灌区信息化建设发展现状及发展对策规划

蔺宝军，张 芮，高彦婷，张 帅，王腾飞

(甘肃农业大学水利水电工程学院，甘肃 兰州 730000)

我国属于农业型大国，灌溉是支撑农业发展的基本保障，据中国统计年鉴的统计数据，2016年底我国灌区数达7807处，灌区有效灌溉面积3304.6万hm2，已建成大型水库721座，中型水库3890座，小型水库93850座，但是在全国大型灌区续建配套与节水改造规划的434处大型灌区中，仅153处灌区开展了不同程度的信息化建设[1]，而且我国水资源严重匮乏，人均水资源占有量不到2220m3，仅为世界人均水平的1/4[2]，预计2030年我国人口总数将达到16亿人，而届时我国的人均水资源占有量将从2220m3降至1750m3，成为世界上13个人均水资源最贫乏的国家之一[3]。同时灌溉水的利用率也较低，目前，发达国家的农田灌溉水有效利用系数已经达到0.7～0.8，而我国十三五规划指出，2030年农田灌溉水有效利用系数才达到0.6。毋庸置疑，在此情况下，依靠现代科技技术来加强我国灌区信息化建设是实现我国农业现代化和科学调配水资源、实现水资源集约利用的必由之路。截至2018年6月，172项重大水利工程已开工建设129项，在建重大水利工程投资规模超过10011亿元，为我国水利基础设施网络构建奠定了坚实的基础。《全国水利信息化“十三五”规划》指出，“十三五”时期是水利信息化建设的关键期，应充分有效地利用现代科学信息技术，深入开发和广泛利用水利信息资源，实现水利信息数据从采集到传输、存储、管理、分析的数字化、智能化和网络化，完善水利信息化建设。

1 灌区信息化建设的发展现状

我国灌区信息化建设起步较晚，20世纪70年代，我国灌区信息化工作主要集中在水情信息的汇总整理阶段，并开始一些自动控制技术方面的研发，以及自动计量、自动预测方面都有了初步探索，例如以河南人民胜利渠为代表的闸门自动控制技术。20世纪80年代，水文信息的信息化处理起步发展，很多灌区开始探索灌区自动调度、自动测报、自动计量技术，20世纪80年代后期，甘肃景电灌区初步实现了泵站的自动调度系统。20世纪90年代，开始将网络技术应用于水利信息的处理。2001年5月，灌区用水管理信息化技术研讨会正式提出“大型灌区信息化”的理念，同年7月水利部党组确立了“以水利信息化带动水利现代化”的发展思路；至2002年7月，水利部农村水利司印发《关于开展大型灌区信息化建设试点工作的通知》(农水灌[2002]09号)文件，正式启动了全国大型灌区信息化建设试点工作[4]，同年11月，农水司确定了30个大型灌区为首批试点建设单位，基于我国国情的大型灌区信息化建设正式拉开帷幕，并且在有关省(区、市)水行政主管部门的指导下，各试点灌区不同程度地开展了灌区信息化相关内容的建设和应用，其中金沟河灌区、陕西省泾惠渠灌区、山东省王屋灌区、江西省赣抚平原灌区、江苏省高邮灌区、湖南省韶山灌区、湖南省大圳灌区、湖北省漳河灌区、湖北省东风渠灌区、黑龙江省龙凤山灌区、河南省鸭河口灌区、河北省石津灌区、广东省青年运河灌区、新疆十八渠等各省市的不同大型灌区的信息化建设均取得了阶段性的建设经验与成效。2002年，甘肃省景泰川灌区也被列为26个大型灌区信息化建设的试点之一，并且确定了基于高速局域网平台之上的以集信息监测采集、优化调度为一体的泵站计算机监控调度自动化系统、通信系统、图像监控系统、支斗渠闸门自动控制系统、灌溉用水管理系统、灌区基础数据库的建设、3S技术的应用、灌区决策支持系统(专家系统、运行管理模式)等为主要内容的灌区MIS系统的开发建设方案；十一五期间是我国大型灌区信息化建设试点工作的白热化阶段，根据《全国大型灌区续建配套与节水改造“十一五”规划》要求，“十一五”期间大型灌区的信息化工作应重视水情、工情信息的采集，重视自动采集数据的实时性和重要性。2007年11月25日，全国大型灌区信息化工作会议在湖北武汉召开，水利部副总工庞进武、农水司司长李代鑫出席会议并讲话，会议部署了“十一五”期间大型灌区的信息化试点建设工作。“十一五”期间各大型灌区的信息化试点建设工作效益显著，实现了闸门和水泵机组的精准、及时自动控制和远程集中控制；根据各灌区自身情况，因地制宜构筑通行网络，实现数据的快捷传输和高度共享；以各灌区为单位，实行分级管理并构建计算机网络系统，能够实现信息的分级、分层管理，保证信息采集、传输以及存贮；2011年9月25日水利部农村水利司主持召开了“灌区信息化建设座谈会”。会议强调加大、规范灌区信息化建设的各项工作，在保证区信息化建设的各项工作顺利实施的同时，又加快了灌区信息化建设的步伐；全国大型灌区续建配套与节水改造规划的434处大型灌区涉及到全国31个省市，2014年底有153处灌区不同程度开展了信息化建设[5]。

