针对南方湖区灌区现代化改造及数字化建设的分析与展望——以汉寿县西湖灌区大型灌区现代化改造为例

何贤骏，刘政宏，傅 坤，张 伟，彭 志

（汉寿县西湖灌区管理局，湖南 常德 415900）

灌区是保障国家粮食安全的重要基础设施，尤其是大型灌区，在当今社会经济发展以及农业产业发展中起着举足轻重的作用，有效保障了全国的粮食安全。近年来，水利部坚决落实党中央、国务院关于国家粮食安全战略部署和大中型灌区改造建设要求，重点改造农田水利设施基础相对薄弱灌区，对工程标准低、配套不完善、老化失修严重、输配水能力不足的灌区进行配套完善和现代化改造，利用先进技术与设备建设灌排工程，采用现代制度与先进手段增强管理能力，打造和社会发展相适应的基础设施完善、管理制度先进、生态环境和谐、安全保障长效、灌溉用水高效的现代化灌区［1～5］。

西湖灌区为解决农业发展的后顾之忧，更好地适应乡村振兴战略，筑牢国家粮食安全的根基，明确将实施大中型灌区续建配套与现代化改造作为一项重要任务，积极探索适合南方湖区灌区的现代化改造方向，并于2021 年全面开展大型灌区的现代化改造工作。针对灌区的特点，从水源工程、泵站工程、输配水工程、田间工程、信息化建设等全领域，对西湖灌区存在的短板进行补充完善，提升灌区的现代化管理手段和生产效率。

1 改造前西湖灌区的基本概况

1）缺乏系统性规划和稳定的投资渠道。西湖灌区始建于1954 年，在2011 年全国第一次水利普查时新增为大型灌区。灌区没有进行过系统性规划，缺乏一个长期指导灌区建设的依据，因而也就没有获得2000 年以来国家对大型灌区持续稳定的投资支持，工程建设不能作系统性安排，整合资金困难，逐渐拉大了与其他大型灌区之间的差距。

2）灌区工程设施存在明显短板。西湖灌区是一个以提水灌溉为主的大型灌区，小型提水泵站数量多，分布广。这些泵站大多修建于20 世纪70 年代，机电设备已严重老化；渠道方面则存在缺少衬砌、淤积垮塌严重等问题；渠道纵坡小、泥沙沉积快，水生植物生长茂盛，阻水严重；排水沟垮塌淤塞严重，水沟两岸边坡均未进行护砌，脱坡、垮塌现象比较严重。

3）缺少量测水设施，信息化建设滞后。西湖灌区信息化建设起步较晚，灌区仅于2019 年农业水价综合改革项目中在试点区渠首和分水口安装了24 套量测水计量设备，初步构建了灌区量测水监测体系，但只能达到局部节点流量监控及数据统计分析相关功能。精准的量测水覆盖不到总需求的10%，用水数量统计较为片面，不能满足灌区现代化管理要求。

4）水质污染严重，可持续发展问题多。由于西湖灌区河渠兼具蓄水、输水、排水和沿线群众生活用水等多项功能，灌溉回归水和生活污水重新排回渠道，循环使用，导致水体富营养物质丰富，水生物繁殖快，生长茂盛，造成水流不畅，水质交替污染。

2 西湖灌区进行灌区现代化改造的必要性

1）保障国家粮食安全的需要。为确保西湖灌区在湖南省粮食生产中的重要地位，必须对灌区进行现代化改造提升，建立水源可靠、灌排设施完善的工程体系，不断增强灌区水旱灾害防控能力、水资源保障能力和管理服务能力，满足粮食生产适时适量的灌溉要求。

2）建设节水型社会的需要。灌区现代化改造可减少灌溉用水的无效消耗，有效节约水资源有利于土壤改良、涵养水源、减少水土流失、增加生态系统的稳定性。节约的水量可部分用于维护生态环境，对保护生态系统、改善水环境具有重要作用。

3）推动灌区现代化和数字化管理的需要。通过改造，可实现取水、分水、用水、管水体系的自动化、智能化、主动化、科学化、精细化，配水调度从局部单一对象向多片区多渠道多闸泵联合调度转变，灌区决策方式从人为经验向科学分析转变，全面促进西湖全灌区现代化转型。

