人类已经进入了21世纪。如果说20世纪是''机器''时代的话，那么，我们可以说21世纪就是''信息''时代。信息科技的发展正在改变着我们的生产和生活，也必将进一步产生更加深刻的影响。在信息技术迅速发展的今天，全社会高度重视信息化对经济社会发展的巨大推动作用，《国民经济和社会发展第十个五年计划》明确提出要''加速发展信息产业，大力推进信息化''，''要按照应用主导、面向市场、网络共建、资源共享、技术创新、竞争开放的发展思路，努力实现我国信息产业的跨越式发展，加速推进信息化，提高信息产业在国民经济中的比重''。水利部也十分重视信息化工作，汪恕诚部长明确指出''用水利信息化促进水利现代化''。水利部制定了水利信息化发展的《全国水利信息化规划纲要》，提出要加快水利信息化发展。在这样的形势下，灌区信息化也必将得到快速的发展。

1 信息与信息化

1.1 什么是信息

''信息''一词早在我国唐代就出现了，唐代诗人有''梦断美人沉信息，目穿长路倚楼台''的诗句，这里的''信息''可以看作''消息''的同义词，这里讲的是生活中信息的含义。在信息科学中人们从不同的角度出发，对信息给出了各种各样的定义：

（1） 信息就是信息，不是物质也不是能量。

（2） 信息是事物的差异，不是事物本身。

（3） 信息是一种场，弥散在整个空间。

（4） 信息是物质和能量在时空中的不均匀性。

（5） 信息是用以消除不定性的东西。

（6） 信息是负熵。

（7） 信息是系统有序性的度量。

总的来讲，这些定义部分地概括了信息的特征，但都不全面，钟义信教授给出一个从哲学抽象的层次提出的比较完全的定义。该定义将信息的概念分为两个层次：一个是没有任何约束条件的本体论层次；另一个是受主体约束的认识论层次。

站在本体论的层次上来考察，信息就定义为''事物运动的状态以及它的状态改变的方式''。这里，''事物''泛指一切物质客体和精神现象，''运动''泛指一切意义上的变化。世上一切事物都在不断地运动，因此都在不断地产生本体论意义上的信息。所谓获得了某个事物的信息，就是了解了该事物运动的状态以及它的状态改变的方式。

当然，任何事物都具有一定的内部结构和外部联系，事物的运动状态既取决于该事物内部结构的状态，也取决于它与外部环境联系的状态。因此，上述本体论层次的信息定义也可以更具体地表述为''事物内部结构和外部联系的状态以及状态变化的方式''。这两种表述是完全等效的。

站在主体论的层次上来考察，信息的定义为''主体所感知或者主体所表述的事物运动的状态以及状态变化的方式''。

由于引入了主体这一条件，认识论层次的信息概念就有了更丰富的内涵：由于主体具有观察力，能够感知事物运动状态及其变化方式的外在形式，由此获得的信息称为语法信息；由于主体具有理解力，能够领悟事物运动状态及其变化方式的逻辑含义．由此获得的信息称为语义信息；又由于主体具有明确的目的性，能够判断事物运动状态及其变化方式的效用，由此获得的信息称为语用信息。语法信息、语义信息、语用信息三位一体的综合，构成了认识论层次上的全部信息，即全信息。

1.2 什么是信息化

信息化是指以计算机与通讯网络为主体的数字化、网络化、智能化和可视化的过程。

在数字化方面，主要是指传统的信息载体向数字化载体的转变，这有利于信息的处理、传输和应用。

在网络化方面，则是指数字化的信息能通过通讯网络畅通无阻的流动，能为社会各领域所应用，为社会各成员提供空前交流的机会，使社会各部门由数字化网络连接起来，组成社会的数字神经系统。

智能化是指信息和知识应用的自动化，也是数字经济或信息经济的主要内容。智能化有利于提高对信息和知识利用的普及。

可视化是信息的直观表现，使人们能更容易地理解数据和信息的意义。目前大量的数据没有很好地利用，其中原因之一是这些数据还是以比特的形式或以数字的形式存放，需要可视化的手段使信息和知识得到普及。

