杭程光，李 偉，祝清震，韓文霆,2，黃玉祥

(1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2. 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西 楊凌 712100)

近年來，隨著我國北方地區(qū)持續(xù)干旱以及地下水的嚴(yán)重超采，農(nóng)業(yè)水資源的供需矛盾在不斷加劇[1-3]。根據(jù)我國農(nóng)業(yè)用水現(xiàn)狀及相關(guān)政策要求，合理高效地利用現(xiàn)有的水資源是農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，而水資源高效利用的信息化技術(shù)與管理是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)用水可持續(xù)發(fā)展的一種必要途徑[1,4]。因此，提高農(nóng)業(yè)用水信息化水平顯得尤為重要。

農(nóng)業(yè)用水信息化的目的是通過實(shí)現(xiàn)信息采集自動化、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)化、應(yīng)用服務(wù)智能化、決策支持最優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)水資源的最優(yōu)配置[5]。通過將水文信息數(shù)字化展現(xiàn)，利用計(jì)算機(jī)在可視化的條件下，對水管理活動作出科學(xué)的分析與預(yù)測，并依據(jù)水資源工程狀況和水資源配置計(jì)劃進(jìn)行模擬、分析和研究，為決策者提供科學(xué)、準(zhǔn)確、高效的信息支持，使之作出科學(xué)的決策，最終實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用[6-8]。

本文以內(nèi)蒙古河套灌區(qū)巴彥淖爾市磴口縣灌溉示范區(qū)為對象，在分析該地區(qū)用水信息化發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題的基礎(chǔ)上，結(jié)合西北地區(qū)黃河流域井渠結(jié)合灌溉的發(fā)展需求，提出促進(jìn)灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水信息化發(fā)展的對策與建議，旨在為提高我國旱區(qū)農(nóng)業(yè)用水信息化水平提供依據(jù)。

1 河套灌區(qū)用水信息化現(xiàn)狀分析

1.1 研究區(qū)域概況

河套灌區(qū)是中國的3大灌區(qū)之一[9,10]，總控制面積119萬hm2，其中灌溉面積約70萬hm2，年降水量為139～222 mm[11-13]。自三盛公水利樞紐工程建成后，南北兩岸修建總干渠約500 km，灌溉面積由20世紀(jì)50年代以前的16.67萬hm2擴(kuò)大到66.67萬hm2[14]。

河套灌區(qū)自20世紀(jì)70年代末就開展了以測流量水為主要目的的信息自動采集系統(tǒng)的研發(fā)工作。2003年12月，灌區(qū)正式開始實(shí)施信息化建設(shè)工程，并于2008年完成基礎(chǔ)設(shè)施配套工程建設(shè)[15]。

巴彥淖爾市位于河套平原的核心位置，是我國重要的商品糧生產(chǎn)基地。經(jīng)過長期的發(fā)展，目前該地區(qū)形成了總干渠、干渠、分干渠、支渠、斗渠、農(nóng)渠和毛渠七級阡陌縱橫、溝渠相連的灌溉網(wǎng)絡(luò)[16]。灌區(qū)的種植方式為一年一作，以種植牧草和玉米為主，葵花、小麥等作物為輔[13]。灌溉水源主要為黃河水，水質(zhì)較差，水體污染較為嚴(yán)重[17]。灌溉方式以井渠結(jié)合的灌溉方式為主，部分區(qū)域也采用滴灌、噴灌等灌溉方式。目前，該地區(qū)用水信息化正處于示范推廣階段。

1.2 灌區(qū)用水信息化發(fā)展的現(xiàn)狀分析

河套灌區(qū)用水信息化經(jīng)過近40年的發(fā)展，在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的自動獲取、渠系水情的自動檢測與配水控制、作物需水信息感知等方面取得顯著成效，如圖1所示。

圖1 河套灌區(qū)用水信息化技術(shù)研究現(xiàn)狀Fig.1 Present situation of development of information technology of Hetao irrigation area