4）实施乡村振兴战略的需要。通过加快灌区产业融合发展，建设现代农业产业园、农业科技园。实施产业兴村强县行动，推行标准化生产，培育农产品品牌，保护地理标志农产品，不断拓展农民增收的渠道，吸引农民回乡创业，实现乡村振兴。

5）助力库区移民后扶和脱贫攻坚的需要。西湖灌区承接了湖南省重大水利工程柘溪水库建设移民5 万多人，有建档立卡贫困户4 040 户11 495 人。虽然灌区的基础设施有了一定的改善，但还存在较多短板，制约了当地农业生产和经济发展，为保障灌区的库区移民和贫困人口增产增收，推进灌区现代化改造势在必行。

6）解决工程长效运行问题的需要。通过现代化建设推进灌区水利设施提质达标，改变灌区工程灌溉潜力难以充分释放的现状。确保输水畅通，供水稳定，实行水资源消耗总量和强度双控行动，落实最严格水资源管理制度，是解决工程长效运行效率低的迫切需要。

3 西湖灌区现代化改造的特色

1）西湖内江开展清淤工程，增加调蓄能力。作为西湖灌区的主要灌溉水源之一的西湖内江，由于淤积严重，调蓄能力逐年减少，个别河段已经淤积到了死水位以上，影响调蓄库容的运用，减少了调蓄库容。本次改造完成了西湖内江清淤近400 万m3，增加了调蓄库容350 万m3，相当于增加了一个小（Ⅰ）型水库的调蓄能力。

2）小水源连通互补，增加蓄水效率。西湖灌区作为湖区灌区代表，支流、河汊分布较多，具有蓄水和调蓄的作用。因为支流、河汊的主要作用是排水，所以在灌区改造时，西湖灌区将其列入排水工程进行小水源连通，同时实现灌溉两用的排水、蓄水效率，解决了之前水源广泛存在的“汛期水多”“旱期水少”“水不活”“水脏”的情况。

3）加强水源工程生态改造。加强水源工程生态改造，围绕“生态护砌、分类施策”方略，对水源工程进行生态型综合治理。主要措施如下：

在村民集居的渠段采用舒布洛克生态砖护砌，由于其有较好的渗水性，可以保持渠岸与水体之间的水分循环，有效抑制藻类的生长，提高渠道水体的自净能力。针对灌排渠，进行连锁预制块护砌，该护砌形式边坡整体稳定性好，坡面的抗剪切应力强，通过植草改善生态环境。过水断面较大的干支渠则采用雷诺、格宾生态网格护砌，较好地实现了工程结构与生态环境的有机结合。

4）渠道边坡采用预制波浪桩加固。西湖内江系明清时期的老河道，运行时间已有几百年，多处出现堤身塌陷、滑坡等严重险情，尤其是渠道边坡，在长期的水流侵蚀下，边坡出现掏空垮塌情况。为此，西湖灌区管理局摒弃传统加固思维，针对实际情况，采用了预制混凝土波浪桩。相比传统护坡，波浪桩具备以下优点：经济高效、节约成本、耐久性能突出、造型美观、安装周期短、运用灵活、无需围堰截流、绿色环保零扬尘等。

5）推行小型泵站一体化、智能化改造。西湖灌区为典型湖区灌区，主要的灌排手段是依托于各小型泵站。灌区本次改造采用新型智能装配式井筒泵站，该类型泵站相比于传统泵站具有明显的优势：投资小，节省投资40%；工期短，泵站可以预制；不占耕地，泵站整体埋于地下；不担心淤积，进水口有防淤措施；启闭方便、智能化程度高，一键启动，且可升级为远程监测控制功能；维修简便，打开井盖即可取出水泵。

6）加强灌区信息化系统建设。西湖灌区信息化建设融合现代先进的信息技术，依据以水定需、量水而行、因水制宜原则，实现灌区智慧预警、智慧调控及智慧决策。西湖灌区信息化建设是在标准规范体系及安全运行维护保障体系框架下按照分层设计的思路进行，构建综合性的灌区综合信息管理平台。如图1 所示。

