趙來生　趙長明

摘要：全面推進(jìn)數(shù)字灌區(qū)建設(shè)是實(shí)現(xiàn)灌區(qū)智慧水利的重要內(nèi)容，本文從引青灌區(qū)實(shí)際出發(fā)，立足于灌區(qū)現(xiàn)狀，對灌區(qū)數(shù)字化發(fā)展進(jìn)行了需求分析，并找到了灌區(qū)數(shù)字化發(fā)展的目標(biāo)及方向，對于大中型灌區(qū)數(shù)字化灌區(qū)建設(shè)起到了一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：灌區(qū)；數(shù)字化；發(fā)展；目標(biāo)；方向

盧龍縣引青灌區(qū)位于河北省盧龍縣青龍河?xùn)|岸，以青龍河水作為主要水源。灌區(qū)總面積4.25萬hm2，設(shè)計(jì)灌溉面積2.4萬hm2，灌溉保證率50%。1999年，引青灌區(qū)順利納入全國大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目，自1999年開始改造，經(jīng)過十余年改造工程，引青灌區(qū)的骨干渠系得到進(jìn)一步完善，主干渠輸水能力增強(qiáng)，各個(gè)分干得到疏浚和延長，新增、改造了若干渠系建筑物，使得灌區(qū)灌溉面積不斷增加，水量分配、管理調(diào)度能力進(jìn)一步加強(qiáng)。2021 年6 月28 日，李國英部長在水利部召開“三對標(biāo)、一規(guī)劃”專項(xiàng)行動總結(jié)大會中提出，推進(jìn)智慧水利建設(shè)，按照“需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力”要求，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主線，構(gòu)建數(shù)字孿生流域，開展智慧化模擬，支撐精準(zhǔn)化決策，全面推進(jìn)算據(jù)、算法、算力建設(shè)，加快構(gòu)建具有預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能的智慧水利體系，推動新階段水利高質(zhì)量發(fā)展。因此，全面推進(jìn)數(shù)字灌區(qū)建設(shè)在國家政策上是勢在必行的。

1 引青灌區(qū)數(shù)字化現(xiàn)狀

引青灌區(qū)現(xiàn)有信息中心1處（引青灌區(qū)管理處）、信息分中心7處（包括：秀各莊渠首管理站、大嶺管理站、棋盤山管理站、武家溝管理站、十八里管理站、楊山溝管理站、黃家村管理站），信息中心軟硬件設(shè)備運(yùn)行正常；已建29處水情監(jiān)測點(diǎn)，其中部分設(shè)備由于建設(shè)時(shí)間較久，設(shè)備損壞或老化，無法正常運(yùn)行；已建9處雨量監(jiān)測點(diǎn)、9處視頻監(jiān)視系統(tǒng)，設(shè)備運(yùn)行正常；已建灌區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)2套，分別為灌區(qū)信息采集處理系統(tǒng)、灌區(qū)量測水管理系統(tǒng)，目前軟件系統(tǒng)運(yùn)行正常。

目前灌區(qū)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要是通過租用運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)和局部自建光纖，形成了信息傳輸、處理的重要通道。信息中心與下屬管理站所通過VPN組建局域網(wǎng)，管理站所附近的視頻通過自建光纖與管理站所進(jìn)行信息傳輸。水雨情監(jiān)測站通過租用GPRS / 4G網(wǎng)絡(luò)與信息中心進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

灌區(qū)經(jīng)過前期數(shù)字化的建設(shè)，軟件具備信息采集監(jiān)測、水量統(tǒng)計(jì)、實(shí)時(shí)水位、流量的查閱功能，提高了管理人員的水量計(jì)算效率，減輕了勞動強(qiáng)度。通過建設(shè)水情監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了渠首及部分分干渠、管理段交接水?dāng)嗝娴乃烤_計(jì)量。通過建設(shè)雨情監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測灌區(qū)各片區(qū)降雨情況，為灌區(qū)灌溉管理提供了輔助決策。通過建設(shè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可查看渠道水位、重要建筑物及管理站周邊環(huán)境，為工程運(yùn)行及管理站工作人員安全提供了保障。