实现社会或国家的信息化是一个过程，需要做大量的工作，归纳起来，信息化的内容主要包括：

（1） 信息网络的建设与改造；

（2） 信息源的开发和利用；

（3） 信息装备的引进与制造；

（4） 信息技术的进步；

（5） 信息产业的成长；

（6） 信息化所需规制的完善：

（7） 信息人才的培养、开发与使用

（8） 信息技术的推广应用。

1.3 水利信息化

全国各行各业的信息化建设正如火如荼的开展，水利行业是一个信息密集型行业，更要大力开展信息化建设。

同时，水利是国民经济的基础设施。21世纪的中国，随着经济和社会的发展，洪涝灾害、干旱缺水、水污染严重等水资源三大问题日益突出，已经严重制约着国民经济和社会发展。 为了解决好新世纪水的问题，《全国水利发展''十五''计划和到2010年规划》中确定了调整治水思路、转变治水方针的原则，要实现从工程水利向资源水利的转变，从传统水利向现代化水利、可持续发展水利转变。在这个历史性转变过程中，水利信息化作为水利现代化的重要内容，是实现水资源科学管理、高效利用和有效保护的基础和前提。为此水利部决定实施''金水工程''，以全面提高水利信息化水平。

根据《全国水利信息化规划纲要》，水利信息化，指的是充分利用现代信息技术，深入开发和广泛利用水利信息资源，包括水利信息的采集、传输、存储、处理和服务，全面提升水利事业活动的效率和效能。全国水利信息化建设又称为''金水工程''。

2 灌区信息化建设的意义

2.1 灌区在我国粮食生产中的重要作用

我国陆地面积约960万平方公里，大部分地区受季风影响，形成东南多雨、西北干旱和夏秋多雨、冬春干旱的特点。以多年平均降水量400mm的等雨量线为界，全国由东北斜向西南北分为东西两部分。东部湿润多雨，是主要的农业区，全国90%左右的人口和耕地都集中在这一地区；西部属于干旱、半干旱地区，没有灌溉就很难发展农业。全国大部分地区降水量在年际、年内季节分布上很不均匀。根据降水量的大小和农作物对灌溉的要求，可将全国分成常年、不稳定及补充灌溉地带等三个不同的灌溉地带。

灌溉是人类文明发展的结晶。早在4000多年前，我国就有了临河挖渠、凿井汲水的灌溉工程，公元前2000前后的大禹治水，不仅''因水以为师''，善于总结水流运动规律，采用''导''法制服了洪水，而且开凿沟渠，引水灌溉，发展农业，在黄河两岸的平原上开出了许多良田和桑土，《诗经》上有''奕奕梁山，维禹甸之''这样的诗句，就是称赞禹平治了水灾，把梁山之野开辟为良田。自此以后，商代的井田、春秋战国的都江堰和郑国渠等举世闻名的水利灌溉工程也无不为中国的文明发展做出了巨大的贡献。

随着历史变迁，我国的灌溉发展历经兴衰。到1949年我国农田灌溉基础仍旧十分薄弱，全国灌溉总面积约为0.16亿平方公里，农业生产基本上靠天吃饭。新中国成立后，我国的灌溉事业得到了迅速发展。分析40来年的数据（见表1），不难看出，我国的农业的发展在很大程度上依赖于灌溉的发展。

从上述资料中可以看出，灌溉面积的增减与粮食产量有密切关系，且往往具有一定的超前作用。40多年来，我国人口增长了1倍，人均耕地减少了50%，但人均灌溉面积却增加了50%，全国粮食总产量净增2.6倍，其中占全国总耕地面积不足40%的灌溉土地上生产出了占全国总产量80%的粮食。尽管粮食增产是各种农业技术措施综合作用的结果，但灌溉的发展所起的主导作用则是勿庸置疑的。