(1)在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)自動獲取方面，灌區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了土地信息編碼、氣象信息、農(nóng)戶用水信息、支渠以上渠系水文信息等4個方面信息的獲取，主要包括：第一、灌區(qū)已完成示范區(qū)內(nèi)所有農(nóng)田作物種植類型信息、戶主信息、農(nóng)田面積等信息的編碼工作，形成了農(nóng)戶信息與地塊信息編碼圖，且農(nóng)戶用水協(xié)會能夠根據(jù)編碼圖對區(qū)域內(nèi)作物種植類型、渠系分布狀況等信息進(jìn)行監(jiān)管(編碼圖有效期為1 a)，同時可以對各個編碼單位的用水信息進(jìn)行評估與分析；第二、河套灌區(qū)水利總局能夠通過田間小氣候監(jiān)測系統(tǒng)(由氣象傳感器，氣象數(shù)據(jù)記錄儀，太陽能電池板以及氣象環(huán)境監(jiān)測軟件等組成)對種植區(qū)域內(nèi)的風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、氣壓、雨量、土壤溫濕度等常規(guī)氣象要素進(jìn)行采集與記錄，并通過分析采集到的信息優(yōu)化被監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的輸、配水過程，實(shí)現(xiàn)水資源的精量配置。該監(jiān)測系統(tǒng)僅在灌區(qū)部分試點(diǎn)進(jìn)行使用，尚未實(shí)現(xiàn)全面推廣；第三、農(nóng)戶能夠通過農(nóng)戶用水信息終端對各自農(nóng)田的用水信息進(jìn)行申報(bào)、反饋、舉報(bào)、后臺管理、稅費(fèi)核算以及查詢核實(shí)等，例如農(nóng)戶可以根據(jù)農(nóng)田的需水情況以及灌溉標(biāo)準(zhǔn)對灌溉需水量進(jìn)行申報(bào)；第四、灌區(qū)能夠通過自動閘門控制室對支渠以上渠系的水位、流速、流向、波浪等信息進(jìn)行連續(xù)采集，并結(jié)合氣象信息與水文信息對灌區(qū)的農(nóng)業(yè)用水進(jìn)行整體規(guī)劃。

(2)在渠系水情自動檢測與配水控制方面，灌區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了支渠及以上渠系閘門的自動控制、自動測流以及輸、配水的自動化。例如，灌區(qū)能夠采用超聲波傳感器通過非接觸式測量獲取閘前、閘后水位信息，同時根據(jù)流速以及閘門抬起高度計(jì)算瞬時流量、累積水量、判斷流態(tài)，為提高水的精量配置提供依據(jù)；水利調(diào)度中心能夠根據(jù)農(nóng)戶對用水信息的申報(bào)情況，通過激光閘位計(jì)對支渠閘門進(jìn)行自動控制，并通過閘位、水位、流量采集顯示單元實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)程采集與傳輸；能夠通過水文信息監(jiān)測站實(shí)時監(jiān)測支渠、分干渠以及干渠閘門前后的水流速度。

(3)灌區(qū)在作物需水信息感知方面的信息化發(fā)展還較為薄弱，主要通過土壤墑情信息來間接反映作物的需水信息。目前灌區(qū)能夠?qū)ν寥利}分信息、地下水位信息以及小麥地、玉米地、葵花地土壤水分信息進(jìn)行監(jiān)測，并通過獲取的信息結(jié)合渠系水情、氣象信息等建立了各類作物的灌溉制度。例如，以旱水年、平水年、豐水年為依據(jù)，制定了按輪次澆灌的灌溉制度。灌區(qū)以土壤墑情為依據(jù)，制定了土壤適宜含水率及灌溉標(biāo)準(zhǔn)。表1為壩楞區(qū)與沙壕區(qū)土壤適宜含水率及灌溉標(biāo)準(zhǔn)。

表1 壩楞區(qū)與沙壕區(qū)土壤適宜含水率及灌溉標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Suitable soil moisture content and water standard of Baleng and Shahao areas

1.3 河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水信息化發(fā)展存在的問題

在分析灌區(qū)用水信息化發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，探討了目前制約灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水信息化發(fā)展的問題。