灌區(qū)數(shù)字化系統(tǒng)建成以來，在用水管理、工程管理、防汛抗旱、水資源優(yōu)化調(diào)配等方面發(fā)揮了重要的作用，取得了一定的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，但是隨著現(xiàn)代化科技的不斷發(fā)展，目前灌區(qū)數(shù)字化建設(shè)還存在以下問題：

（1）現(xiàn)有的信息采集體系還不完善，采集種類不全、覆蓋范圍有限，信息的數(shù)字化和規(guī)范化程度不高，能夠提供網(wǎng)絡(luò)共享的信息較少；

（2）灌區(qū)未進(jìn)行過閘門自動化控制的建設(shè)，調(diào)配水效率低下。水利工程自動監(jiān)視系統(tǒng)的建設(shè)還處于起步階段，缺乏應(yīng)急搶險(xiǎn)能力；

（3）灌區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)及信息服務(wù)體系建設(shè)不夠完善，現(xiàn)有系統(tǒng)平臺功能有限，只具備簡單的信息采集監(jiān)測、水量統(tǒng)計(jì)、實(shí)時(shí)水位、流量的查閱功能，不能為灌區(qū)優(yōu)化調(diào)度提供輔助決策。

（4）支撐水利各類業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)力度不夠，系統(tǒng)及信息安全體系建設(shè)薄弱。水利通信網(wǎng)絡(luò)不夠完善，在覆蓋范圍和容量上無法滿足數(shù)字化發(fā)展需求。

2 引青數(shù)字化需求分析

引青灌區(qū)經(jīng)過多年的發(fā)展建設(shè)，雖然已建設(shè)數(shù)字化，但社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，以及新時(shí)期新形勢對灌區(qū)發(fā)展提出的要求越來越高，灌區(qū)歷史遺留問題和與新時(shí)期發(fā)展不相適應(yīng)問題也越來越突出，逐漸成為后續(xù)灌區(qū)發(fā)展建設(shè)，落實(shí)“水利工程補(bǔ)短板，水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”的重大制約因素。主要包括以下幾個(gè)方面的主要問題：

2.1 立體感知體系需求分析

灌區(qū)現(xiàn)有的信息采集體系還不完善，采集種類不全、覆蓋范圍有限，信息的數(shù)字化和規(guī)范化程度不高，能夠提供網(wǎng)絡(luò)共享的信息較少。

引青灌區(qū)前期只在渠首及部分干支渠、管理段交接水?dāng)嗝娼ㄔO(shè)了自動化計(jì)量設(shè)施，共29處。目前引青灌區(qū)主要的干支渠計(jì)量點(diǎn)共計(jì)62處，由于自動化量測設(shè)備覆蓋不全面，目前大部分渠道仍然采用人工測量，測水員現(xiàn)場讀取水位及流速數(shù)據(jù)，依據(jù)面積法換算出流量值，耗時(shí)、耗力，且觀測的數(shù)據(jù)精確度及時(shí)效性較差，導(dǎo)致實(shí)際灌區(qū)用水量測量不精準(zhǔn)。為提高灌區(qū)量測水精確度及時(shí)效性，需要在灌區(qū)主要的干支渠配水口補(bǔ)充33處水情自動監(jiān)測系統(tǒng)。

目前灌區(qū)的信息采集的種類主要局限在水位、流量、雨量等要素監(jiān)測。缺乏對引水水質(zhì)情況的監(jiān)測。為了提升對突發(fā)水質(zhì)污染事故的預(yù)警與處置能力，需要在渠首引水口建設(shè)1處水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)。

2.2 自動控制體系需求分析

灌區(qū)未進(jìn)行過閘門自動化控制的建設(shè)，調(diào)配水效率低下。水利工程自動監(jiān)視系統(tǒng)的建設(shè)還處于起步階段，缺乏應(yīng)急搶險(xiǎn)能力。