          表1  1949～1996各阶段耕地面积与粮食产量对照表

2.2 灌区信息化与灌区现代化

''水利信息化是水利现代化的基础和重要标志''，同样，我们也可以说，灌区信息化是灌区现代化的基础和重要标志。

从上面我们可以看出，灌溉在为农业生产服务中发挥着重要的作用，要实现农业的现代化就必须实现灌区的现代化。''管理出效益''，要充分发挥灌区的作用，管理是关键。灌区现代化首先是灌区管理的现代化，而要实现灌区管理的现代化，就要十分注意利用具有先进意义的实现手段和途径，实现灌区管理所需的水情、农作物、工情等信息的采集、传输、存储、处理与分析的现代化和自动化。这样的实现手段和途径是什么呢？是信息化，是以数字化、网络化、智能化和可视化为主要特征的信息化。

党中央、国务院十分重视信息化建设，中央提出大力推进国民经济和社会信息化，认为这是覆盖现代化建设全局的战略举措。要把工业化与信息化结合起来，以信息化带动工业化，发挥后发优势，实现生产力跨越式发展。

为了解决好新世纪水的问题，水利部制定的《全国水利发展''十五''计划和到2010年规划》中确定了调整治水思路、转变治水方针的原则，要实现从工程水利向资源水利的转变，从传统水利向现代化水利、可持续发展水利转变。在这个历史性转变过程中，水利信息化作为水利现代化的重要内容，是实现水资源科学管理、高效利用和有效保护的基础和前提。

在这样的大形势下，灌区信息化面临着难得的发展机遇，我们一定要抓住机遇，加快灌区信息化的发展步伐，为实现灌区现代化做出应由的贡献。

3 灌区信息化建设在国外的发展概况

西方发达国家信息化搞的比较早，灌区的信息化建设水平相应也比较高，主要表现在以下几个方面：

（1） 灌区基础数据的采集、整理和存储

西方发达国家十分注意基础数据的收集和整理。灌区管理部门对灌区基础数据比较重视，灌区渠系、闸门、水文测站、用水户等的数据一般都由计算机管理，存储在文件或数据库中。

（2） 灌溉系统的自动化程度

国外灌溉系统的自动化程度总的来说比较高，这一结论主要针对滴灌、管灌等系统而言。对于渠道灌溉的灌区而言，灌溉系统的自动化程度也不是很高。主要原因是一般的自动化闸门造价过高，且在野外恶劣环境下的可靠性没有得到很好的解决。

美国恳务局等单位曾搞过渠系自动化的试点，主要是通过建立自动闸门等自动控制设备进行水量的分配，籍此提高灌溉系统的自动化程度，但并没有全面展开。

美国加州大学灌溉培训与研究中心曾在美国的部分灌区试验过不需要电子和动力设备的水力自动闸门，造价比较低，效果还不错。

对于我国而言，我国人口众多，劳动力价格比较便宜，所以一般也不宜大规模的搞渠系的自动化。当然，关键部分和特别恶劣的环境下，为减轻工人的劳动强度、改善劳动条件以及提高设备运行的可靠程度和安全性，也可以根据实际情况的需要搞一些自动化的系统。

（3） 灌区灌溉管理用软件系统等的标准化和通用程度

发达国家在灌区灌溉管理所需要的软件的标准化和通用程度方面做的比较好，开发了一批用于灌区灌溉管理的通用软件。

国际粮农组织（FAO）组织开发的CROPWAT系统可以帮助农业气象学家、农艺学家和灌溉工程师制定灌溉计划，提交灌区规划。该软件有一个庞大的气象数据库CLIMWAT。CLIMWAT是国际粮农组织为配合CROPWAT使用而专门开发的数据库，它包含了由144个国家3262个气象站收集而来的气象资料。