2 灌区信息化建设的发展规划

2.1 发展内涵

灌区信息化是指通过现代计算机、网络技术、电子通信、智能一体化控制、遥感卫星等技术构建灌区水资源信息感知、智能控制、动态调度，实现灌区基本数据的自动收集、远程传输、远程控制、实时存储、科学分析，实现灌区管理水平的信息化、网络化和智能化[6]。如图1所示。

图1 灌区信息化应用内容

灌区信息化建设旨在完成信息采集、反馈控制、通信链路、信息中心局域网络、软件(包括数据库及管理系统)、基础设施建设与改造等的建设，使得实时监控、信息查询、用水管理、决策支持、行政事务、公众服务、系统维护统筹兼顾，相得益彰。要求开发信息资源、建设信息网络、推进信息应用、培育信息人才和制定信息政策。如图2所示。

图2 灌区信息流程

2.2 建设要点

我国灌区信息化建设起步较晚，从20世纪70年代起至今，虽然取得了显著成绩，但仍存在一些问题：信息采集系统落后，存储、传递实时性差，软件开发与应用存在短板，学科交叉型专业人才缺乏[6]等，鉴于此，我国灌区信息化应该加强以下几方面的建设。如图3所示。

(1)灌区信息数据的精准高效采集、安全有效存储整理以及实时传递。

(2)灌区灌溉系统的自动化程度。

(3)灌区灌溉系统与管理系统软件的集成化与标准化、硬件设施的完善配套、软硬件的兼容性。

(4)加强计算机应用、土壤学、节水灌溉、管理等多领域人才的培养。

“十三五”时期是水利信息化建设的关键期，要大力引进国外先进技术，扩大资金投入，培养优秀的专业人才，不断强化人才队伍建设，目前，完全实现我国灌区信息化、智能化、数字化的目标还没有彻底实现。信息采集点落后、通讯传输效率低、软硬件标准化、通用化配套化差，职能管理部门分散、多领域精尖人才匮乏、数据信息共享性差[7]等问题仍然存在，为此今后在智能公共数据库建设、信息采集、计算机应用、管理模式、人才培养方面要加大投入力度。随着一体化测控智能闸门、光纤通讯、遥感卫星、土壤墒情智能采集系统、无线通讯技术、自动检测量水设备、高精度末端测量技术、地理信息技术等先进技术[8- 11]的广泛应用，戴玮提出了智慧灌区建设发展思考，指出智慧灌区是实现灌区智慧预警、智慧调度/调控及智慧决策，推动灌区发展与水资源和水环境承载力相协调，发展完整的灌区水生态系统，建立灌区永久水资源保障制度，构建先进的水科技文化[12]。智慧灌区思路的指出是对我国灌区信息化发展建设的指导，今后我国灌区信息化建设要以实现灌区信息化、智能化、数字化为根本，完成我国灌区智慧化建设。

图3 灌区信息化主要规划建设模块

3 结论

水利建设的信息化、智能化、数字化是科学合理地输配水资源、提升灌区管理水平和管理能力的必由之路。我国灌区信息化建设起步晚，但发展较快，成绩与问题并存。我国水资源供需矛盾日益突出，依托科学技术支撑的信息化、智能化、数字化灌区建设理念逐步成为现代灌区建设的主导思想。我国灌区信息化要在智能综合数据库、先进的信息采集手段、软件应用开发等方面强化建设力度，同时加强灌区信息化综合、全程管理，加大综合性、多领域人才队伍建设以提升灌区管理水平、工作效率和增加灌溉效益。