武 建，金幫琳，張小青，于淼淼

(山東水利勘測設(shè)計院，山東 濟南 250013)

1 概述

水利部部長陳雷同志在2012年“學(xué)習(xí)貫徹黨的十八大精神，加快推進(jìn)水利改革發(fā)展”黨組中心組(擴大)學(xué)習(xí)班上的動員講話中著重提到了“緊緊圍繞‘四化同步發(fā)展’，加快利用信息技術(shù)對水利行業(yè)進(jìn)行改造提升，推動信息化與水利規(guī)劃、勘測、設(shè)計、建設(shè)、管理、預(yù)報、監(jiān)測等各個環(huán)節(jié)的深度融合，以水利信息化帶動水利現(xiàn)代化”?？梢钥闯鏊F(xiàn)代化的核心內(nèi)容——水利信息化的全面推廣和應(yīng)用應(yīng)已提到緊要日程。

2 水利信息化在灌區(qū)節(jié)水灌溉中的作用

2.1 提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息和技術(shù)支持

灌區(qū)工程的主要特點集中體現(xiàn)在線長、點多、面廣，而且南北方灌區(qū)存在差異，南方灌區(qū)具有暴雨雨量超常，洪水組合惡劣的特點;而北方灌區(qū)則有暴雨突發(fā)性強、區(qū)域性明顯的特點。目前，很多灌區(qū)依然無法擺脫傳統(tǒng)的人工監(jiān)測、電話信息傳送等相對落后的手段，在數(shù)據(jù)傳遞及時性、準(zhǔn)確性上均無法達(dá)到現(xiàn)代化的要求;而灌區(qū)信息化系統(tǒng)的建設(shè)獎有效解決上述短板，特別是在發(fā)生特大暴雨、洪澇等自然災(zāi)害中，灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)的重要性將更為突出。要落實水資源優(yōu)化配置方案離不開先進(jìn)的水利信息化技術(shù)的支撐與引導(dǎo)。在當(dāng)前水資源優(yōu)化配置、高效利用的現(xiàn)代水利建設(shè)中依據(jù)國家和地區(qū)跨越式發(fā)展的總體部署，以政策研究、制度創(chuàng)新、機制靈活為保障建設(shè)灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)，及時準(zhǔn)確地掌握水情、工情，提高設(shè)備運行的安全可靠性，為灌區(qū)工程防訊抗旱及指揮調(diào)度提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息和有力的技術(shù)支撐與保障。

2.2 提高灌溉效率，節(jié)約水資源

水利信息化技術(shù)在灌區(qū)節(jié)水灌溉工作的有效實施，將極大程度上提升機組優(yōu)化程度，提高裝置工作效率，優(yōu)化灌區(qū)水資源調(diào)度，提高用水、配水效率，有效做到級間流量的配合，減少了溢流棄水，降低畝次灌溉用水量，提高灌溉水利用系數(shù);此外，信息化系統(tǒng)的運用，不僅可以確保直觀、有效觀測水位的準(zhǔn)確度，同時對農(nóng)田尾灌區(qū)的需水要求予以滿足，最終達(dá)到均衡收益，促進(jìn)了灌區(qū)水資源綜合利用率的提高，達(dá)到節(jié)約水資源的目的。

2.3 提高管理水平，轉(zhuǎn)變工作理念，增強節(jié)水意識

水利信息化技術(shù)在灌區(qū)的實現(xiàn)，可加大管理力度，增強管理水平，提高管理效率，主要表現(xiàn)在三個方面:

(1)灌區(qū)節(jié)水灌溉信息化系統(tǒng)采用計算機通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制技術(shù)，具有即時采集、優(yōu)化調(diào)度和實時監(jiān)控等先進(jìn)實用手段，保障水情的及時反應(yīng)和配水的科學(xué)合理，改善了供水相應(yīng)能力，實現(xiàn)了水量量化管理的水資源的優(yōu)化配置，從而使用水戶灌溉工作適時適量，受益均衡，消費透明，計量準(zhǔn)確;同時，將管理“公開化”，實現(xiàn)了對用水戶灌溉的流量公開、水價公開、開停時間公開、服務(wù)制度公開等，既便于監(jiān)督又能提高群眾用水積極性，減少了不必要的水事糾紛。

(2)采用灌區(qū)節(jié)水灌溉信息化系統(tǒng)，從水量分配和調(diào)度方面嚴(yán)把精細(xì)關(guān)，杜絕因管理細(xì)節(jié)的缺失造成廢水、棄水，從而提高用水效率。