同时，国际粮农组织为了推进灌溉计划的管理开发了灌溉计划管理信息系统（SIMIS， Scheme Irrigation Management Information System），该系统是一个通用的、模块化的系统，具有适用性好、多语言（英、法、西等）和简单易用的特点。该系统除了处理有关水的问题以外，还覆盖了日常管理活动的所有主要方面，如控制维护、结算、水费和其他相关的任务。

澳大利亚对灌区灌溉管理也十分重视，澳大利亚农业产量研究机构（APSRU）研究开发了APSIM系统，该系统通过一系列互相独立的模块（如生物模块、环境模块、管理模块等）来表现被模拟的灌溉系统，这些模块之间通过一个通讯框架（也称为引擎）进行连接。

美国佛罗里达大学针对佛罗里达州的农业特点开发了AFSIRS系统，用户可以使用该系统，根据作物类型、土壤情况、灌溉系统、生长季节、气候条件和管理方式等诸多变量，估计出对象区域的灌溉需水量。该系统收集了佛罗里达州9个气象观测站的长期观测资料，比较全面的反映了佛罗里达州的气象条件，在佛罗里达州得到了广泛的应用。

4 我国灌区灌溉管理和信息化的现状

目前，我国灌区的灌溉管理水平和信息化程度，从总体上讲还处于比较低的水平。主要表现在以下几个方面：

（1）灌区信息采集点少、手段落后

有关调查资料显示，大型灌区平均0.37万hm2有一个水位、流量观测点，单位测点控制渠道长度94km。靠如此稀少的观测设施，根本无法对用水户的用水量进行实时监控。其他的观测项目如水质、土壤墒情和地下水、作物长势等更少。同时，观测手段也相对落后，现在灌区大部分仍是采用简单的、经验的方法进行观测，测量精度较低。

由于不能及时准确地获得水流的各项特征指标和灌区灌溉管理所需的其他信息，使得用水调度大多凭经验进行，大多数灌区不能动态制定用水计划，无法适应水情、作物种植结构等的变化情况，不可避免地造成一些无效放水。

（2）灌区信息传输手段比较单一、落后

目前，大多数灌区的信息传输手段限于传输模拟信号的电话线，监测的水情、墒情和作物长势等信息只能人工通过电话或整编后的纸媒介进行传输，时效性差，难以满足实时调水的需求。

（3）灌区管理人员信息化意识和技术水平亟需提高

部分灌区也尝试进行信息化方面的建设，但由于灌区管理人员信息化技术水平差，使得建成的信息系统使用难、管理维护更难，无法充分发挥已建系统的作用，更兼新老系统共同运行，不仅没有减轻反而加重了灌区工作人员的负担。时间久了，已建系统逐渐老化、落后，人们也对信息化的效益产生了怀疑，系统无法进行更新改造，逐渐淘汰，灌区管理又恢复到原来的状况。

一项新技术的推广应用，必须伴随着人们观念的改变和对新技术的掌握。灌区要实现信息化，也必须从提高灌区管理人员的信息化意识和技术水平入手，使得灌区有信息化的迫切要求，并能够很好的使用信息化系统，对信息化系统能够进行必要的管理和维护。只有这样，才能推动信息化建设；也只有这样，才能使得信息化建设落在实处，对实际工作发挥其应有的作用。

（4）重硬件、轻软件

在具体工作中还有只重视硬件投入，不重视软件开发的倾向。这不但使得硬件不能充分发挥效力，系统的操作维护困难，而且资料的整理分析等后续工作还需要手工操作，没有真正减轻工作量。

（5）灌区信息化建设没有一个统一的规划，信息的共享性差

由于灌区信息化建设长期以来没有一个统一的规划和标准，各灌区自己搞自己的，各自为政、各自封闭，使得灌区之间的信息难以共享，也难以与其他相关系统实现联网，共享信息。同时，各灌区重复开发、重复建设现象严重，造成很大的浪费。

