高歡凱，李新杰

(1.陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計研究院，陜西西安710018；2.陜西省引漢濟(jì)渭工程建設(shè)有限公司，陜西西安710100)

0 引言

黨的十九大以來，大中型灌區(qū)建設(shè)發(fā)展深入落實“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的新時代水利工作方針和水資源、水生態(tài)、水環(huán)境、水災(zāi)害統(tǒng)籌治理的治水新思路，圍繞水利部“補短板、強監(jiān)管”的要求，實施了一批卓有成效的泵站改造、灌區(qū)改造、農(nóng)村水價改革等項目。目前部分灌區(qū)在提升改造的過程中已逐步實現(xiàn)集灌區(qū)信息感知、傳輸及應(yīng)用于一體的智能化管理，但大多數(shù)灌區(qū)信息化建設(shè)相對滯后，亟需從深化設(shè)計出發(fā)，進(jìn)一步加快落實智慧灌區(qū)建設(shè)步伐，使信息化作為灌區(qū)現(xiàn)代化管理的主要手段。以西北地區(qū)某灌區(qū)信息化建設(shè)實例為背景，本文主要從設(shè)計出發(fā)，闡述在灌區(qū)提升改造工程信息化建設(shè)過程中的幾點思考。

1 實例背景

實例灌區(qū)始建于上世紀(jì)50年代，于20世紀(jì)80、90年代開展了大規(guī)模的改擴(kuò)建工程，屬于二等灌區(qū)，承擔(dān)約16.95萬人的農(nóng)田灌溉任務(wù)，有效灌溉面積達(dá)18.4萬畝。十三五期間，該灌區(qū)分區(qū)域試點進(jìn)行了高效灌溉與灌區(qū)自動化初步建設(shè)，田間部分采用管灌、滴灌等方式實施高效灌溉，并分區(qū)域針對干渠、斗渠位置新建節(jié)制閘、泄水閘等一體化閘門和水位、流量、視頻等遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制系統(tǒng)試點。

2 存在問題

近年來，受城市發(fā)展影響，該灌區(qū)信息化建設(shè)略顯滯后，存在以下問題：

(1)分區(qū)域獨立開展灌區(qū)自動化建設(shè)，缺少統(tǒng)籌安排與整體布局，運行管理效率較低。

(2)已建閘閥自動化控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源分散，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，資源整合利用率不夠。

(3)灌區(qū)信息化建設(shè)較為封閉，與水利其他業(yè)務(wù)部門及環(huán)保、國土等部門資源共享程度不高。

(4)灌區(qū)灌溉與工業(yè)用水收費仍采用傳統(tǒng)人工方式，服務(wù)手段落后，現(xiàn)代化管理水平較低。

3 設(shè)計思路

結(jié)合灌區(qū)中心工作和業(yè)務(wù)需求，充分利用新一代信息技術(shù)，聚焦灌區(qū)調(diào)度、工程運行、智能灌溉、應(yīng)急處置、便民服務(wù)等，實現(xiàn)灌區(qū)信息的遠(yuǎn)程監(jiān)測與工程的遠(yuǎn)程調(diào)度；通過建立標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的灌區(qū)信息化應(yīng)用支撐環(huán)境，整合各類有效地數(shù)據(jù)資源，構(gòu)建“智慧灌溉一張圖”；通過研發(fā)灌區(qū)綜合監(jiān)控、水費計收、綜合業(yè)務(wù)管理的應(yīng)用系統(tǒng)，全方位多角度實現(xiàn)實時監(jiān)控、動態(tài)監(jiān)視、動態(tài)管理、決策分析、科學(xué)調(diào)度，切實提高灌區(qū)運行管理水平和生產(chǎn)效益，為服務(wù)農(nóng)村發(fā)展、農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收提供有力的技術(shù)支撐。

3.1 智慧感知的灌區(qū)在線監(jiān)測系統(tǒng)

在灌區(qū)取水口、分水口、渠道主要節(jié)點等位置布設(shè)監(jiān)測點，利用水位計、流量計、壓力變送器、氣象監(jiān)測站等物聯(lián)感知設(shè)備，實現(xiàn)對水位、流量、壓力、水質(zhì)、氣象等數(shù)據(jù)的實時采集。

3.2 無人值守的灌區(qū)閘閥控制系統(tǒng)

在取水閘、檢修閥、泄水閥、調(diào)節(jié)閥等位置設(shè)遠(yuǎn)程控制箱，通過對電氣設(shè)備現(xiàn)地控制柜數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，配置網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，利用光纖網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)地采集數(shù)據(jù)傳輸至調(diào)度管理中心，實現(xiàn)閘閥運行狀態(tài)的監(jiān)測及遠(yuǎn)程控制。

