基于农业水价综合改革需求的农田水利工程管护信息化应用分析

2021-08-13万青松何志军张金玉万书云钞振华

中国水利 2021年14期

万青松，何志军，张金玉，万书云，钞振华，杨杰

（1.江苏省金湖县水务局,211600,淮安；2.南通大学,226019，南通）

作为农业节水工作的“牛鼻子”，农业水价综合改革明确了农田水利工程管护权益和责任，以促进农业节水和农田水利工程良性运行。但管护成本高、管护效率低等问题仍是困扰农田水利工程管护的症结。2021年中央1号文件和《江苏省农村水利条例》都明确提出在发展现代农业时应充分利用云计算、物联网、人工智能等现代技术，与农业生产经营有机结合，推进农村水利工程设施管护信息化建设。开展农田水利工程管护信息化建设，是农田水利工程、灌溉进度、水位（流量）等信息共享的需求，是实现“灌区一张图”和灌区用水计量、水费收缴、总量控制、水权交易等实时分析和自动化管控的关键。信息化建设可以实现农田水利工程管护全过程跟踪、监控和管理，提升管护效能。

江苏省金湖县结合推行农业水价综合改革实践中遇到的问题，经过系统分析与思考，形成了基于农业水价综合改革需求的农田水利工程管护信息化应用分析一些思路，提出来供交流探讨。

一、农田水利工程管护是农业水价综合改革的重要内容

农业水价综合改革的持续推进使农田灌排设施得到系统完善，水权和水价形成机制以及动态调节机制明晰化，供用水精准计量措施到位，工程管护主体及责任得到落实。为科学合理地安排水利建设资金与管理经费，农田水利工程管护相关办法和工程管护考核机制先后出台，确保了对农田水利工程管护情况进行有效检查、考核以及奖惩。通过提留水利工程水费的一部分资金，用于节水奖励、末级渠系节水工程建设“以奖代补”等方式，调动了农户节约用水积极性。虽然农业水价综合改革的实施明确了农民用水户协会对农田水利工程的管理权、使用权，但由于管护机制不完善、资金投入缺口大，末级渠系“重建设、轻管理”仍存在，管护工作难以全面落实到位；随着从事农业生产人数逐年减少和农村空心化现象存在，农业灌溉、工程维护和服务很难有效实施，管护效果并不理想。

二、信息化应用于农田水利工程管护的可行性分析

1.多源数据协同作业的可行性

随着遥感影像在时间分辨率、空间分辨率和光谱分辨率上的不断提高，遥感数据源的丰富程度和价值得到了进一步提升，为实现高质量的农田水利工程管护信息化应用建设，提供了可靠的数据支撑。

基于卫星遥感、无人机、地基（平台）探头和人工巡测等监测手段所构建的“天—空—地”一体化农田水利工程管护监控体系能够全方位、实时感知农田水利工程运行情况并获取异常信息，根据行业标准完成时空数据库标准化建设，利用多种监测手段获取信息，实现农田水利工程工况对比分析，为系统智能分析和决策提供支撑，从而实现农作物长势分析、灌溉需水变化趋势分析、灌溉效果与用水分析、农田水利工程变化原因追溯、风险评估及应急预案制定等功能模块的系统衔接。协同遥感监测体系可以有效综合遥感蒸散发、降水、作物种植结构、灌溉取用水量等信息，提高农业灌溉水利用率的精确监测能力，进一步满足不同层面、不同区域对农业水资源管理的需求。Web Services服务架构实现协同遥感监测平台的人机界面访问接口，保证农田水利工程时空分布状态以及变化趋势的实时展示，供需水预警信息的实时推送，农田水利工程变化原因的智能分析，应急预案查询等可视化展示与人机交互功能，提升农田水利工程管护效能。利用协同观测、数据聚合分析、物联网等技术提升农田水利工程管护信息化平台架构如图1所示。

2.农业灌溉用水量度量的可行性

农业灌溉用水量的科学度量实施是推进落实农业节水措施、提高农业用水效率的重要手段。在平原河网灌区，绝大多数灌溉作业是泵站提水，末级渠系终端泵站扬水方式为“一站一控”，实现了专用变压器、专用电表的以农业用电量转换农业用水量的“以电折水”计量方式。对于特定的灌溉泵站，水电转换系数是一个常量，可以通过典型实测和依类率定得到。因此农业灌溉用水计量实质就是用电量计量。对于目前“一站一控”终端扬水泵站，电量获取均是通过智能电表实行远程控制，即特定泵站灌溉用电多少，供电部门已经实现了远程数据库管理。通过农灌泵站信息化平台搭建，只需共享供电部门的数据库便可有效实现灌溉用水精准计量，从而为推行农业用水定额考核、节水奖励、累进加价、精准补贴等管理制度运行提供了可能。

三、农业水价综合改革成果需要借助信息化管控

1.农业水价综合改革成果需要借助信息化上图入库

图1“天-空-地”一体化农田水利工程管护信息化平台架构

水利部门非常重视水利信息化建设，对水利信息系统运行标准及业务流程进行了规范，水利信息系统开发时涉及的相关概念、数据类型等已有统一的界定和要求，为农业水价综合改革成果上图入库提供了基础平台和参考。依据标准规范和数据要求，推进农业水价综合改革成果上图入库是逐步建成高标准农田灌溉“一张图”管理基础。农业水价综合改革成果要素上图入库实施路径为：