（6）我国灌区信息化的产品处于试验研究阶段，没有真正形成产品

多年来，我国在灌区信息化研究方面已做了不少工作，但一直处于研究试验阶段，没有真正形成产品。例如关于灌区自动化研究，在技术上可能存在缺陷，稳定性、耐用性差，一旦出现问题，除当时参加研发的人员以外，其他技术人员较难解决。往往是研发人员在的时候，系统运行良好，当研发人员离去以后，技术力量较强的灌区尚可勉强维持，而技术力量较弱的灌区，则容易陷入停滞状态。

现在，随着信息技术的迅速发展，这一问题正逐步得到解决。

（7）灌区信息化系统的综合集成能力差

灌区信息化系统在设计和建设时，雨量采集、灌溉需水分析、水资源监控、供水调控、水费收缴、内部管理、决策咨询等系统各自独立，无法满足灌区日常管理工作的要求。其结果使得硬件资源利用率低，维护费用增加，投入高。而目前水价较低，灌区管理单位经济实力弱，实行自动化往往得不偿失。

以上所述是从我国灌区的总体上讲，而不是说每家都是这样。我国也有一些灌区信息化建设搞的很好，起到了很大的作用，发挥了很大的效益，如甘肃省景泰川提水灌区、山西夹马口灌区、湖南韶山灌区、陕西泾惠渠灌区等。

5 灌区信息化建设的主要内容

目前，国内外对灌区信息化的研究主要包括两个方面，一个方面是硬件建设，包括流量、水位、墒情、作物长势等的信息监测设备，渠系建筑物的监控设备等。另一个方面是软件建设，包括灌溉需配水模拟、渠系水流模拟、水费征收系统、办公自动化系统等。

同样，我国灌区信息化建设的主要内容也包括硬件建设和软件建设两个方面，具体为：

（1） 灌区数据库的建设

灌区数据库建设在灌区信息化系统建设过程处于核心地位，是信息化建设完整链条中十分关键的一环。我们知道，信息化是指以计算机与通讯网络为主体的数字化、网络化、智能化和可视化的过程，其中数字化主要是指传统的信息载体向数字化载体的转变，这有利于信息的处理、传输和应用。根据信息技术的发展趋势，数据库是数字化信息存储的最新科技成就，采用数据库存储信息是信息存储、处理和利用的最佳途径。

灌区数据库建设包括两个方面的内容，数据库结构的建设和数据库内容的建设，数据库结构指通过对灌区的剖析，对灌区的信息进行合理的分类，按照数据库设计的有关理论和方法设计出结构上合理、技术上易于实现、满足应用要求的逻辑数据库和物理数据库。数据库内容则是根据灌区的实际情况，使用数据库管理系统提供的录入工具将灌区的资料输入到数据库，使数据库成为一个具有丰富资料的数据库仓库，满足灌区日常管理和决策支持的要求。

一般而言，设计一个结构良好的，能够满足灌区管理各方面需要的数据库结构是相当耗费精力的，而设计一个满足灌区管理某方面需要的数据库结构，在目前的技术水平下则不是很难的工作。在灌区信息化建设实际过程中，往往出现只重视数据库结构建设，忽视数据库内容建设的情况，或者重建轻管，在系统上马时建设了数据库的结构和内容，但不注意数据库内容的更新，导致系统的功能越来越不能满足要求。造成这些情况的原因固然有技术方面的原因，但主要的还是灌区相关人员的培训和知识更新没有跟上，对新系统不熟悉甚至有畏惧心理。

（2）基础资料的数字化

我国大部分灌区信息化建设的基础比较薄弱，大量的基础资料尚未数字化，通俗的讲就是没有进入计算机，仍停留在纸张、照片等介质上。灌区信息化是一个系统工程，从信息的采集、传输到数据库的建设是一个完整的系统，可以将相应的信息''一步到位''存储到数据库中，供进一步分析使用。但是，能够进行自动采集的信息是有限的，特别是信息化建设以前灌区长期工作积累的资料，必须手工或借助于一定的手段输入到数据库中，针对我国灌区信息化的发展水平，这是一项繁重的、同时又是紧迫的工作，必须引起高度的重视。

