我国大型灌区信息化建设与发展

张晓颖，李天华，李沁书

(国家投资项目评审中心，北京 100037)

灌区信息化建设是提升灌区管理水平和提高灌溉效益的有效手段，是灌区现代化的基础和重要标志，是现代灌区建设和发展的必然方向。灌区信息化的建设是以先进的管理手段，促进灌区工程运行安全、节约用水，改善生态环境，提高农业综合生产能力、灌区综合管理水平，实现灌区水资源的优化配置和高效利用。为适应我国经济社会高质量发展以及农业现代化发展进程，提升大型灌区信息化管理水平已成为新时期灌区建设的重要任务之一。

1 大型灌区信息化建设概况

我国大型灌区信息化建设起步于2000年左右，2001-2010年期间水利部先后启动了两批大型灌区信息化建设试点工作，覆盖大型灌区约50处，建设投资约4.4亿元，主要用于开展各类信息采集及监控站点建设，以及基础数据库系统、用水管理系统等灌区业务应用系统建设。经过试点建设和引导发展，在一定程度上提高了灌区工程运行安全水平、改善了工作环境，提升了灌区综合管理能力。2011年后，各大型灌区则根据灌区管理的实际需求以及资金可能安排信息化建设资金，并随着大型灌区续建配套与节水改造以及现代化改造的开展，进一步完善了信息采集等信息化基础设施和水情工情监测管理系统、水费征收管理系统、灌区用水管理系统以及灌区管理办公系统等。“十四五”之前，全国460处大型灌区中有422处灌区不同程度地开展了信息化建设工作，累计完成信息化建设投资约54.9亿元，其中投资5000万元以上的灌区有18处、1000万～5000万元的133处、500万～1000万元的74处，500万元以下的197处；“十四五”期间，重大农业节水供水工程实施方案规划总投资524.6亿元，其中信息化建设投资17.9亿元，主要用于渠系改造过程中的计量设施和信息化改造。

截至目前，全国大型灌区信息化建设的主要成果为：在硬件方面，建成自动用水计量设施38192处、闸门控制设施10708处、泵站控制设施2730处、视频监控设施15775处；在软件方面，建成信息化管理平台333处，其中建设信息中心276处，租用云平台57处。根据有关信息化管理业务系统和资金投入等的资料和数据，我们将目前460处大型灌区信息化开展情况划分为4种类型：

信息化建设水平相对较好的A级灌区86处，占460处大型灌区的18.7%。这些灌区建立了大量的信息采集站点(如用水计量、水位或流量监测、监控、视频等)，开发业务系统4～7项，能够利用信息化工具开展相关管理工作，完成投资一般在1000万元以上。这些灌区信息化建设起步较早、投资规模相对较高，干渠及重要的支渠分水口基本布设了相应的信息采集站点，开发建设的业务系统已应用于灌区泵站优化调度决策支持、灌溉配水调度、工程运行管理、防汛调度、水费计收及政务办公等方面，显著提高了灌区现代化管理水平与用水效率。A级灌区包括江苏省高邮灌区、浙江省铜山源灌区、湖北省漳河灌区、新疆三屯河灌区、内蒙古河套灌区、四川省都江堰灌区、山东省位山灌区、湖南省韶山灌区、陕西省东雷抽黄灌区、宁夏青铜峡灌区等，相关灌区的信息化建设重点详见表1；其中山东省位山灌区，其信息化建设体系具体信息详见表2。

表1 部分A级灌区及其信息化建设重点

表2 山东省位山灌区信息化建设体系

信息化建设水平一般的B级灌区247处，占460处大型灌区的53.7%。这些灌区建立了部分信息采集站点，开发业务系统2～4项，能够结合灌区实际在灌区一张图、测水量水、自动控制、用水管理、工程运行管理、防汛调度、水费计收公开、政务办公等某几个方面实现业务应用，但还达不到整体应用效果，完成投资一般在500万元以上。