①数据收集。通过系统调研灌区内基本水利工程情况，结合高空间分辨率遥感数据获取“一站一控”泵站的基本信息，如泵站控制面积、地理位置等要素。

②水系图制作。利用现有电子水系图和遥感数据，结合实地调查成果，将推进灌区内一、二、三、四级河道、涵闸、提水泵站及其配套渠系等基本要素制成基础电子水系图。

③上图入库。在基础水系图上将农业水价综合改革面积、灌溉泵站、水电转换系数等成果上图入库，匹配定额考核、节水奖励、累进加价、精准补贴等管理制度的运行，为动态掌握高标准灌区基本情况提供数据支撑。

上图入库工作的实施有利于进一步巩固农业水价综合改革成果，根据“应改尽改”原则核定改革范围，并把新增加的“应改”面积纳入农业水价综合改革范围，实现灌溉用水调度科学化计量、精细化管理，从而提高灌溉水利用率，实效推进农业节水管理。

2.以电折水计量措施需要通过信息化推进制度管控

信息化管控可有效提升灌区计量措施的精准水平。在灌区实施计量措施促进了用水明码标价，实现了用水总量控制和定额管理。配套农业用水计量措施，用水计量率得到大幅度提高，是全面推进农业水价综合改革取得成果的关键。在精确计量基础上实行“阳光收费”，不仅促进了节水，而且用水户心里踏实、放心。在进行计量措施信息化管控时，可结合灌区用水管理工作实际情况，开发用水管理信息模块替代灌区人工测水和现场控制闸门等传统作业方式，实现对重要渠道、泵站、蓄水池和闸门等运行情况在线监控、自动计量和决策服务。此外，农业水价综合改革提水灌区普遍推行了以电折水方式，初步落实了定额考核、节水奖励、累进加价、依电控制等改革措施。通过计量措施的信息化管控，有利于农业水价综合改革相关制度的长效落地，助推农业节水目标的实效落实。

3.终端泵站实际灌溉面积需要通过信息化动态实现

通过管护信息化建设，农业灌溉面积和进度可以实现及时准确掌控目标。区域尺度的农业灌溉面积主要是通过实际测量和逐级上报进行统计核算，或通过典型田块灌溉用水量推算得到实际灌溉面积。由于空间上的灌溉信息难以准确获取，致使虚报、更名重复上报、面积多报等现象存在。通过协同多源遥感降水、蒸散、土壤水信息可以相对准确地估算灌溉用水量；通过信息化模块将多年计划地块与每年实际灌溉面积比对，可以提高数据真实性，增强数据准确性，提高泵站实际灌溉面积精细化动态管控水平；通过农田水利工程管护相关信息源整合，可以实现农作物生长情况以及环境指标变化的智能监控，实时获取农作物、土壤墒情和环境指标等影响因子质态，从而实现降水—需水实时预报，科学化、精细化管理灌溉工程，实现农作物高产、优产以及水资源优化配置和高效利用。

4.农田水利工程管护质量提升需要借助信息化考核

农田水利工程具有种类多、分布零散以及覆盖范围广等特点，各类型水源工程、节制工程、提水工程、输水工程具有较强的体系性。随着土地流转及农村税费改革的推进，农田水利设施的布局及其服务范围等均发生了明显变化，且由于不同程度地存在重建设轻管理现象，整体上水利工程和设备设施的质量参差不齐，“各自为政”现象也较为普遍，即由于水利工程体系结构管理水平低下，造成了农田水利工程管理模式粗放和水资源浪费。针对这些情况，国家出台了农田水利工程管护相关政策，在强调“建管并重”的同时，明确了政府投资建设或者财政补助建设的农田水利工程的使用权和管护责任主体，明确了管护考核形式、考核内容以及奖惩办法，通过奖补资金的兑现提高管护资金使用效率。因此，通过农田水利工程管护信息化建设，统筹用水计划编制、用电计量核算、灌溉定额控制、灌溉水价调节及其相应的他项措施管控等内容，依托信息化平台和动态运行功能，可以实现考核机构、考核形式和考核内容的精细量化，借助考核结果的程序操作，及时发现和弥补管护工作短板。

5.农田水利工程管护信息化管理实现其他目标融合

农田水利工程管护是农业水价综合改革的重要内容，是系统工程、民生工程，也是实现农村生态建设的国家工程。工作涉及农业、水利、发改及财政等多个部门，需要农民用水合作组织和用水农户的支持与配合。在农业水价综合改革推进过程中，用水定额结构性标准针对性不强、水价测算方法不统一、现有水价办法可操作性差，以及农民用水合作组织与工程管护组织联系不紧密、重形式轻实效等现实问题的影响，全面完成农业水价综合改革任务依然任重道远。解决好这些问题，根本路径是明确和细化有关部门责任和农田水利工程的管理目标，出台实践性、操作性更强的量化推进办法，并将有关部门间的责任目标有机联系起来。借助农田水利工程管护信息化建设，可以加强相关部门的工作协作，综合运用系统工程、精准补贴、节水奖励和技术推广等措施，将综合管理目标与农业水价综合改革目标有效融合，实效系统地提升农业用水精细化管理水平，完成农业用水方式的根本性转变，从而实现农业节水的常态化运行。