引青灌區(qū)現(xiàn)有主干渠1條，分干渠12條。目前干渠/分干渠上多數(shù)閘門為手動啟閉，部分閘門采用電動啟閉。灌區(qū)還未進(jìn)行過閘門自動化控制的建設(shè)，閘門啟閉還需要工作人員前往閘門操作間進(jìn)行操作。灌溉季節(jié)配水以及暴雨季節(jié)需要頻繁啟動閘門，工作人員奔赴現(xiàn)場啟動閘門時(shí)需要一定時(shí)間，時(shí)效性較差，導(dǎo)致灌區(qū)日常調(diào)配水效率低下。同時(shí)工作人員在惡劣的環(huán)境下奔赴現(xiàn)場也存在人身安全隱患。對灌區(qū)內(nèi)關(guān)鍵引（配）水閘實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地和遠(yuǎn)程自動化控制，共計(jì)17處（23孔），并實(shí)現(xiàn)對閘的工作狀況和引（配）水情況的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視等功能，建設(shè)13處視頻監(jiān)控，以提高灌區(qū)配水調(diào)度管理手段和水平。

灌區(qū)下屬有8個(gè)管理站，主要負(fù)責(zé)灌區(qū)內(nèi)干支渠口以上骨干水利工程的檢查、觀測、維護(hù)及安全運(yùn)行；負(fù)責(zé)灌區(qū)灌溉用水調(diào)配等工作。目前各管理站所圍內(nèi)的安防設(shè)施不夠完善，部分管理站尚未建設(shè)安防設(shè)施。存在水安全、工程安全和管理站所的安全隱患。建設(shè)配套的視頻監(jiān)視系統(tǒng)8處，提高工程管理及站所安全防范水平。

2.3 智能應(yīng)用體系需求分析

灌區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)不夠完善，現(xiàn)有系統(tǒng)平臺功能還有限，只具備簡單的信息采集監(jiān)測、水量統(tǒng)計(jì)、實(shí)時(shí)水位、流量的查閱功能，不能為灌區(qū)優(yōu)化調(diào)度提供輔助決策。

目前灌區(qū)供水季節(jié)主要是“憑經(jīng)驗(yàn)”進(jìn)行用水計(jì)劃及調(diào)度，灌溉用水效率低，不能保證用水及時(shí)性；水費(fèi)收繳仍然采用人工管理手動計(jì)算的模式，存在著工作開展慢、計(jì)收不透明、數(shù)據(jù)查詢檢索困難、統(tǒng)計(jì)誤差大等問題。缺少全灌區(qū)水利工程分布電子地圖，對水利工程尚無法做到工程位置和確權(quán)劃界上電子圖，屬性數(shù)據(jù)入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的臺賬式數(shù)字化管理；為進(jìn)一步提高灌區(qū)的工作效率，提升灌溉管理水平，優(yōu)化水資源配置。需建設(shè)相應(yīng)的配水調(diào)度管理系統(tǒng)、水費(fèi)計(jì)收管理系統(tǒng)、灌區(qū)管理一張圖系統(tǒng)、灌區(qū)工程管理系統(tǒng)、閘站監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)，并對灌區(qū)原有數(shù)字化系統(tǒng)平臺進(jìn)行升級。

2.4 信息服務(wù)體系需求分析

由于基層水管單位電腦普及率不高，且人員操作能力有限，在灌溉季節(jié)，基層水管工作人員基本不在電腦旁，量測水記錄、用水需求信息、引配水信息、水費(fèi)情況以及工程運(yùn)行情況等信息不能及時(shí)、準(zhǔn)確地反饋給主管領(lǐng)導(dǎo)與農(nóng)戶，同時(shí)，渠道所處地形復(fù)雜、水利建筑物分布比較分散等原因，實(shí)現(xiàn)有線的監(jiān)控管理難度很大。為便于管理人員宏觀管理并監(jiān)督水費(fèi)收繳，同時(shí)方便基層水管工作的順利開展，更好地為廣大農(nóng)戶服務(wù)，借助移動智能終端應(yīng)用APP。

由于灌區(qū)水費(fèi)收繳仍然采用人工管理手動計(jì)算的模式，存在著計(jì)收不透明、數(shù)據(jù)查詢檢索困難等問題。為了便于用水戶、管理人員了解灌區(qū)水情、水費(fèi)計(jì)收等情況，需要借助灌區(qū)的官方微信公眾服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)水情、水費(fèi)、灌溉等情況的信息推送，便于用水戶查詢應(yīng)交水費(fèi)與交費(fèi)情況，擴(kuò)展了水量、水價(jià)、水費(fèi)“三公開”，提高水費(fèi)收取的透明度。

