灌区信息化建设方案及其成果——以玛纳斯河流域灌区为例

（新疆玛纳斯河流域管理局）

1 灌区信息化建设的目的意义

玛纳斯河流域灌区位于新疆天山北坡经济开发区的核心地带，其地理位置见图1。流域总面积1.98万km2，其中有效灌溉面积21.067万hm2，是我国大型灌区之一。该灌区自1997年实施节水改造项目规划以来，通过20多年的续建配套，修建和完善了大量输水工程，渠道防渗率由原来的12.63%提高到52.44%，大大减少了输水损失，提高了用水效率和灌溉效益。在信息化高度发达的今天，为进一步挖掘灌区的节水潜力，提升灌区的灌溉管理水平，开展灌区信息化建设显得十分必要。通过现代信息技术在灌区生产上的应用，可为灌区产业高质量发展奠定扎实基础。

2 灌区信息化建设现状及目标

2.1 灌区信息化建设现状

目前，玛纳斯河流域灌区不能有效获取水量的各项特征指标，导致用水调度一般仅靠经验来操作。灌区尚未制定最为科学合理的用水计划，不能和现有水情及农作物种植结构调整等实际情况达成有效契合，无效放水情况多次出现，造成了水资源的大量浪费，种植成效也不高。灌区的很多信息传输手段简单传统，仅通过电话沟通，对水情和农作物生长状况等信息进行单一监测，不能满足快速有效的调水需求。与此同时，也未能和相关系统之间达成联网。雨量采集、灌溉需水分析及供水调控工作等系统各自独立，不能满足灌区日常管理工作要求。在硬件资源利用率持续下降的同时，维护费用冗余增加，资金投入成本极高。

2.2 灌区信息化建设目标

2.2.1 实现对灌区的全面监测

不仅实现对大河下泄断面、第一总分水闸后东岸大渠、玛纳斯河泄洪闸渠首闸前、八公里分水闸前的水位和流量监测，也要实现河流上游洪水冲沟汇流处、玛纳斯河故道、312国道大桥和玛纳斯湖水水情的拍摄监测，还要实现工业园区供水水量监测；同时，实现玛纳斯河上游堤防3个关键点的工程安全视频监控覆盖，建设肯斯瓦特水库至夹河子水库之间的3D实景地图。

2.2.2 资源共享服务建设

基于玛纳斯河流域信息化建设现状，实现规划中的构建管理局水利数据中心，搭建已有数据资源共享服务体系，便于各部门之间快速的信息交流与传递。

2.2.3 综合业务系统建设

实现规划中水利信息业务系统功能，包括水资源综合监控、工情与巡检管理、水行政执法管理和综合办公管理四大应用功能。

图1 玛纳斯河流域灌区地理位置图

2.2.4 水利信息系统运行环境建设

以玛纳斯河流域管理局现有环境为基础，对机房、通讯网络、计算机网络等设施进行升级改造完善，使数据存储、信息安全和网络带宽不仅满足近期需要，也要为后续发展预留较大空间。

2.2.5 水利信息化保障环境建设

构建信息化运行最基本保障环境，成立信息中心，建设信息化运行维护保障机制，完成各单位从事此项工作人员的信息化应用培训。

3 灌区信息化建设方案

3.1 管理平台

依据玛纳斯河流域灌区水利信息化发展规划，信息化建设管理平台如图2所示。将其水利信息化分为“信息采集与工程监控、资源共享服务、综合业务应用、信息化安全保障环境及信息系统运行环境”五大管理分类，以信息采集与工程监控为基础，以水利业务应用和电子政务应用为核心，以资源共享为枢纽，以信息化运行环境及信息安全保障体系为依托，搭建玛纳斯河水利信息化综合管理平台。

3.2 系统划分

根据各建设任务组成技术特点的不同，将玛纳斯河流域灌区水利信息化平台分成七大分层体系（图3）。

图2 灌区信息化建设管理平台

3.2.1 信息采集与工程监控层

由信息采集与管理和工程监控与管理两部分组成，是采集与监控各类水利监测信息的基础设施，具有点多、线长、面广，硬件与软件耦合度高等特点。主要包括水位、流量、工情、水质、雨情、气象、工程安全、工程控制、视频监控等自动监测站点的建设，通过通讯网络传输；也包括人工录入采集，通过计算机网络传输。

图3 信息化平台分层

3.2.2 计算机网络层

由政务内网和政务外网两部分组成。根据玛纳斯河各业务系统的应用范围、重要性和安全性要求，通讯网络系统在已有水利政务外网和水利政务内网基础上进行扩展建设，其中，政务内网是与因特网物理隔离的涉密网络，政务外网是与因特网逻辑隔离的非涉密网络。