圖1 灌區(qū)信息化總體框架

圖2 物聯(lián)感知在線監(jiān)測結(jié)構(gòu)圖

圖3 灌區(qū)閘閥監(jiān)測與控制結(jié)構(gòu)圖

3.3 直觀可視的灌區(qū)安全防護(hù)管控系統(tǒng)

利用視頻采集技術(shù)，通過在關(guān)鍵位置布設(shè)視頻監(jiān)控點，實現(xiàn)對灌區(qū)運行情況的遠(yuǎn)程可視化管理，便于管理人員直觀地了解現(xiàn)場情況，提升灌區(qū)安全防護(hù)水平。

3.4 安全穩(wěn)定的灌區(qū)通信傳輸網(wǎng)絡(luò)

采用分級管理的通信網(wǎng)絡(luò)模式，以灌區(qū)管理中心為信息網(wǎng)絡(luò)中心，灌區(qū)分中心設(shè)網(wǎng)絡(luò)匯聚點，以取水口、分水口等為主要節(jié)點，實現(xiàn)信息的分級、分層管理、均衡負(fù)載，減輕通信鏈路負(fù)擔(dān)和設(shè)備配置開銷，合理配置服務(wù)器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

3.5 集中統(tǒng)一的灌區(qū)管理中心

建立集遠(yuǎn)程監(jiān)控、視頻會商、多功能會議于一體的綜合會商室；建立集數(shù)據(jù)存儲、環(huán)境支撐于一體的智慧化數(shù)據(jù)中心機(jī)房；建立集宣傳展示、水費征收、業(yè)務(wù)服務(wù)于一體的現(xiàn)代化服務(wù)大廳。

3.6 共用共享的灌區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺

全面構(gòu)建“智慧灌區(qū)一張圖”，建立符合灌區(qū)實際的綜合監(jiān)管、量測水管理、工程運行管理等業(yè)務(wù)應(yīng)用，全面提升領(lǐng)導(dǎo)決策、科學(xué)研判分析、服務(wù)公眾信息需求的支撐能力。灌區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺主要包括以下六大系統(tǒng)：

1)灌區(qū)運行綜合監(jiān)控系統(tǒng)

灌區(qū)監(jiān)測與控制系統(tǒng)采用分級控制，分別在灌區(qū)管理中心與管理分中心建立監(jiān)測控制系統(tǒng)。管理中心實現(xiàn)對整個灌區(qū)范圍數(shù)據(jù)的監(jiān)測與控制；分中心系統(tǒng)主要完成對管理范圍的監(jiān)測與控制，并充分考慮已建與待建信息化系統(tǒng)融合，預(yù)留訪問接口，最終實現(xiàn)覆蓋整個灌區(qū)的自動化監(jiān)測與控制系統(tǒng)。

2)灌區(qū)量測水管理系統(tǒng)

量測水管理系統(tǒng)通過對水位、流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，借助大規(guī)模深度算法，實時計算獲得管渠高精度流量信息，實現(xiàn)對監(jiān)測點水量實時監(jiān)測、渠道用水量查詢匯總，為灌區(qū)水資源科學(xué)合理調(diào)度、配置好農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生態(tài)用水，從而改善灌區(qū)經(jīng)濟(jì)狀況提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

3)灌區(qū)水費計收管理系統(tǒng)

建立一套支持刷卡、微信、支付寶、銀聯(lián)等多途徑繳費的水費計收管理軟件，提升灌區(qū)社會公眾服務(wù)能力。

4)灌區(qū)工程建設(shè)管理系統(tǒng)

對灌區(qū)已建水利工程設(shè)施的管理，包括溝渠相關(guān)的基本情況、渠道技術(shù)參數(shù)、渠道險工險段、排水溝道情況；此外還包括大壩、渠首、水閘、渡槽、涵洞等建筑物信息。通過將工程文檔、照片、圖紙、多媒體資料等與地理信息技術(shù)有機(jī)地融合在一起，實現(xiàn)對溝渠、建筑物等信息的快速查詢、維護(hù)，并能夠生成業(yè)務(wù)管理所需的統(tǒng)計圖表，從而提高灌區(qū)工程管理的標(biāo)準(zhǔn)化水平。

5)灌區(qū)辦公自動化系統(tǒng)

旨在改變傳統(tǒng)辦公模式，提高各級管理單位工作效率，系統(tǒng)應(yīng)具備公文、會議、事項審批等基本功能，可根據(jù)灌區(qū)的實際需要，優(yōu)先考慮購買相應(yīng)成熟的商用軟件，從而實現(xiàn)傳統(tǒng)辦公向無紙化辦公、移動辦公的轉(zhuǎn)變，提升各級單位的管理水平。