(1)灌區(qū)經(jīng)過多年發(fā)展，形成了縱橫交錯的渠系網(wǎng)絡(luò)，然而斗渠、農(nóng)渠與毛渠等多為土渠，硬化程度較低，且各級渠系并無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，這不僅會增加灌溉過程中的輸水損失和田間損失，降低水資源的利用效率，使得灌溉過程難以實(shí)現(xiàn)水資源的精量配置[18]，而且導(dǎo)致渠系水文信息采集難度增大且準(zhǔn)確性變低，進(jìn)而降低輸、配水決策模型應(yīng)用的準(zhǔn)確程度。同時還會增加各級渠系測流、計(jì)量及閘門自動化控制設(shè)備配置的成本，增加用水信息化技術(shù)和裝備推廣的難度。

(2)目前灌區(qū)的輸、配水決策主要以土壤墑情和黃河水情為依據(jù)，缺乏先進(jìn)、適用的輸、配水決策模型。同時，灌區(qū)水利部門利用現(xiàn)代化設(shè)備對各級水資源的應(yīng)用情況及水文、氣候等信息進(jìn)行了大量的采集，但利用率較低。部分依靠人工采集到的信息的準(zhǔn)確度和實(shí)效性較低，不能滿足實(shí)時指導(dǎo)灌溉的需求。另外，部分信息主要通過模擬信號進(jìn)行傳遞，缺乏多元化的傳輸方式，這將會降低信息的時效性。

(3)目前，灌區(qū)重視高效用水信息化硬件設(shè)備的配置與開發(fā)工作，但缺乏有效地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、輸配水、作物需水信息感知等方面的管理軟件，制約了用水信息化水平的提高。

(4)長期以來，由于灌區(qū)缺乏用水信息化管理方面的專門人才，導(dǎo)致部分硬件設(shè)施和軟件系統(tǒng)難以充分發(fā)揮其效益。

(5)灌區(qū)內(nèi)土地集約化程度較低，作物分布情況復(fù)雜，且各類作物的需水情況并不一致，這增加了輸、配水自動控制的難度。同時，灌區(qū)農(nóng)戶受教育程度差異較大，為用水信息化設(shè)備的普及和推廣增添了難度。

2 灌區(qū)用水信息化發(fā)展的對策研究

提高農(nóng)業(yè)用水信息化的發(fā)展水平是解決河套灌區(qū)水資源匱乏及利用率低等問題的有效途徑之一。結(jié)合研究區(qū)域的地貌、資源、氣候等情況，從基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的自動獲取、信息傳輸及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建、自動化控制設(shè)備及信息化運(yùn)行與管理等5個方面[19]，提出了灌區(qū)用水信息化發(fā)展的對策。圖2給出了研究區(qū)域用水信息化發(fā)展的主要內(nèi)容。

圖2 河套灌區(qū)用水信息化發(fā)展主要內(nèi)容Fig.2 Information development model of water of Hetao irrigation area

2.1 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

完善的基礎(chǔ)設(shè)施是提高農(nóng)業(yè)用水信息化發(fā)展水平的前提條件，其主要包括硬件基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與軟件基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)兩個方面。

(1)硬件設(shè)施建設(shè)。渠系及閘口的規(guī)格不統(tǒng)一是制約灌區(qū)信息化發(fā)展的重要因素，因此灌區(qū)需要對各級渠系及閘口規(guī)格進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。例如，規(guī)定斗渠頂寬160 cm、深度70 cm，這不僅可以提高信息采集設(shè)備以及閘門自動控制設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化程度，降低信息采集與自動化設(shè)備配置的成本，同時也能夠提高信息采集的效率、準(zhǔn)確程度以及降低設(shè)備運(yùn)行管理方面的難度。渠系硬化程度較低會造成水資源輸送損失，降低信息采集的準(zhǔn)確程度。因此灌區(qū)需要采用混凝土、塑模、聚苯保溫板等材料對渠系進(jìn)行襯砌，實(shí)現(xiàn)輸水渠道的全程硬化，這不僅能夠提高用水信息采集的精確度，同時也可以減少水生植物的耗水量，減少輸水過程中的渠道溢流損失、渠道滲漏，提高輸水效率，使得渠系便于清理，減少在渠系疏通方面投入的人力、物力[20,21]。灌區(qū)局部地區(qū)已實(shí)現(xiàn)番茄、玉米、葵花、小麥等作物的膜下滴管，而膜下滴灌技術(shù)的用水效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于溝灌與渠系灌溉[22]。河套地區(qū)屬于水資源匱乏地區(qū)，且水質(zhì)較差，而滴灌/噴灌技術(shù)的發(fā)展不僅能夠緩解水資源匱乏帶來的用水壓力，同時能夠推動高效用水信息化技術(shù)的發(fā)展，因此需要逐步對滴灌/噴灌過程中所需要的管道網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行完善，從而為滴灌/噴灌技術(shù)在灌區(qū)的應(yīng)用提供基礎(chǔ)條件。