(3)局域網(wǎng)作為信息化的平臺已經(jīng)得到普及，可以為灌區(qū)工作人員提供學(xué)習(xí)和應(yīng)用新技術(shù)的平臺，提升工作效率、改變工作理念、對新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

另外，灌區(qū)信息化可以使灌區(qū)管理流程更加科學(xué)、高效;使計量工作和核算工作精細(xì)化、智能化，增強用水戶對水量計算的信任度和群眾的節(jié)水意識，為水費征收提高效率。

2.4 降低灌區(qū)的運行成本

灌區(qū)自動檢測系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺的建立與健全可促成數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)一存儲及實時共享，節(jié)省辦公支出;同時，減少運行管理人員投入，提高人力資源集成度。從而達(dá)到降低了灌區(qū)運行成本的目的。

2.5 改進(jìn)工作方法，注重工作效率的提高

灌區(qū)節(jié)水灌溉信息化系統(tǒng)的應(yīng)用，促成了計劃用水、合同供水、合理收費的良好局面?；鶎痈鲉挝豢筛鶕?jù)實際情況為供水方案的修改做到及時響應(yīng)，切實做到節(jié)約用水、杜絕浪費，從而讓灌區(qū)得到均衡受益。另外，由于工作方法的改進(jìn)，調(diào)度人員可以及時了解到有價值的水情、雨情等數(shù)據(jù)，依靠自動化技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控閘門，提高工作效率的同時可大大降低勞動強度和工作壓力。

3 灌溉節(jié)水信息化系統(tǒng)的主要建設(shè)內(nèi)容

節(jié)水灌溉，科學(xué)用水是以正確的灌溉用水信息為依據(jù)，因此，灌溉用水的信息化管理就是利用先進(jìn)的水利信息化技術(shù)，實現(xiàn)灌區(qū)管理上的自動化，其核心為節(jié)水灌溉的有效實施，其主要建設(shè)內(nèi)容包括四部分:

(1)數(shù)據(jù)采集。主要建成以河、渠水位測量，田間墑情采集、雨水利用及雨量觀測，計量供水為主的信息采集系統(tǒng)。

(2)泵站、閘門控制。對重要部門的重要部位實現(xiàn)有人值守的計算機遠(yuǎn)程控制及無人值守的自動化控制。

(3)水量調(diào)度管理等應(yīng)用系統(tǒng)。包括灌區(qū)需配水計算及模擬、水量調(diào)度、決策支持。

(4)計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、會商等基礎(chǔ)信息平臺建設(shè)。

設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 灌區(qū)節(jié)水灌溉信息化系統(tǒng)

突出建設(shè)灌區(qū)節(jié)水灌溉信息化系統(tǒng)是灌區(qū)信息化建設(shè)的重點，建成以計算機應(yīng)用技術(shù)、集成化控制技術(shù)、測量自控技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、人工智能技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)溶一身的自動化監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)首先依據(jù)用水量需求數(shù)據(jù)采集，由數(shù)據(jù)總線傳至灌區(qū)用水信息數(shù)據(jù)中心并根據(jù)預(yù)置好的程序和策略進(jìn)行預(yù)處理，依據(jù)相關(guān)規(guī)程，作出用水信息管理決策，從而達(dá)到節(jié)約用水、科學(xué)灌溉的目的。

灌區(qū)節(jié)水灌溉信息化系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容主要包括:監(jiān)測系統(tǒng)信息組網(wǎng)設(shè)計;灌區(qū)用水?dāng)?shù)據(jù)采集及傳輸;數(shù)據(jù)采集總線路徑規(guī)劃和設(shè)計;中心數(shù)據(jù)機房設(shè)計;水位、田間監(jiān)測要素觀測設(shè)計;供配電系統(tǒng)設(shè)計;監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)計;節(jié)水灌溉決策支持系統(tǒng)設(shè)計等。

4 建成的信息化系統(tǒng)應(yīng)具備的功能

通常情況下，一個良好的灌區(qū)節(jié)水灌溉信息化系統(tǒng)的建成，應(yīng)該包括兩個子系統(tǒng)，即“灌區(qū)用水信息采集系統(tǒng)”和“灌區(qū)用水決策支持系統(tǒng)”，其組成示意圖如圖2所示。該系統(tǒng)建立后將全面實現(xiàn)數(shù)據(jù)量式化、決策化以及用水監(jiān)管自動化，從而對灌區(qū)水情、雨情、田間水層的監(jiān)測自動化，最終實現(xiàn)灌溉節(jié)約化。具體功能包括如下幾方面:

圖2 灌區(qū)節(jié)水灌溉信息化系統(tǒng)組成

(1)灌區(qū)的用水戶信息和渠系數(shù)據(jù)的管理實現(xiàn)動態(tài)化;

(2)灌區(qū)配水計劃的制定實現(xiàn)動態(tài)化;

(3)灌溉計劃、進(jìn)度、水費收繳的顯示實現(xiàn)動態(tài)化;

(4)灌區(qū)需水量的計算、用水統(tǒng)計及分類匯總實現(xiàn)動態(tài)化;

(5)灌區(qū)地理信息系統(tǒng)的管理實現(xiàn)動態(tài)化;

(6)灌區(qū)各單位利用計算機應(yīng)用系統(tǒng)為水戶提供灌溉量統(tǒng)計，實現(xiàn)計量到戶、統(tǒng)計到人;

(7)利用網(wǎng)絡(luò)資源，學(xué)習(xí)最新的灌溉技術(shù)、了解未來的發(fā)展方向、查詢當(dāng)前較為普及的灌溉產(chǎn)品、總結(jié)并積累灌區(qū)管理的先進(jìn)經(jīng)驗等;

(8)實現(xiàn)辦公自動化。使灌區(qū)管理工作正統(tǒng)化、高效化、節(jié)約化。

此外，為實現(xiàn)灌區(qū)渠系量水、動態(tài)配水以及水費征收等用水管理信息自動化，首先需要利用計算機及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，分析采集到的土壤、氣象、作物需用水狀況等信息，結(jié)合灌區(qū)蓄水、配水、輸水能力等方面，制定作物灌溉制度和用水計劃。在實施灌溉的過程中，管理系統(tǒng)還應(yīng)該根據(jù)采集到的各項信息的變化及時調(diào)整用水計劃。進(jìn)而實現(xiàn)對灌區(qū)水源及土壤分布、作物需水量、渠系配水結(jié)構(gòu)等進(jìn)行合理配置，優(yōu)化調(diào)度。

由于許多灌區(qū)設(shè)施安裝在野外，地理環(huán)境、氣象環(huán)境對設(shè)備的要求較高，尤其對防雨、防雷、防冰、防沙等環(huán)節(jié)尤為多加考量。所以，設(shè)備需要簡潔、實用、抗破壞等特性。例如，對大量偏遠(yuǎn)測流點，需實現(xiàn)水位的采集與存儲，考慮環(huán)境的限制(主要包括交通和能源等方面)，記錄儀表需具備無電工作狀態(tài)，以便完成長時間對灌溉用水計量統(tǒng)計的工作;對有電力供應(yīng)的重要閘口，需實現(xiàn)渠道過流量的實時傳送，根據(jù)實際部署，多利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、VPN技術(shù)、加密防病毒技術(shù)等，使系統(tǒng)具備實時、安全、開放、可靠、易擴展等特點。

5 總結(jié)

建立灌區(qū)節(jié)水灌溉信息化系統(tǒng)的成效主要包括:

(1)科學(xué)調(diào)度、節(jié)約用水。管理水平的提高和工程條件的改善將有效減少不必要的干渠輸水損失，可實現(xiàn)動態(tài)定量供水、提高水的利用率。

(2)節(jié)約管理成本、提高管理效率。不僅省時，還省工。

(3)進(jìn)一步為實行按量供水、計量收費、公開透明、高效合理打下良好基礎(chǔ)。

此外，需要說明的是，由于水利信息化技術(shù)在灌區(qū)節(jié)水灌溉工作中的很多環(huán)節(jié)尚處于起步和待開發(fā)階段，因此，應(yīng)注重循序漸進(jìn)、有效投資，緊密圍繞灌溉管理和工程管理制定實施細(xì)則。國內(nèi)的眾多高爾夫球場多引進(jìn)國外先進(jìn)的成套灌溉產(chǎn)品，而廣大農(nóng)村可根據(jù)我國國情和各地經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，采取簡單易行的節(jié)水灌溉技術(shù)。所以，利用水利信息化技術(shù)，以節(jié)水灌溉為宗旨，促進(jìn)灌區(qū)的改革和發(fā)展，需要因地制宜、量體裁衣，確定信息化主導(dǎo)方向，總結(jié)制定切實可行的戰(zhàn)略實施方案。