楊明會

(遼寧喀左縣水利局，遼寧 喀左 122300)

隨著經(jīng)濟社會的迅速發(fā)展，特別是互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的進步，農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域的信息化建設(shè)呈現(xiàn)出強勁發(fā)展態(tài)勢[1]。無論是發(fā)達國家還是發(fā)展中國家，均將現(xiàn)代信息技術(shù)用于農(nóng)田灌溉管理領(lǐng)域，使灌區(qū)管理從傳統(tǒng)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(qū)信息化建設(shè)，通過引進國外先進技術(shù)，結(jié)合我國和本地的實際情況，不斷推進灌區(qū)的信息化建設(shè)，并取得了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

1 灌區(qū)信息化建設(shè)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(jīng)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(qū)，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(huán)渤海經(jīng)濟圈的重要組成部分。喀左縣下轄3個街道、10個鎮(zhèn)、9個鄉(xiāng)、1個農(nóng)場，面積2240km2，人口42萬人[2]?？ψ罂h境內(nèi)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(nèi)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(shù)10年的灌區(qū)建設(shè)，目前，仍在運行的大小灌區(qū)有13個，為促進當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)發(fā)展和農(nóng)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(qū)，灌區(qū)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(yīng)用價值的先進灌溉管理技術(shù)和方法，例如，按日配水、計量收費以及灌溉水動態(tài)管理等。但是，受制于灌區(qū)條件的限制，這些先進技術(shù)主要以單一目標的實現(xiàn)為主，并沒有構(gòu)建起完整的信息管理系統(tǒng)，難以適應(yīng)時代發(fā)展和進步的需求。以新技術(shù)為借鑒，通過新技術(shù)的引入和整合，構(gòu)建喀左縣灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)，是灌區(qū)實現(xiàn)灌溉管理現(xiàn)代化、信息化和智能化的必然選擇。

1.1 灌區(qū)運行管理措施落后

信息管理不能適應(yīng)灌區(qū)發(fā)展需求。目前，喀左縣各灌區(qū)的信息的收集手段相對比較落后，主要方式是以專業(yè)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(wǎng)絡(luò)。但是，部分灌區(qū)轄區(qū)的面積比較廣大，部分邊遠地區(qū)交通不便，至今仍沒覆蓋互聯(lián)網(wǎng)。灌區(qū)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(qū)信息的時效性。例如，灌區(qū)的調(diào)度管理所依據(jù)的信息經(jīng)常是幾小時以前的信息，往往調(diào)度管理的指令還沒執(zhí)行，而需水要求又發(fā)生的新的變化。此外，由于灌區(qū)的信息化建設(shè)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(qū)每月的灌溉資料需要2個工作日才能統(tǒng)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(tǒng)計數(shù)據(jù)的準確度相對較低，可靠性較差。

1.2 水量調(diào)度不透明，用水行為不規(guī)范

喀左縣各灌區(qū)，由于受到傳統(tǒng)行政化管理思維的影響，水量調(diào)度管理過程呈現(xiàn)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(zé)不同的管理事務(wù)，往往出現(xiàn)調(diào)度人員不了解供水設(shè)施運行狀況，管理局人員不了解支渠運行情況的現(xiàn)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(qū)的用水情況幾乎一無所知。顯然，水量調(diào)度的不透明，必然會對用水的規(guī)范性造成嚴重的負面影響。例如，由于缺乏相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息支持，在部分灌區(qū)的小涵管，沒有實現(xiàn)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(shù)額的水費，即可隨便用水。顯然，這種水費和用水量脫節(jié)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(diào)度缺乏透明度，部分管理段仍存在搭車收費現(xiàn)象，這不僅不利于灌區(qū)管理的規(guī)范化，也進一步加重了農(nóng)民的負擔(dān)，不利于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的長遠發(fā)展。

1.3 調(diào)度運行環(huán)節(jié)過多，供水成本居高不下

喀左縣灌區(qū)大多屬于行政單位改革而來，其權(quán)屬改革雖然已經(jīng)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(dāng)?shù)卣亩鄠€下屬部門管理。由于在管理過程中受到當(dāng)?shù)卣男姓深A(yù)較大，導(dǎo)致調(diào)度運行的中間環(huán)節(jié)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(qū)的供水成本，同時也在源頭增加了用水戶的水費負擔(dān)，不利于灌區(qū)的長期、穩(wěn)定、高效發(fā)展。

1.4 流量檢測設(shè)施落后

流量檢測是灌區(qū)調(diào)度管理的基礎(chǔ)性檢測項目。對喀左縣各灌區(qū)而言，由于信息化建設(shè)水平較低，在灌區(qū)的干渠渠道仍未實現(xiàn)流量測驗的自動化，在需要流量數(shù)據(jù)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(qū)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(xiàn)象時有發(fā)生，已經(jīng)不能適應(yīng)新時期灌區(qū)管理的實際需求。