(2)軟件設(shè)施建設(shè)。完善的輸、配水決策模型是實(shí)現(xiàn)灌區(qū)用水信息化、水資源精量配置的核心技術(shù)。因此，灌區(qū)首先要根據(jù)已有的信息與資源初步建立灌溉用水的決策模型，并隨著農(nóng)業(yè)用水信息化系統(tǒng)的不斷完善以及作物需水信息檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，逐步對輸、配水決策模型進(jìn)行完善，最終實(shí)現(xiàn)用水的信息化管理。完善的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為各類水利信息的傳輸與交換提供了統(tǒng)一的平臺，是最重要的用水信息化基礎(chǔ)設(shè)施之一[23]，因此搭建完善的網(wǎng)絡(luò)平臺能夠有效地提高信息采集、傳輸、利用的效率，從而為灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水信息化水平的提高提供基礎(chǔ)條件。

2.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)自動獲取

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的自動獲取主要包括水情信息、作物需水信息的獲取等方面。完善的基礎(chǔ)信息獲取系統(tǒng)是提高用水信息化水平的基礎(chǔ)。

(1)水情信息的監(jiān)測。水情信息主要包括渠系水情及地下水情信息的監(jiān)測，檢測內(nèi)容主要包括水位、流量、地下水埋深、雨量、水質(zhì)等信息。①渠系水信息的獲取是輸、配水決策的前提條件。渠系水文信息監(jiān)測主要是對各級渠交匯點(diǎn)閘前、閘后系實(shí)時水量、流速等信息的監(jiān)測。對干渠、支干渠等大型渠系采用激光閘位計(jì)進(jìn)行測控，需要在各交互點(diǎn)建立自動閘門控制室，通過太陽能電池板或鋰電池進(jìn)行供電；對各支渠、斗渠等中型渠系采用明渠流量計(jì)進(jìn)行測量，閘門的開合采用自動控制終端通過電磁閥進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，系統(tǒng)供電采用太陽能電池以及鋰電池；農(nóng)戶用水采用IC智能水表進(jìn)行水量、電量的監(jiān)控，設(shè)備主要包括IC卡智能控制器、用戶卡、GPRS、無線模塊與電表，能夠?qū)崿F(xiàn)各次灌溉用電量、用水量、用電時間以及用水時間的實(shí)時監(jiān)測和控制[19]。上述信息主要通過閘位、水位、流量采集顯示單元，并利用水利網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集與傳輸。②地下水水文信息影響著灌區(qū)秋澆的時間以及秋澆量的大小，因此對地下水位進(jìn)行監(jiān)測十分必要。地下水水文信息監(jiān)測主要采用水位/水溫傳感器，加入遠(yuǎn)程測控終端，采用太陽能電池板和鋰電池板持續(xù)供電[19]，實(shí)現(xiàn)對地下水位、水溫等信息的實(shí)時監(jiān)控。同時根據(jù)灌區(qū)的特點(diǎn)，如河套灌區(qū)土地鹽堿程度較大，可適當(dāng)加入水質(zhì)傳感器，根據(jù)不同地區(qū)的水質(zhì)檢測結(jié)果采取相應(yīng)的凈化措施，從而減少由于水質(zhì)因素引發(fā)的土壤鹽堿化問題，降低其對農(nóng)作物的危害。