2.5 支撐保障體系需求分析

支撐水利各類業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)力度不夠，系統(tǒng)及信息安全體系建設(shè)薄弱；水利通信網(wǎng)絡(luò)不夠完善，在覆蓋范圍和容量上無法滿足數(shù)字化發(fā)展需求。

目前灌區(qū)通信機(jī)房配置了2臺服務(wù)器（IBM System x3650，2016年項(xiàng)目安裝）、1臺UPS電源6K、1臺中心VPN、1臺8口LCD KVM切換器；信息中心數(shù)據(jù)存儲設(shè)備容量有限，且缺少相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)，存在網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)。為滿足灌區(qū)業(yè)務(wù)擴(kuò)展及現(xiàn)代化發(fā)展需求，需對現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)中心進(jìn)行擴(kuò)容，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全等保建設(shè)，為各應(yīng)用系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供安全保障。

目前灌區(qū)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要是通過租用運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)和局部自建光纖，形成了信息傳輸、處理的重要通道。信息中心與下屬管理站所通過VPN組建局域網(wǎng)，管理站所附近的視頻通過自建光纖與管理站所進(jìn)行信息傳輸。水雨情監(jiān)測站通過租用GPRS / 4G網(wǎng)絡(luò)與信息中心進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。一定程度上滿足了灌區(qū)前期管理的需要。但信息中心及下屬各管理站所網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)時(shí)間較長，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)帶寬已無法滿足新業(yè)務(wù)的信息傳輸需求，需要對信息中心及各管理站通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級擴(kuò)容。閘門控制信號要求實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性強(qiáng)，視頻信號數(shù)據(jù)量大，傳輸距離遠(yuǎn)，且控制系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)需要與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隔離，確保網(wǎng)絡(luò)環(huán)境安全，因此要實(shí)現(xiàn)新建閘門控制、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)的信息傳輸。需要自建光纖39km，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控。

3 引青灌區(qū)發(fā)展目標(biāo)及方向

引青灌區(qū)數(shù)字化建設(shè)按照“需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力”要求，以灌區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用為導(dǎo)向，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主線，在灌區(qū)已建數(shù)字化平臺的基礎(chǔ)上重點(diǎn)開展灌區(qū)業(yè)務(wù)管理軟件系統(tǒng)的升級擴(kuò)展，補(bǔ)充水情監(jiān)測站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)灌區(qū)骨干渠道水量計(jì)量信息自動監(jiān)測率100%全覆蓋；補(bǔ)充閘門自動控制站點(diǎn)和視頻監(jiān)控站點(diǎn)，完善通信網(wǎng)絡(luò)，建立網(wǎng)絡(luò)安全可靠的保障體系，初步建成骨干渠系水閘自動化控制及配套視頻監(jiān)控系統(tǒng)，骨干渠道閘站遠(yuǎn)程監(jiān)控率達(dá)到32.08%；強(qiáng)化灌區(qū)一張圖在灌區(qū)業(yè)務(wù)管理方面的應(yīng)用，使灌區(qū)業(yè)務(wù)系統(tǒng)用率達(dá)到75%，為構(gòu)建具有預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能的數(shù)字化引青灌區(qū)進(jìn)一步夯實(shí)基礎(chǔ)。

3.1 提升灌區(qū)業(yè)務(wù)管理數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化的水平

按照“統(tǒng)一整合，優(yōu)化資源”的原則，在已建數(shù)字化軟件平臺的基礎(chǔ)上，充分結(jié)合灌區(qū)日常業(yè)務(wù)的管理需求，升級灌區(qū)量測水管理系統(tǒng)，擴(kuò)展灌區(qū)管理一張圖、配水調(diào)度管理、水費(fèi)計(jì)收管理、工程管理等系統(tǒng)，為灌區(qū)日常業(yè)務(wù)處理提供一個(gè)高效便捷的管理手段，提升灌區(qū)業(yè)務(wù)管理數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的水平。