6)灌區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用門戶

實現(xiàn)對灌區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的集成統(tǒng)一，采用電腦端與移動端相結(jié)合的方式基于“灌區(qū)一張圖”，實現(xiàn)對灌區(qū)水情監(jiān)測、生態(tài)監(jiān)管、視頻監(jiān)控、工程分布等的綜合展示，并能夠結(jié)合管理人員決策，更加準(zhǔn)確地向其展示所關(guān)注的信息內(nèi)容。

4 幾點思考

結(jié)合灌區(qū)實例，按照灌區(qū)現(xiàn)代化要求，以解決大多數(shù)灌區(qū)智慧管理為宗旨，信息化設(shè)計中應(yīng)著重關(guān)注以下幾點：

(1)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，立足頂層設(shè)計

近年來，在水利發(fā)展總基調(diào)的推動下，灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程建設(shè)得到推進(jìn)，灌區(qū)、泵站標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化建設(shè)取得了一定效果。但部分灌區(qū)在信息化的建設(shè)過程中，缺少統(tǒng)籌全局的認(rèn)識，往往為了短期效益“今天建一點，明天修一塊”，各系統(tǒng)相對獨立，運行維護(hù)不便，且存在重復(fù)投資、資源浪費等問題。

圖4 灌區(qū)通信傳輸網(wǎng)絡(luò)

灌區(qū)信息化要從當(dāng)?shù)靥厣霭l(fā)，從灌區(qū)長遠(yuǎn)發(fā)展的實際需要出發(fā)，統(tǒng)籌考慮灌區(qū)供水、用水、排水及水生態(tài)等各項業(yè)務(wù)工作，立足頂層設(shè)計，構(gòu)建灌區(qū)江河渠溝水系、水利基礎(chǔ)設(shè)施體系、管理運行體系三位一體的網(wǎng)絡(luò)平臺，建設(shè)各層級、各專業(yè)和相關(guān)行業(yè)的大數(shù)據(jù)，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的業(yè)務(wù)支撐、決策支持、公共服務(wù)的大系統(tǒng)，從而引領(lǐng)一段時期內(nèi)灌區(qū)現(xiàn)代化發(fā)展。

(2)要充分挖掘已有資源，提高資源利用率

充分考慮灌區(qū)信息化已有的軟硬件資源與數(shù)據(jù)資源，充分運用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、人工智能、5G、BIM、電子簽章、區(qū)塊鏈等技術(shù)，對資源進(jìn)行整合，提升資源的管理水平與利用水平。

(3)積極推進(jìn)與水利行業(yè)及其他部門的廣泛共享

灌區(qū)管理是水利業(yè)務(wù)的重要組成，對水資源開發(fā)利用、水資源調(diào)配、水利工程協(xié)調(diào)、農(nóng)業(yè)發(fā)展具有不可忽視的作用。灌區(qū)業(yè)務(wù)往往與水資源、水利工程、農(nóng)村水利、防洪等水利部門及環(huán)保、國土、氣象等其他部門緊密相關(guān)。

灌區(qū)信息化要本著節(jié)約投資的原則，充分利用其他部門已有的數(shù)據(jù)資源，必要時可通過建立網(wǎng)絡(luò)專線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享交換。此外，建立灌區(qū)資源管理平臺，形成灌區(qū)資源服務(wù)目錄，能夠為其他部門提供所需的灌區(qū)業(yè)務(wù)資源，從而貫徹水利部“落實大數(shù)據(jù)共治共享任務(wù)”的要求。

(4)灌區(qū)信息化要以服務(wù)為核心，全面保障農(nóng)業(yè)發(fā)展

灌區(qū)建設(shè)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要保障，新時期灌區(qū)信息化建設(shè)不應(yīng)停留在管理方面建設(shè)，更要注重灌區(qū)服務(wù)水平的提升，田間灌溉要智能化、自動化和節(jié)約化，水費計收要安全、便捷化和人性化，使社會公眾真正體驗到灌區(qū)信息化帶來的便捷。

5 結(jié)語

按照水利部對灌區(qū)發(fā)展的要求，“十四五”期間將實施一批大型灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造項目，項目建設(shè)應(yīng)注重“提能力、強監(jiān)管”的信息化手段，從頂層設(shè)計、資源利用、業(yè)務(wù)共享、灌區(qū)服務(wù)等方面建立有效、可行的思路，全面支撐智慧灌區(qū)建設(shè)。