(2)作物需水信息的檢測。土壤物理特性、土壤水分狀態(tài)、氣象條件與作物種類及生長發(fā)育狀況是墑情和旱情監(jiān)測的四 大要素[24,25]。目前，灌區(qū)對作物需水信息的檢測主要是依靠土壤墑情進(jìn)行判斷，在沒有加入其他作物需水信息評價(jià)指標(biāo)的前提下，提高信息檢測的準(zhǔn)確性及信息的時效性是提高用水信息決策準(zhǔn)確性的必然途徑。①土壤墑情信息主要通過土壤墑情采集儀表，如TDR[26](時域反射型儀表)，加入遠(yuǎn)程控制及供電單元進(jìn)行測控。灌區(qū)可設(shè)置固定監(jiān)測站(長年監(jiān)測)、季節(jié)性監(jiān)測站(收獲后拆除)、移動監(jiān)測站(臨時性監(jiān)測站)[19]，對灌區(qū)農(nóng)田不同季節(jié)、不同地域、不同土壤層的含水率進(jìn)行測量。②僅僅依靠土壤墑情信息并不能實(shí)現(xiàn)作物需水信息的準(zhǔn)確決策，因此采用微氣象學(xué)法、水分平衡法相結(jié)合的方法，通過氣象綜合信息、土壤墑情信息反映作物的需水情況并指導(dǎo)灌溉過程中的高效用水是提高水資源利用率的有效措施[27,28]。為此，灌區(qū)可定點(diǎn)設(shè)立田間小氣候檢測系統(tǒng)，對空氣溫濕度、降水量、風(fēng)速等信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并結(jié)合氣象部門發(fā)布的氣象預(yù)警輔助區(qū)域內(nèi)的輸、配水決策。

作物需水信息評價(jià)指標(biāo)的完善程度是評價(jià)輸、配水決策模型及信息化程度的重要組成部分。現(xiàn)有研究表明，葉水勢、葉鮮重含水量、細(xì)胞液濃度和氣孔導(dǎo)度可以較好地反映作物需水信息及土壤水分狀況[28,29]。

2.3 信息的傳輸方式及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

(2)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。用水信息化發(fā)展需要各級單位相互結(jié)合，系統(tǒng)內(nèi)存在多級用戶，因此系統(tǒng)模式可選擇B/S架構(gòu)，采用Web的方式提供服務(wù)，即利用數(shù)據(jù)服務(wù)中心向用戶提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容服務(wù)[29,31]，在各級用戶中實(shí)現(xiàn)信息交流與傳輸，從而提高信息的利用率。

2.4 自動化控制設(shè)備

灌溉與信息采集的自動化設(shè)備是實(shí)現(xiàn)信息化的媒介，因此自動控制設(shè)備配置的不斷完善是推動信息化水平不斷發(fā)展的重要因素。自動控制設(shè)備主要包括信息采集的自動化控制設(shè)備和灌溉控制的自動化設(shè)備。

信息采集的自動化設(shè)備主要由各類傳感器、信號接收設(shè)備、記錄與發(fā)送設(shè)備、供電設(shè)備等部分組成，例如測量水流速度的流量計(jì)、測量土壤水分的墑情測試儀等。將采集到的信息通過無線網(wǎng)絡(luò)或區(qū)域組網(wǎng)傳輸?shù)娇刂平K端，通過數(shù)據(jù)控制中心進(jìn)行加工處理，反饋到其他控制終端，實(shí)現(xiàn)用水信息的決策與配置。

灌溉的自動化主要為各級渠系閘門的控制設(shè)備，主要由激光閘位計(jì)等自動控制設(shè)備，以及閘位傳感器、遠(yuǎn)程控制終端、監(jiān)測設(shè)備、水文信息監(jiān)測設(shè)備、信號發(fā)送與接收設(shè)備等構(gòu)成。灌溉自動化設(shè)備的主要功能是實(shí)現(xiàn)閘門的自動控制，對閘前、閘后水位、閘門提升高度等信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，同時根據(jù)水資源配置信息、作物需水信息以及灌溉情況等信息實(shí)現(xiàn)輸、配水過程的自動控制。