信息化建设处于较低水平的C级灌区89处，占460处大型灌区的19.3%。这些灌区建设了少量信息采集站点，没有开发业务系统或仅开发某一项业务系统，还不能利用信息化设施开展相关工作，投资一般低于300万元，多数投资在100万元以内。

没有开展信息化建设的D级灌区38处，占460处大型灌区的8.3%。

此外，2019-2013年，结合大中型灌区的行业管理和项目管理需求，水利部农村水利水电司组织开发了“全国大中型灌区管理信息系统”，目前已正式上线试运行，为全国各级行业主管部门以及大中型灌区专管机构开展相关业务提供了有力支撑。该系统主要包括灌区数字大屏、综合信息查询、大型灌区管理、中型灌区管理、灌区一张图和灌溉管理等6部分内容，其中“灌区一张图”能够将大型灌区的外边界、内边界、灌排渠系及建筑物进行融合显示，全面直观展示灌区基本信息。

2 大型灌区信息化建设存在的主要问题与不足

我国大型灌区信息化建设从满足基本的水情、工情、雨情、墒情等监测的基础上，逐步建设包括天气预测、作物需求、旱情监测、水源调度等功能系统，信息化建设内容不断丰富，大大提升了灌区信息处理能力和智能化水平，促进了灌区续建配套与节水和现代化改造工程效益的充分发挥。信息化建设的过程中也积累了很多宝贵经验，如应按照“先进适用、经济可靠”的基本原则进行灌区信息化建设的总体规划，建设过程中把好技术方案编制和设备选择关，强化管理与维护以保障灌区信息化系统的持续运行与发展等。但总体来看，我国灌区信息化建设起步较晚，受技术能力、经济条件、灌区自身条件等因素限制，信息化发展尚不完善，与其他行业相比还有较大差距与不足之处。

2.1 大型灌区信息化建设水平总体偏低

目前，大型灌区已建成的自动用水计量设施仅占需求总数的17%；各灌区虽然渠首泵站基本实现了自动控制，但灌区内泵站多数仍以人工手动为主；干支渠系计量率仅70%、斗口不足33%，且干支渠系计量设施设备普遍落后、自动采集率低，大部分是人工观测。全国约有60%的骨干渠道、30%的骨干渠系建筑物和70%的骨干排水沟没有得到系统的改造，补短板仍然是当前信息化建设的主要任务。另外，受经济条件、实际需求、重视程度等的不同，全国不同省份的大型灌区信息化建设水平参差不齐，差异巨大。以骨干渠道上的闸门自动化控制为例，西北和华东地区的大型灌区自动化控制比例约为80%，西南地区大型灌区比例约为50%，而东北地区大型灌区比例仅为20%～30%。

2.2 大型灌区信息化建设资金缺乏

大型灌区续建配套以来，灌区信息化建设资金占灌区改造总投资的比例仅为3%左右，列入信息化建设试点的灌区也只能从节水改造专项中列支不超过15%的资金。投入的资金不足导致数据采集不完整、软件功能不完善、信息化覆盖面不足，其实际作用难以得到有效发挥。另一方面，由于大型灌区具有面广点散的特点，许多信息化设备位于野外环境中，维护成本高、损坏率高、更换成本高，在实际运行中的运维费用甚至已成为部分灌区的负担，导致灌区开展信息化建设的积极性受挫，也影响了信息化的应用与发展。

2.3 大型灌区信息化建设标准化滞后

由于灌区在开发软件时缺乏统一的顶层设计，存在软硬件缺乏规范性和通用性、数据源混乱和指标不一致等问题，特别是在信息采集、数据库及支撑平台建设等方面尚无统一标准，造成已建各类信息化平台建设标准不一、不同数据处理软件之间的融合运用不够、数据存储分散、数据共享利用不足，“信息孤岛”效应明显。各灌区之间的信息资源不能共享，不仅造成了信息资源的浪费，也降低了系统的整体效能，同时制约了灌区总体信息化水平的提高。另外，当前市场上专门针对灌区信息化建设的产品与设备研制力量及投入明显不足，具有生产许可和产品质量认证的硬件产品设备种类较少，更没有形成成熟的产品系列，业务应用系统低水平重复开发，缺乏成熟的业务应用软件。灌区应用的硬件设备大部分都是采用工矿或其他行业(专业)的产品，尤其是在灌区应用较为广泛的量测水产品设备，其在适应性和性价比方面不能很好地满足灌区信息化建设的实际需求。