1.5 管理單位和用水組織脫節(jié)

20世紀末喀左縣水泉灌區(qū)成立了第一個農(nóng)民用水者協(xié)會。隨著推廣力度的加大，截止2017年，各灌區(qū)幾乎已經(jīng)在所有的村組建立起農(nóng)民用水者協(xié)會。農(nóng)民用水者協(xié)會的建設(shè)，對促進當(dāng)?shù)毓鄥^(qū)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(dāng)前的行政化管理模式下，農(nóng)民用水者協(xié)會并沒有發(fā)揮出其作為社會組織的獨立性，仍然受到當(dāng)?shù)卣姓芾淼闹T多干預(yù)，從而造成與灌區(qū)管理的脫節(jié)現(xiàn)象，這不僅在相當(dāng)程度上抵消了農(nóng)民用水者協(xié)會的積極作用，有違農(nóng)民用水者協(xié)會建立的初衷，同時也影響到市場環(huán)境下灌區(qū)管理體制改革的深入進行。

2 灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)

2.1 信息化管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1.1 信息管理系統(tǒng)

灌區(qū)信息管理系統(tǒng)的主要管理內(nèi)容是灌區(qū)灌溉的各種信息，不僅包括灌區(qū)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(diào)度等運行信息，還包括灌區(qū)內(nèi)的各類農(nóng)作物的種植面積、產(chǎn)量等相關(guān)信息[5]。灌區(qū)的信息管理系統(tǒng)按照其任務(wù)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(tǒng)是灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，其建設(shè)和完善對灌區(qū)的信息化建設(shè)具有舉足輕重的重要意義。

2.1.2 調(diào)度運行系統(tǒng)

灌區(qū)的水量調(diào)度是充分發(fā)揮有限水資源效益的根本手段。因此，喀左縣各灌區(qū)的調(diào)度運行系統(tǒng)需要基于水源的來水量以及灌溉農(nóng)田的需水量等相關(guān)信息，對灌區(qū)內(nèi)的各種水源進行聯(lián)合調(diào)度，實現(xiàn)水源調(diào)度的最優(yōu)化。就具體的系統(tǒng)運行而言，要基于當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)的進步和發(fā)展，以人機交互的方式對某些參數(shù)進行設(shè)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(yōu)化的調(diào)度方案[6]。從具體的構(gòu)成來看，調(diào)度運行系統(tǒng)主要包括實時灌溉預(yù)報、多水源聯(lián)合優(yōu)化調(diào)配、多目標分析等模型組成。

2.1.3 水務(wù)公開系統(tǒng)

水務(wù)信息公開是保證灌溉信息暢通和灌區(qū)管理公正、高效的重要系統(tǒng)。在喀左縣灌區(qū)的水務(wù)公開系統(tǒng)建設(shè)中，積極使用CTI及互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)，通過水務(wù)信息的聯(lián)網(wǎng)運行，實現(xiàn)灌區(qū)灌溉信息，特別是用水量與水費信息的統(tǒng)一管理[7]，基于水務(wù)公開系統(tǒng)，相關(guān)的所有信息，特別是水費繳納的憑證、記錄等實現(xiàn)了統(tǒng)一管理和查詢，實現(xiàn)了水量調(diào)度、水費交納方面的透明化和公開化。

2.1.4 運行監(jiān)督管理系統(tǒng)

鑒于喀左縣各灌區(qū)的進水閘門、節(jié)點閘門等控制需要通過電話通知、人工操作，已經(jīng)不能使用灌區(qū)信息化建設(shè)的需要。因此，在信息化建設(shè)過程中，急需要構(gòu)建起灌區(qū)各閘門等節(jié)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(qū)信息化建設(shè)為契機，積極構(gòu)建運行監(jiān)督管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用以互聯(lián)網(wǎng)和自動控制等技術(shù)為基礎(chǔ)，對重要控制節(jié)點進行遠程控制與管理。具體的管理流程為：灌區(qū)的調(diào)度中心下達調(diào)度指令，運行管理系統(tǒng)將指令以流量或水位為設(shè)定值的方式通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至相關(guān)控制節(jié)點的控制器，控制器依據(jù)相關(guān)指令對閘門的開度進行調(diào)節(jié)。同時，基于互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，該系統(tǒng)還可以以圖像、數(shù)值、文本、聲音等各種技術(shù)手段和呈現(xiàn)方式對重點部位進行實行視頻監(jiān)控。

