌溉信息化系统的建设和统一管理提供了便利条件。同时，随着我国农村劳动力人口的老化与流失，一家一户管理农业用水的情形必然会消失，因此未来的农业用水管理应该采用农户用水合作社的模式，进一步厘清政府、灌区管理机构、农户用水合作社3者之间的权利和责任，完善支持政策，注重培养既懂信息技术，又会经营的新型职业农民。

(2)稳定资金投入。大中型灌区续建配套节水改造工程投资由中央、地方共同承担，灌区信息化建设资金只占其中很小部分，但信息化建设投入大。建议在加大地方财政投入的基础上，落实好工程运行管理经费和维修养护经费，政府提供长期优惠贷款，创新投融资体制机制，积极调动各方面因素筹集资金，吸引社会资本参与信息化工程建设运营。

(3)全面统筹规划设计。建设工程实施好坏的前提是规划是否科学合理，灌区信息化建设的规划应做到统一组织和管理。随着经济和技术的发展，要对规划进行适时调整，制定信息数据和接口的统一标准，使同一个信息化平台中的不同厂家产品应用能够有机衔接与共享。

(4)加强灌区用水信息标准化技术研究。各个灌区在运行过程中所涉及到的数据类型基本相同，因此要统一数据的分类和定义，规范其内容和结构。研究适用于现代化灌区用水的信息标准化接入模式，支持下端物联网设备的多种连接方式，建立灌区信息化建设标准，并制定相应标准下的软件设备、硬件设备和网络产品的技术参数和协议规约。

(5)注重灌区管理人才培养。灌区信息化系统涉及的专业知识面广，对管理人员的专业技能要求较高，要鼓励灌区管理人员全程参与信息化建设项目的实施，帮助其熟悉项目建设的内容和运营要求，项目建成后，要加强对管理人员的定期技术培训，提高其对新技术新工艺的掌握程度，尽快培育专业化的灌区管理服务队伍。

3 结 语

针对我国灌区信息化建设中长期存在的一些问题进行了分析，并提出若干解决对策，以期能为信息化建设的又快又好实施提供决策依据。应当认识到，灌区现代化的发展方向必然是数字化、智慧化，随着近年大数据、物联网、 机器学习和人工智能等技术的飞速发展及其在各行各业中的广泛应用，智慧灌区建设发展逐渐提上议程。以“十三五”国家重点研发计划课题“灌区智慧用水决策技术与平台”为依托，中国农业科学院农田灌溉研究所联合中国水利水电科学研究院、京蓝云智物联网技术有限公司等单位初步完成了灌区信息化结构指标的筛选与评价、灌区耗(需)水时空分异智能诊断平台系统架构的设计，以及灌区田间智慧用水物联网控制设备智能网关等产品的研发，为下一步构建大数据的灌区智慧用水决策技术与平台奠定了良好的基础。

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