2.4 大型灌区信息化建设人才储备不足

大型灌区的人才状况与信息化发展的总体需求存在较大差距。一方面，灌区信息化管理平台、水情遥测和自动化设备运行管理专业性较强，需要懂水利、自动化控制和现代信息技术的复合型人才；另一方面，灌区人才技术队伍结构不够合理，缺乏信息化相关的技术人才，灌区信息化建设和运行维护主要以非专业人员为主，仅能满足日常管理基本操作，更多应用和运行维护还需依赖技术支撑单位。由于灌区技术力量薄弱，不能很好地发挥其在信息化建设过程中的主导作用，使灌区信息化建设需求分析及制定的技术方案不能很好地体现灌区的生产实际与管理要求。技术力量缺乏，导致运行管理工作常处于被动局面，信息化系统建设规模越大，其运行管理与维护问题就愈加突出。

3 进一步提高大型灌区信息化建设水平的有关建议

近年来，互联网、大数据、云计算、人工智能等技术加速创新，日益融入经济社会发展各领域全过程，给传统制造业、服务业、农业等产业带来了全方位、全链条的改造和效率的大幅提升，信息革命已成为未来发展的必然趋势。2022年12月，水利部办公厅印发了《关于开展数字孪生灌区先行先试的工作通知》(办农水函〔2022〕1163号)，要求按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的原则开展部分大型灌区数字孪生灌区建设的先行先试。试点灌区应根据有关要求，建成较为完善的信息基础设施体系和业务应用平台、网络安全和运行维护体系、典型区域内开展水资源配置与供用水调度、水旱灾害防御等关键业务的智能化应用，并形成一批可推广、可复制的应用成果，以点带面，示范引领全国数字孪生灌区建设有力有序有效推进。结合当前全国大型灌区信息化建设总体水平、未来信息化和数字化发展要求，对进一步提高大型灌区信息化建设水平提出了如下的建议与思考。

3.1 因地制宜补齐信息化建设短板

大型灌区信息化建设要立足灌区发展的现状与实际需求，以优化灌区水资源调配、促进节水增效、保证工程安全运行、提高管理效率的实际需要为出发点，合理确定建设内容，切实发挥作用并产生效益。一方面，由于各灌区信息化基础差异较大，工程条件和管理状况也不尽相同，其信息化建设目标应分类而定，不应一刀切；另一方面，由于我国大型灌区信息化建设水平总体偏低，部分灌区仍采用人工、手动等方式开展计量或闸控作业，距离自动化、信息化、数字化差距较大，因此首先需要补齐监测、自动控制设施设备等方面的不足，而不宜贪多求全或与少数设备制造数字化先进领域盲目攀比、炒作概念。