3.2.3 硬件设施层

硬件设施层是为信息化系统提供基础的硬件支撑环境，包括支撑各类应用运行和各类数据存储的服务器、存储、备份、显示及会商环境等。硬件设施的设计和建设，根据业务应用需求进行或在已有硬件设施基础上进行扩充。

3.2.4 数据资源层

建设基础数据库、空间数据库、监测数据库等，建成数据存储和管理平台，为水利业务应用提供数据访问、数据存储、数据备份、数据挖掘等各项管理服务。

3.2.5 应用支撑层

提供统一的技术架构和运行环境，为水利应用系统建设提供通用应用服务和集成服务，为资源整合和信息共享提供运行平台。主要由各类商用支撑软件和开发类通用共享服务接口共同组成。

3.2.6 业务应用层

是水利应用的核心，构建防汛抗旱、水资源调度、水行政执法等业务管理与水利办公、财务、资产、人力资源、档案等电子政务管理内容为一体的水利综合业务应用平台。

3.2.7 应用交互层

是直接与用户交互的层面，主要包括面向业务工作人员的业务门户和面向社会公众的服务门户。

3.3 系统主要功能

3.3.1 工程运行监测

很多大型灌区兴建阶段，会受到历史条件影响，建设中因为资金有限，投入相对较少，造成工程标准较低和不配套状况时有发生。特别是山区的干渠渠线弯曲且傍山渠段长，填方台渠数量较多，傍山渠段所经过地方的地质条件相对复杂，很多地段多次出现位移变形情况；还有相关渠段经过石灰岩裂隙发育区时，渠道渗漏现象严重，尽管在续建配套和节水改造阶段对部分干渠渠段实施了衬砌防渗，但是渠堤滑坡和坍塌等状况还是时有发生。所以，灌区工程安全运行，是整体水利工程效益彰显和体现的主要前提条件之一。灌区总的来讲，是一个系统化工程，若是一个部位出现了问题，会对整个工程的效益造成严重影响，故开展工程运行监测是信息化建设的首要功能。

3.3.2 灌区防汛抗旱

灌区防汛，即逐级灌排设施的水位控制和水位调节。由于灌区中很多干渠系傍山开挖修建，集雨面积大且入渠径流量大，雨洪突发性特点和区域性特点双向凸显。因此，处在恶劣天气条件下，人工检测和渠道水位监视很是艰难。加之渠线很长，降雨时空差异很大，不仅需要了解局部渠段水文变化基本态势，还要了解渠道全线水位变化趋势。只有这样，才能从全局出发，针对性地筛选调度措施，多角度保障灌区防汛工作正常开展。由于渠堤安全超高具备一定限度，若想保障渠堤正常运行，渠水此时不能超过控制水位值，同时不能陡涨陡落。特别是在持续雨天和土壤相对饱和情况下，发现渠道拥堵及时处理排水行洪，避免出现渠道滑坡现象和崩塌状况发生。人工常规管理手段，难以满足大型灌区平稳运行要求，雨洪出现时更是难以达到预期控制目标。所以，灌区的防汛抗旱是系统的重要功能。

3.3.3 配水计划编制

准确性和供水管理之间的关系十分密切。配水计划目标，主要是从根本上达成大型灌区水资源优化调整，静态配水计划难以让水资源实现预期最优配置。因此，执行动态用水计划，是未来水资源管理的重中之重。我们通常所说的动态用水计划，是在满足水资源充裕灌溉农作物的基础上，结合天气条件、工程实际情况等，来进行取水计划和配水计划制定。在水资源不能满足灌溉需求的情况下，也就是在缺水时，需要应用系统分析技术操作和气象预报等相结合，最终制定出妥善的灌溉制度和配水措施。

4 灌区信息化建设效果

玛纳斯河流域灌区信息化建设完成后，对整个灌区运行进行实时监测，通过监测数据的获取，可对灌区的防汛抗旱、配水计划编制等起到科学的指导作用。现已取得的主要建设成效如下：（1）建立水情监测站9处，其中4处水位流量监测，4处水情监测拍摄，1处管道流量监测；（2）建立水情监测站无线通讯租赁8处，中心光纤宽带租用升级1处；（3）采用无人机倾斜摄影制作肯斯瓦特水库至夹河子水库之间的3D实景地图；（4）建成数据库系统、资料无纸化与采集数据系统、采集系统、计算机系统、管理系统和人才系统（图4）。

图4 灌区信息化建设成果

5 结语

本文基于玛纳斯河流域灌区信息化建设的不足，结合实际生产需求，提出了建设满足灌区运行要求的多个相互配合的系统。实践表明，系统不仅满足灌区正常生产的要求，而且大大提高了灌区的科学化管理水平。