喀左縣灌區灌溉信息化管理系統建設研究

楊明會

(遼寧喀左縣水利局，遼寧 喀左 122300)

隨著經濟社會的迅速發展，特別是互聯網信息技術的進步，農業灌溉領域的信息化建設呈現出強勁發展態勢[1]。無論是發達國家還是發展中國家，均將現代信息技術用于農田灌溉管理領域，使灌區管理從傳統的人工管理模式向先進的信息化、智能化方向邁進。對我國而言，自20世紀末期以來，各級政府就十分重視灌區信息化建設，通過引進國外先進技術，結合我國和本地的實際情況，不斷推進灌區的信息化建設，并取得了顯著的社會效益和經濟效益。

1 灌區信息化建設概況

遼寧省喀喇沁左翼蒙古族自治縣(以下簡稱喀左縣)隸屬于遼寧省朝陽市，位于北緯40°47′12″至41°33′53″，東經119°24′54″至120°23′24″之間，地處遼寧省西部朝陽市南部、大凌河上游的丘陵地區，東臨朝陽縣，西靠凌源市，南接建昌縣，北連建平縣，是遼冀蒙三省交匯地帶，遼西走廊北通道要沖，環渤海經濟圈的重要組成部分?？ψ罂h下轄3個街道、10個鎮、9個鄉、1個農場，面積2240km2，人口42萬人[2]。喀左縣境內有大小河流百余條，主干河為大凌河，從建昌縣流入，自南向北注入朝陽縣，蜿蜒境內78.55km，主要支流有榆河、蒿桑河、滲津河、牤牛河、芍藥河[3]。得益于地表水方面得天獨厚的條件，建國之初到20世紀末期，喀左縣進行了長達數10年的灌區建設，目前，仍在運行的大小灌區有13個，為促進當地的農業發展和農民增收起到了重要作用。

喀左縣位于水資源嚴重不足的遼西半干旱地區，灌區灌溉管理就顯得尤為重要[4]。因此，該縣從20世紀90年代開始就投入大量的人力和物力進行灌溉管理的信息化研究，并取得了多項具有實際應用價值的先進灌溉管理技術和方法，例如，按日配水、計量收費以及灌溉水動態管理等。但是，受制于灌區條件的限制，這些先進技術主要以單一目標的實現為主，并沒有構建起完整的信息管理系統，難以適應時代發展和進步的需求。以新技術為借鑒，通過新技術的引入和整合，構建喀左縣灌區信息化管理系統，是灌區實現灌溉管理現代化、信息化和智能化的必然選擇。

1.1 灌區運行管理措施落后

信息管理不能適應灌區發展需求。目前，喀左縣各灌區的信息的收集手段相對比較落后，主要方式是以專業人員進行固定時間觀測，在信息的傳遞方面主要依靠電話和有線網絡。但是，部分灌區轄區的面積比較廣大，部分邊遠地區交通不便，至今仍沒覆蓋互聯網。灌區的部分管理段在信息采集和傳輸方面仍存在滯后性問題，嚴重影響到灌區信息的時效性。例如，灌區的調度管理所依據的信息經常是幾小時以前的信息，往往調度管理的指令還沒執行，而需水要求又發生的新的變化。此外，由于灌區的信息化建設水平較低，許多資料的整理工作仍需要人工完成。一些大型灌區每月的灌溉資料需要2個工作日才能統計完成，而年終的資料整理和匯總差不多需要1個月。同時，由于資料整理基本是手工操作，統計數據的準確度相對較低，可靠性較差。

1.2 水量調度不透明，用水行為不規范

喀左縣各灌區，由于受到傳統行政化管理思維的影響，水量調度管理過程呈現出明顯的行政化色彩。例如，受到行政化管理模式的影響，不同管理人員負責不同的管理事務，往往出現調度人員不了解供水設施運行狀況，管理局人員不了解支渠運行情況的現象，對基層的管理段而言，所了解和掌握的信息就更為有限，對管理局決策和全灌區的用水情況幾乎一無所知。顯然，水量調度的不透明，必然會對用水的規范性造成嚴重的負面影響。例如，由于缺乏相應的數據信息支持，在部分灌區的小涵管，沒有實現計量收費，仍舊采取固定收費模式，也就是用水戶一年繳納固定數額的水費，即可隨便用水。顯然，這種水費和用水量脫節的收費方式，必然會造成比較嚴重的灌溉水量損失，不利于極為有限的水資源的高效利用。由于水量調度缺乏透明度，部分管理段仍存在搭車收費現象，這不僅不利于灌區管理的規范化，也進一步加重了農民的負擔，不利于當地農業生產的長遠發展。