3.2 加快推动大型灌区信息系统标准化建设

一是对照信息化建设领先行业，按照现代信息技术理念做好“顶层设计”框架，开展对灌区数据进行分类、定义及规范化研究，规范灌区基础数据库建设工作，制定灌区基础数据标准和硬件通讯协议，约束参与灌区信息化建设的相关单位，为资源共享奠定基础。二是根据大型灌区特点及实际需求，在认真总结分析灌区在信息化建设管理方面存在短板与不足的基础上，结合国家信息化建设相关政策文件以及信息化发展新技术新形势，制定大型灌区信息化建设长期发展总体规划。三是充分利用“全国大中型灌区管理信息系统”开展对大型灌区的行业管理、项目管理，并引导灌区将原各自开发的系统与系统平台对接，实现每个大型灌区一张图、一套表、一个概况、一组文件以及数据共享和标准化。四是结合灌区实际需求分类施策，如重点指导淠史杭、都江堰、河套等有条件的大型灌区建设具有包括天气预测、作物需求、旱情监测、水源调度等功能的数字灌区系统，实现灌区管理和用水调度数字化、智能化和智慧化，并形成示范标准；指导其他大型灌区结合改造项目加强基础设施建设，如用水计量及监测、闸门控制等设施和必要的管理设施等。五是统筹规划工程建设与信息化建设，如在规划工程项目建设的同时，统筹规划机电设备指标监测、控制以及工程建筑物位移、沉降、渗漏等监测的信息化设施，确保信息化建设能够适用于工程主体建设功能。

3.3 加快推进大型灌区相关技术的研发与推广应用

在信息基础设施建设以及信息应用系统建设方面，针对制约灌区信息化向纵深发展的相关技术问题，积极推动开展科学研究和联合攻关；在调查研究、试验试点的基础上，采取有效措施对已有的科研成果进行生产实施阶段的转化，为全国灌区信息化建设健康稳步发展提供技术支撑和保障。加强市场引导，推动专业化公司开展大型灌区信息化建设的专业性硬件设备和行业通用软件系统研发。

3.4 落实大型灌区信息化建设与运行维护费用

大型灌区信息化建设投资资金需求规模大、回报率不高，对社会资本吸引力不强，目前各灌区信息化建设资金主体依然是各级政府，市场化程度不高，这在一定程度上制约了大型灌区的信息化升级改造与高质量发展。各灌区管理单位在积极争取中央及各级财政支持的基础上，应进一步开阔思路、研究创新建设管理模式和投融资方式，探索“政府投资、政策集资、社会融资、民营出资、银行贷款、利用外资”的多元投资格局。供水水费收入作为水管单位的主要经费来源，对于补偿成本，加强水利信息化设施设备管理、维修和更新改造等具有重要作用，因此，要紧紧抓住农业水价综合改革“牛鼻子”，探索制定激励和约束并重、与水利投融资体制改革相适应的水价管理机制。同时，应进一步优化灌区信息化建设投入产出关系，减少不必要和重复性投入，提高信息化系统的经济效益，避免因信息化建设增加灌区管理与经济负担。

3.5 加强大型灌区信息化人才队伍建设与管理

大型灌区信息化建设需要一支具有专业知识和应用能力的人才队伍，来进行信息化建设的需求分析、策划组织和运行维护，灌区信息化建设能否成功，与相关技术人才紧密相关。加强大型灌区信息化人才队伍建设与管理，一是要推行“订单式”人才培养或与高校联合培养，有针对性强化技术人员素质；二是在实际工作中强化实践，让灌区技术人员全过程参与信息化建设项目的规划设计、开发研制、调试运行等相关技术工作，培养必要的信息化技术管理人才和复合型专业人才；三是要开展多层次的灌区信息化技术培训，把技术管理培训、专业知识培训、生产应用培训以及经验交流、技术考察等有机结合；四是探索建立有效的人才激励机制，制订并完善各项稳定信息化人才的措施，创建有利于信息技术人才发展的良好环境，逐步建立起一支熟练掌握和运用信息技术的骨干队伍，以适应灌区信息化全面推进和向纵深发展的形势需求。

4 结语

全面、系统、深入地采集和利用水利相关数据与信息资源，促进水资源的集约节约利用、提升灌区管理的科学化、精准化、高效化水平，是大型灌区开展信息化建设的核心目标，为此，应不断加强灌区信息化建设的资金保障、技术保障和人员保障。值得注意的是，由于我国地域广泛，各灌区规模、自然状况、地形地质、水土资源条件和建设水平差异较大，信息化方面的需求各有侧重，对于具体灌区而言，需要结合其实际情况进行信息化建设规划，确定建设的主要内容和设施设备配置等，从而更好地以水利信息化带动水利现代化发展。