3.2 提升工程運(yùn)行安全監(jiān)控能力和風(fēng)險(xiǎn)防范能力

按照“統(tǒng)一規(guī)劃，分步實(shí)施”的原則，在已建閘門控制和視頻監(jiān)控的基礎(chǔ)上補(bǔ)充渠首進(jìn)水閘、干渠節(jié)制閘、退水閘、支渠進(jìn)水閘等閘門自動控制及配套視頻監(jiān)控，并對已建視頻進(jìn)行集中接入，實(shí)現(xiàn)工程安全運(yùn)行智能分析功能，提升工程安全監(jiān)控和風(fēng)險(xiǎn)防范能力。

3.3 提升灌區(qū)監(jiān)測能力和供水調(diào)度能力

按照“統(tǒng)一規(guī)劃，分步實(shí)施”的原則，在已建水情監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，健全水情監(jiān)測信息，配合閘門自動控制系統(tǒng)、量測水系統(tǒng)以及配水調(diào)度系統(tǒng)，提升灌區(qū)監(jiān)測能力和供水調(diào)度能力，為構(gòu)建具有預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能的數(shù)字化引青灌區(qū)進(jìn)一步夯實(shí)基礎(chǔ)。

3.4 完善灌區(qū)水利信息網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力

在灌區(qū)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合本期監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍、信息傳輸?shù)闹匾院桶踩詳U(kuò)展通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，提升灌區(qū)傳輸網(wǎng)絡(luò)全面的覆蓋能力，完善灌區(qū)一張網(wǎng)。

3.5 提升灌區(qū)一張圖應(yīng)用能力

通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、紙質(zhì)檔案的整編入庫，搭建引青灌區(qū)一張圖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)各類專題圖層數(shù)據(jù)，深化一張圖在灌區(qū)的業(yè)務(wù)管理的應(yīng)用。

3.6 提高灌區(qū)網(wǎng)絡(luò)安全能力

根據(jù)《GBT22239-2019信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護(hù)基本要求》，結(jié)合等級保護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及國內(nèi)外最新的安全防護(hù)體系模型，通過技術(shù)措施和管理措施進(jìn)行安全建設(shè)，形成網(wǎng)絡(luò)安全綜合技術(shù)防護(hù)體系，實(shí)現(xiàn)全方位主動防御、動態(tài)防御、整體防控和精準(zhǔn)防護(hù)，從而提高灌區(qū)網(wǎng)絡(luò)安全能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄂竟平.加快水利信息化建設(shè)推動水利事業(yè)發(fā)展[J].中國水利，2003（22）：14-16.

[2] 佚名.國務(wù)院關(guān)于大力推進(jìn)信息化發(fā)展和切實(shí)保障信息安全的若干意見[M].社會科學(xué)文獻(xiàn)出版社，2013.

[3] 黃超.水利信息化工程建設(shè)管理問題及優(yōu)化措施[J].水電水利，2020，4（2）：74-75.

[4] 張愛民.衛(wèi)星灌區(qū)信息化建設(shè)及應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2021（11）：91-96.

[5] 蔡陽.以數(shù)字孿生流域建設(shè)為核心 構(gòu)建具有”四預(yù)”功能智慧水利體系[J].中國水利，2022（20）：2-6.

[6] 王秀民.灌區(qū)信息化建設(shè)發(fā)展與研究[J].水電水利，2022，6（2）：114-116.

[7] 田艷平.大型灌區(qū)節(jié)水改造技術(shù)初探[J].水能經(jīng)濟(jì)，2018（2）：256.

[8] 牛靜.水利工程農(nóng)田灌溉渠道防滲襯砌施工技術(shù)探析[J].水能經(jīng)濟(jì)，2017（11）：1.

[9] 田艷平.水利工程渠道防滲的意義及防滲技術(shù)初探[J].水能經(jīng)濟(jì)，2018（1）：1.

[10] 胡迪.數(shù)字鄉(xiāng)村建設(shè)背景下經(jīng)管類人才培養(yǎng)模式探討[J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2022（12）：3.

[11] 田路艷.水利灌溉管理存在的問題及對策分析[J].產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新，2019（15）：2.

[12] 南農(nóng).數(shù)字化是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)的主攻方向[J].南方農(nóng)機(jī)，2020，51（17）：1.