1.3 調度運行環節過多，供水成本居高不下

喀左縣灌區大多屬于行政單位改革而來，其權屬改革雖然已經完成，但是管理的行政化色彩依然濃厚，在日常管理過程中，干渠以上級別的渠道受到當地政府的多個下屬部門管理。由于在管理過程中受到當地政府的行政干預較大，導致調度運行的中間環節過多，信息反饋速度較慢，因此需要投入更多的人力、物力和財力，這不僅在無形中增加了灌區的供水成本，同時也在源頭增加了用水戶的水費負擔，不利于灌區的長期、穩定、高效發展。

1.4 流量檢測設施落后

流量檢測是灌區調度管理的基礎性檢測項目。對喀左縣各灌區而言，由于信息化建設水平較低，在灌區的干渠渠道仍未實現流量測驗的自動化，在需要流量數據時，仍需要通過手工操作。顯然，這種檢測方式不僅歷時較長，同時存在效率低、精度低的問題。另外，受灌區交通與信息傳輸方面的限制，部分渠道斷面的流量測驗成果仍采用人工上報形式，誤報、漏報現象時有發生，已經不能適應新時期灌區管理的實際需求。

1.5 管理單位和用水組織脫節

20世紀末喀左縣水泉灌區成立了第一個農民用水者協會。隨著推廣力度的加大，截止2017年，各灌區幾乎已經在所有的村組建立起農民用水者協會。農民用水者協會的建設，對促進當地灌區的管理水平的提高起到了十分重要作用，有效解決了渠系末端的管理問題，對解決部分末端渠系管理、維修滯后的問題起到了十分重要的作用。但是，在當前的行政化管理模式下，農民用水者協會并沒有發揮出其作為社會組織的獨立性，仍然受到當地政府行政管理的諸多干預，從而造成與灌區管理的脫節現象，這不僅在相當程度上抵消了農民用水者協會的積極作用，有違農民用水者協會建立的初衷，同時也影響到市場環境下灌區管理體制改革的深入進行。

2 灌區信息化管理系統

2.1 信息化管理系統結構

2.1.1 信息管理系統

灌區信息管理系統的主要管理內容是灌區灌溉的各種信息，不僅包括灌區的水源以及各級渠系的蓄水、供水信息和各級渠系以及用水戶的水量分配、調度等運行信息，還包括灌區內的各類農作物的種植面積、產量等相關信息[5]。灌區的信息管理系統按照其任務和功能的不同，可細分為各種不同的功能模塊。信息管理系統是灌區信息化管理系統的基礎部分，其建設和完善對灌區的信息化建設具有舉足輕重的重要意義。

2.1.2 調度運行系統

灌區的水量調度是充分發揮有限水資源效益的根本手段。因此，喀左縣各灌區的調度運行系統需要基于水源的來水量以及灌溉農田的需水量等相關信息，對灌區內的各種水源進行聯合調度，實現水源調度的最優化。就具體的系統運行而言，要基于當前互聯網信息技術以及大數據技術的進步和發展，以人機交互的方式對某些參數進行設置和修改，然后由計算機進行模型計算和分析，以擬定出最優化的調度方案[6]。從具體的構成來看，調度運行系統主要包括實時灌溉預報、多水源聯合優化調配、多目標分析等模型組成。

2.1.3 水務公開系統

水務信息公開是保證灌溉信息暢通和灌區管理公正、高效的重要系統。在喀左縣灌區的水務公開系統建設中，積極使用CTI及互聯網通訊技術，通過水務信息的聯網運行，實現灌區灌溉信息，特別是用水量與水費信息的統一管理[7]，基于水務公開系統，相關的所有信息，特別是水費繳納的憑證、記錄等實現了統一管理和查詢，實現了水量調度、水費交納方面的透明化和公開化。

2.1.4 運行監督管理系統

鑒于喀左縣各灌區的進水閘門、節點閘門等控制需要通過電話通知、人工操作，已經不能使用灌區信息化建設的需要。因此，在信息化建設過程中，急需要構建起灌區各閘門等節點控制單元的遠程自動化控制，提高運行控制的高效性和實時性。因此，以灌區信息化建設為契機，積極構建運行監督管理系統，該系統利用以互聯網和自動控制等技術為基礎，對重要控制節點進行遠程控制與管理。具體的管理流程為：灌區的調度中心下達調度指令，運行管理系統將指令以流量或水位為設定值的方式通過網絡傳輸至相關控制節點的控制器，控制器依據相關指令對閘門的開度進行調節。同時，基于互聯網信息技術和大數據技術，該系統還可以以圖像、數值、文本、聲音等各種技術手段和呈現方式對重點部位進行實行視頻監控。