2.5 信息化運(yùn)行與管理系統(tǒng)

信息化運(yùn)行與管理系統(tǒng)的構(gòu)建主要包括信息化管理系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等3個方面。

(1)信息化管理系統(tǒng)。信息化管理系統(tǒng)是用水信息化系統(tǒng)運(yùn)行的平臺，其完善程度決定了用水信息化系統(tǒng)運(yùn)行過程的穩(wěn)定性與可靠性。信息化運(yùn)行與管理系統(tǒng)主要包括：信息管理系統(tǒng)、水務(wù)調(diào)度運(yùn)行系統(tǒng)、水務(wù)信息公開系統(tǒng)、運(yùn)行監(jiān)控管理系統(tǒng)、水信息遙測管理系統(tǒng)、灌溉預(yù)報(bào)系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)、灌溉用水決策支持系統(tǒng)等[32]。

信息管理系統(tǒng)的主要功能是對信息化建設(shè)過程中所需的各類信息進(jìn)行管理，主要包括水量的分配調(diào)度、作物信息(種類、面積、產(chǎn)量、生長等)、各級渠系的運(yùn)行狀態(tài)、氣象信息以及水利設(shè)施的供水狀態(tài)等。信息管理系統(tǒng)主要包括信息采集、傳輸、分析、歸類、存檔等模塊組成，通過這五大模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，為輸、配水決策模型提供服務(wù)，是實(shí)現(xiàn)灌區(qū)用水信息化的基礎(chǔ)。

我們的團(tuán)隊(duì)采用這種隧道內(nèi)游離輸尿管方法，結(jié)合經(jīng)典Wertheim手術(shù)的輸尿管內(nèi)側(cè)入路法，找到輸尿管入膀胱“輸尿管末端”的解剖標(biāo)志點(diǎn)，切除2 cm的膀胱宮頸韌帶，ligasure離斷子宮神靜脈和膀胱下靜脈的陰道支，解剖無血管區(qū)的膀胱陰道側(cè)間隙(paravesico vaginal space, PVVS；圖2)，完整向外推移輸尿管伴行，位于輸尿管下方的盆神經(jīng)叢；子宮頸主韌帶暴露在直視下，切除3 cm宮旁組織。2011年11月11日上述技術(shù)成功后，我們在國際手術(shù)同行透明監(jiān)督下，由探索性研究，延推2期注冊登記的標(biāo)準(zhǔn)化臨床研究。

水務(wù)調(diào)度運(yùn)行系統(tǒng)主要是根據(jù)各渠系的儲水、配水以及灌區(qū)的蓄水狀況，結(jié)合各類實(shí)時信息，采用人機(jī)交互的方式，實(shí)現(xiàn)水量分配的最優(yōu)化。該系統(tǒng)主要由灌溉預(yù)測、水資源優(yōu)化配置、渠系水文信息調(diào)控、灌溉配水、水資源管理等模塊組成。

水務(wù)信息公開系統(tǒng)是通過無線網(wǎng)絡(luò)/Internet等網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對灌區(qū)內(nèi)用水申報(bào)、匿名舉報(bào)、農(nóng)戶用水信息、水費(fèi)繳納、用水政策、水量分配情況等信息的統(tǒng)一管理。它是實(shí)現(xiàn)水量調(diào)度、繳費(fèi)信息透明化、公開化的基礎(chǔ)，是用水信息化發(fā)展的基本保證。

運(yùn)行監(jiān)控管理系統(tǒng)是通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)、衛(wèi)星遙感技術(shù)及自動控制技術(shù)對灌區(qū)內(nèi)各級渠系的閘門運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。該系統(tǒng)的運(yùn)行一般為閉環(huán)系統(tǒng)，為保證系統(tǒng)的安全性，一般采用半自動化控制。該系統(tǒng)對閘門自動控制主要是通過調(diào)度中心下達(dá)的指令和閘門控制器實(shí)現(xiàn)的。