图1 西湖灌区信息化系统总体逻辑架构图

针对本次西湖灌区现代化数字灌区的要求，西湖灌区重点打造伍家湾现代化灌溉示范区，在示范区内建设有集农业气象监测系统、量测水在线监测系统、自动化闸门远程控制系统、自动化泵站远程控制系统、视频远程监控系统功能于一体的现代化灌区信息化测控系统，建设西湖灌区综合信息管理平台，如图2 所示。

图2 西湖灌区综合信息管理平台

通过建立西湖灌区数字化灌区，可实现取水、分水、用水、管水体系的自动化、智能化、主动化、科学化、精细化，闸泵开闭从人工手动操作向远程自动化控制转变、防灾监管从被动响应向主动决策转变、灌区决策从人为经验向科学分析转变、灌区管理从粗放向精细转变，实现灌区设施监控现代化、管理方式现代化、创新能力现代化，并全面促进西湖全灌区现代化转型。

7）深入落实灌区水价改革政策。在本次现代化改造中，西湖灌区围绕远程用水计量数据采集等技术，建立了农业灌溉用水总量控制和限额管理机制，加强农业用水收费管理。加强基层用水户协会建设，建立健全水价形成机制，完善工程建设和管护机制，建立精准补贴和节水奖励机制，强化用水管理机制，建立了完善的农业水权制度。

4 西湖灌区进行现代化改造的进展和效益

1）完善灌排功能，提高灌溉保证率和设施完好率。通过现代化改造，西湖灌区已基本建成为“设施完善、管理科学、用水高效、生态健康、特色明显、环境优美”的现代化灌区。灌溉水源工程已经达到设计要求，保证了有效的灌溉面积[6]。其中，灌溉保证率达到90%，骨干灌排设施完好率达到95%，“两费”落实率达到98%，灌溉水利用系数达到0.66。

2） 提高灌区水环境质量，实现生态化灌区。通过灌区生态改造，建立快捷的水源输送和调度体系，完成排水工程的生态化改造；完成田间节水工程配套改造，初步实现了按需灌溉、定量灌溉的高效灌溉方式，有效减少了化肥农药等随着灌溉水回流水源的情况，显著改善了灌区范围内的水体环境，将节约的灌溉水下泄补充生态用水，使水环境得到了改善和提高。

3）深化灌区体制机制改革创新，完善工程建设和管护机制。西湖灌区深化灌区体制机制改革创新，按照专管和群管相结合的原则，实行分级管理，明确斗渠以下群众管护主体责任，实现小型水利工程“有人建、有人管、用得上、用得久”的目标。落实灌区管护人员经费和维修养护经费，保障正常的供水成本，推进灌区管理的标准化和规范化管理[7]。

4）推进信息化建设，完善灌区数字化管理水平。西湖灌区信息化系统是以水雨情实时监测、视频监控、自动化控制、供用水管理、防汛预警、水费计收、工程运维、移动应用等为主要功能的灌区综合信息管理平台，促进灌区用水管理工作由被动向主动转变、信息记录工作由手动向自动转变、闸泵控制与调度由传统向现代转变，提高灌区信息化、现代化及智慧化水平。

5 结 语

随着社会经济的发展和转型，农业人口的相对减少，灌区的自身发展也进入到新的阶段。如何推动灌区现代化的发展，破解制约灌区自身发展的瓶颈，全面建成“高效节水、设施完善、管理科学、生态良好”的现代化灌区，将会是接下来灌区建设的核心工作。灌区现代化的建设是全方位、多方面的系统性工作。在改造前后，一定要对灌区的特点有充分的认识，量身定制适合本灌区发展的可行性方案。同时兼顾基础设施、水资源利用、信息化管理、生态环境、经济效益等方面，在全局层面进行统筹。灌区现代化建设一定要站在可持续发展的高度，站在灌区为粮食安全战略保障和支撑地位角度，从灌区实际需求出发，因地制宜，量力而行，差别化落实，才能做好现代化灌区建设工作。