2.1.5 遙測管理系統

該系統主要功能是對灌區水文站點的降雨、主要支渠及以上渠道進水口與其他主要水源出水口的流量、水位等進行監控。根據遙測界面反饋的數據，由計算機自動分類、整理、存檔或根據需要自動繪制曲線變化過程圖等[8]。當某遙測站不能正常工作時，能自動向中心站報告，便于及時維修。灌區內各遙測站點通信網絡采用互聯網傳輸，對互聯網未覆蓋地區則采取無線電超短波傳輸。

2.1.6 灌溉用水預報系統

有效的用水預報是灌區進行科學管理的重要基礎，因此，要實現灌區的信息化管理，必須要構建起灌溉用水預報系統。結合不同灌區的實際情況，以喀左縣氣象局的氣象信息，各灌區下屬的土壤墑情監測點，供水水源的蓄、供水量以及各種農作物的生長情況等實時信息為基礎，構建起各灌區的灌溉作物需水預測模型，并以此為基礎建設灌溉用水預報系統，為灌區調度提供精準的信息依據。

2.1.7 決策支持系統

決策支持系統由人機界面、總控系統以及各個分系統組成。其中人機界面與總控系統的主要功能是利用現代互聯網信息技術，為各個分系統的軟件運行構建良好的支撐環境，同時實現上述軟件系統的綜合集成。決策支持系統依據其功能需求，設計為3個層次的總體邏輯框架，分別為人機界面層、系統應用層和系統支撐層。

2.2 系統整體關系

信息化管理應用各系統的整體關系如圖1所示。

圖1 系統整體關系圖

2.3 系統應用分布

整個系統的在具體的應用功能實現方面可以分為3個主要層次。第一層是各灌區管理局(所)的中心站，該站設置在灌區管理局(所)機關院內。中心站的主要功能是各個子系統的集成，發出指令并進行相關信息的收集、整理和存儲分析。第二層是設置支渠管理段內的系統分站，主要功能是都建起本段的水務公開和遙測管理系統。第三層是單站。單站的設置主要是根據系統信息采集和傳輸的需要設置在各觀測點，并構建遙測管理系統，為整個管理系統提供必要的基礎數據信息。

2.4 拓展功能

為了進一步提高灌區管理的信息化水平，方便行政管理和用水戶查詢信息和繳納費用。各灌區信息化管理系統和喀左縣水務局等相關行政單位實現聯網運行，以適應喀左縣的智慧城市建設，特別是實現IC卡供水的需要。在此基礎上，可以進一步完善實和實現更高端的智能化技術，不斷提高灌區的自動化管理水平。

3 應用效果分析

喀左縣各灌區以智慧城市建設為契機，積極推進灌區的信息化管理系統建設，顯著提升了灌區的管理水平，并取得了以下幾方面的應用效果。

(1)信息化管理系統的建設和應用有效改變了粗放管理現狀，實現了水資源的優化配置和精細管理，提高了水資源的有效利用率，在總體水資源量不變的前提下，擴大了近20%的灌溉面積。

(2)信息化管理系統的建設和應用提高用水透明度，對降低灌區的管理費用、運行成本、降低用水農戶的水費負擔起到了重要作用。

(3)隨著系統的穩定運行，各種不規范的收費和供水行為基本杜絕，為良好水權及水市場的建立打下了基礎。

(4)通過信息化管理系統的建設和應用，灌區的灌溉信息收集、傳輸條件得到了顯著改善，將灌區信息化管理水平提高一個新的水平。

(5)信息化管理系統的建設和應用還取得了顯著的經濟效益，據測算，全縣各灌區通過灌溉信息化管理系統的構建和運行可以實現經濟凈現值868萬元。

4 結語

灌區信息化建設是互聯網信息時代的必然要求，由于灌區灌溉信息化管理系統在我國應用時間不長，尚屬于新的研究領域，無論是理論還是實踐層面，均存在諸多不足。因此，灌區信息化對我國的各個灌區而言，是一項長期而艱巨的任務，需要各方面不斷進行探索和改進。應以發展視角審視和對待灌區信息化建設，正確認知其對推動灌區的改革、進步、創新方面的重要價值與作用。