2.1.5 遙測管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要功能是對灌區(qū)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(jiān)控。根據(jù)遙測界面反饋的數(shù)據(jù)，由計算機自動分類、整理、存檔或根據(jù)需要自動繪制曲線變化過程圖等[8]。當(dāng)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(qū)內(nèi)各遙測站點通信網(wǎng)絡(luò)采用互聯(lián)網(wǎng)傳輸，對互聯(lián)網(wǎng)未覆蓋地區(qū)則采取無線電超短波傳輸。

2.1.6 灌溉用水預(yù)報系統(tǒng)

有效的用水預(yù)報是灌區(qū)進行科學(xué)管理的重要基礎(chǔ)，因此，要實現(xiàn)灌區(qū)的信息化管理，必須要構(gòu)建起灌溉用水預(yù)報系統(tǒng)。結(jié)合不同灌區(qū)的實際情況，以喀左縣氣象局的氣象信息，各灌區(qū)下屬的土壤墑情監(jiān)測點，供水水源的蓄、供水量以及各種農(nóng)作物的生長情況等實時信息為基礎(chǔ)，構(gòu)建起各灌區(qū)的灌溉作物需水預(yù)測模型，并以此為基礎(chǔ)建設(shè)灌溉用水預(yù)報系統(tǒng)，為灌區(qū)調(diào)度提供精準的信息依據(jù)。

2.1.7 決策支持系統(tǒng)

決策支持系統(tǒng)由人機界面、總控系統(tǒng)以及各個分系統(tǒng)組成。其中人機界面與總控系統(tǒng)的主要功能是利用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，為各個分系統(tǒng)的軟件運行構(gòu)建良好的支撐環(huán)境，同時實現(xiàn)上述軟件系統(tǒng)的綜合集成。決策支持系統(tǒng)依據(jù)其功能需求，設(shè)計為3個層次的總體邏輯框架，分別為人機界面層、系統(tǒng)應(yīng)用層和系統(tǒng)支撐層。

2.2 系統(tǒng)整體關(guān)系

信息化管理應(yīng)用各系統(tǒng)的整體關(guān)系如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體關(guān)系圖

2.3 系統(tǒng)應(yīng)用分布

整個系統(tǒng)的在具體的應(yīng)用功能實現(xiàn)方面可以分為3個主要層次。第一層是各灌區(qū)管理局(所)的中心站，該站設(shè)置在灌區(qū)管理局(所)機關(guān)院內(nèi)。中心站的主要功能是各個子系統(tǒng)的集成，發(fā)出指令并進行相關(guān)信息的收集、整理和存儲分析。第二層是設(shè)置支渠管理段內(nèi)的系統(tǒng)分站，主要功能是都建起本段的水務(wù)公開和遙測管理系統(tǒng)。第三層是單站。單站的設(shè)置主要是根據(jù)系統(tǒng)信息采集和傳輸?shù)男枰O(shè)置在各觀測點，并構(gòu)建遙測管理系統(tǒng)，為整個管理系統(tǒng)提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息。

2.4 拓展功能

為了進一步提高灌區(qū)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(qū)信息化管理系統(tǒng)和喀左縣水務(wù)局等相關(guān)行政單位實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)運行，以適應(yīng)喀左縣的智慧城市建設(shè)，特別是實現(xiàn)IC卡供水的需要。在此基礎(chǔ)上，可以進一步完善實和實現(xiàn)更高端的智能化技術(shù)，不斷提高灌區(qū)的自動化管理水平。

3 應(yīng)用效果分析

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

(1)信息化管理系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用有效改變了粗放管理現(xiàn)狀，實現(xiàn)了水資源的優(yōu)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(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用提高用水透明度，對降低灌區(qū)的管理費用、運行成本、降低用水農(nóng)戶的水費負擔(dān)起到了重要作用。

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

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

(5)信息化管理系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用還取得了顯著的經(jīng)濟效益，據(jù)測算，全縣各灌區(qū)通過灌溉信息化管理系統(tǒng)的構(gòu)建和運行可以實現(xiàn)經(jīng)濟凈現(xiàn)值868萬元。

4 結(jié)語

灌區(qū)信息化建設(shè)是互聯(lián)網(wǎng)信息時代的必然要求，由于灌區(qū)灌溉信息化管理系統(tǒng)在我國應(yīng)用時間不長，尚屬于新的研究領(lǐng)域，無論是理論還是實踐層面，均存在諸多不足。因此，灌區(qū)信息化對我國的各個灌區(qū)而言，是一項長期而艱巨的任務(wù)，需要各方面不斷進行探索和改進。應(yīng)以發(fā)展視角審視和對待灌區(qū)信息化建設(shè)，正確認知其對推動灌區(qū)的改革、進步、創(chuàng)新方面的重要價值與作用。