水信息遙測管理系統(tǒng)的功能主要是實(shí)現(xiàn)對各遙測點(diǎn)降雨量、各級渠系及其上渠道入水口的水流、水位等情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。該系統(tǒng)主要包括信息采集與信息傳輸模塊。

灌溉預(yù)報(bào)系統(tǒng)是根據(jù)灌區(qū)各遙測點(diǎn)提供的水文信息、田間小氣候觀測站和氣象部門提供的氣象信息，結(jié)合作物生長信息以及灌溉制度，建立作物各生長期的輸、配水預(yù)測模型。同時對由于氣象原因造成的灌溉風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警，降低信息化輸配水的風(fēng)險(xiǎn)。

信息發(fā)布系統(tǒng)是指各灌區(qū)水利總局調(diào)度中心通過對數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行綜合分析，完善灌溉模式與灌溉制度，同時將各類用水信息、墑情、氣象以及相關(guān)政策法規(guī)等信息進(jìn)行公示，指導(dǎo)下級水利部門及農(nóng)戶進(jìn)行科學(xué)灌溉的過程。

灌溉用水決策支持系統(tǒng)通過人機(jī)交互模式，綜合分析以上各系統(tǒng)反饋的信息，實(shí)現(xiàn)灌溉用水的最優(yōu)化配置，進(jìn)行水量的調(diào)度與配比，提高灌區(qū)水資源的利用效率。

(2)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)信息化系統(tǒng)運(yùn)行過程中所需的作物、水、氣象、灌溉等信息的實(shí)時更新、分析、存儲等，主要包括動態(tài)信息數(shù)據(jù)庫、決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫、工程運(yùn)行數(shù)據(jù)庫等[31]，它是優(yōu)化輸配水決策模型和完善信息化系統(tǒng)的基礎(chǔ)。其中，決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫在用水信息化系統(tǒng)中占據(jù)重要作用。

決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫主要包括的內(nèi)容有：農(nóng)作物資料庫、土壤數(shù)據(jù)資料庫、監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、氣象資料數(shù)據(jù)庫、灌溉數(shù)據(jù)庫、現(xiàn)有設(shè)備數(shù)據(jù)庫等[19,26,31]。該系統(tǒng)能夠提供作物、土壤、氣象等方面的實(shí)時信息、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、歷史信息，通過對這些信息進(jìn)行分析與利用，能夠有效地優(yōu)化信息化系統(tǒng)的各個模塊，提升信息化系統(tǒng)完善程度與穩(wěn)定性。

3 結(jié) 語

本文通過探討內(nèi)蒙古巴彥淖爾市磴口縣灌溉示范區(qū)在農(nóng)業(yè)用水信息化發(fā)展過程中存在的問題，提出了相應(yīng)的解決對策，可以為河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水信息化的發(fā)展提供參考。

結(jié)合灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水信息化的發(fā)展需求，提出以下建議：第一，作物需水信息感知的準(zhǔn)確性是評價(jià)灌溉輸、配水決策模型可靠性的主要依據(jù)，然而目前灌區(qū)評價(jià)作物需水狀況的指標(biāo)單一，準(zhǔn)確性較低，因此完善作物需水信息評價(jià)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)高效用水的重要研究課題；第二，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、3S技術(shù)、無人機(jī)等新技術(shù)的不斷發(fā)展，其在農(nóng)業(yè)用水信息化領(lǐng)域應(yīng)用的潛力很大，迫切需要加大應(yīng)用和推廣的力度。同時，應(yīng)重視對現(xiàn)有信息化系統(tǒng)的利用，以提高用水的效率和效益；第三，目前灌區(qū)土地集約化程度較低、信息化管理人員的缺乏是制約用水信息化發(fā)展的重要因素。因此，需要利用國家相關(guān)政策，不斷提高土地的集約化程度，降低用水信息化技術(shù)與裝備推廣的成本；同時，積極引進(jìn)信息化管理方面的人才，推動灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水信息化事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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