基础资料的信息化，在建立相应的数据库后，主要就是将灌区管理以往积累的资料进行整理、录入计算机的过程。在数据库及其管理系统设计时要注意到这个特点，建立系统后更要抓紧时间将资料录入计算机，包括文字资料、照片和录像等。

（3）信息采集系统的建设

灌区的业务涉及许多方面，因此灌区数据库的内容也复杂多样，这些数据按照更新时限的长短可以分为三类，即静态数据、动态数据和实时数据。静态数据指基本不变化的资料，如灌区的行政区划、管理机构、各种已建工程资料等；动态数据指不定期更新的资料，如作物的种植结构和种植面积每年都有所变化；实时数据指实时更新的资料，如灌水期间渠道的水位，降雨期间的雨情资料等。对于不同类型的数据其信息采集的手段、方式是不同的。如对于静态资料，在基础资料的信息化过程中进入灌区数据库，基本是不更新的；对于动态资料，就需要根据其具体的特点定期或不定期进行采集，然后进入数据库；而对于实时数据而言，由于其更新时间甚短，从灌区管理的需要出发， 又需要实时的掌握这些数据，所以靠人工采集已不能适应灌区现代化的需要，必须采用现代的自动化、光电、计算机等技术进行自动、实时的采集，建立信息采集系统。我们这里所谓的信息采集系统专指实时数据的信息采集系统。

一般，灌区的信息采集系统主要是灌区渠道水情、气象（包括雨情）、田间水情（墒情）、作物长势等要素的采集系统。

（4）通信系统

通信是无处不在的，尤其是随着现代通信技术的发展，地球变得越来越小，对于灌区尤其是大型灌区而言，无论是灌区各部门的联系、进行数据的传输，还是灌区管理部门间的指挥调度、建设计算机网络系统，建立准确、通畅的通信系统都是非常重要的。

现在比较适合灌区选用的通信系统主要有光纤、电话拨号系统、数字数据网络系统、集群通信、超短波短波通信、卫星通信和蜂窝电话系统等。

（5）计算机网络系统

大型灌区的管理一般是分级管理，灌区最高管理机构下面分几个分支，分布在不同的地点，一般是按照渠道分片管理。现在计算机已经或正在进入灌区管理单位的办公桌，管理人员越来越多的使用计算机处理日常事务。为了更好的使用计算机，方便各计算机之间的数据共享，需要建设单位内部的计算机局域网；同时，为了更好的进行各单位之间的数据通信，需要建设连接各单位间的计算机广域网；另外，为了利用Internet（互联网）上丰富的资源和更好的与外界交流，需要将局域网与Internet互联。以上三部门就是灌区计算机网络系统建设的内容。

（6）用水管理决策支持系统

随着现代决策技术和智能技术的发展，现代决策支持系统在辅助管理部门的决策中发挥着越来越重要的作用。建立灌区用水管理决策支持系统，对于灌区提高用水管理水平，提高用水效率，节约用水具有重要的意义。

用水管理决策支持系统主要包括灌区需配水计算及模拟、水量调度及决策支持、测水量水及水费征收、地表水和地下水联合调度等方面的内容，个别灌区还存在防洪问题，由于防洪问题的特殊性，在用水管理决策支持系统中一般只对渠道、水库的防洪控制水位予以考虑，关于水库、蓄滞洪区、河道的洪水演进等的洪水预报调度系统则需要参考防洪方面的专门书籍。

（7）渠系自动化系统

广义的渠系自动化系统包括渠道测水量水、用水决策、闸门自动化（或管道的自动控制）等在内的完整的测、控系统，而狭义的渠系自动化系统则仅指闸门自动化、管道自动控制。由于测水量水和用水决策在其他部分论述，这里指的狭义的渠系自动化即闸门自动化和管道自动控制。

闸门自动化和管道自动控制在西方发达国家有较多的应用，如美国农场的管灌系统多采用自动控制的方式。在我国尚处于起步阶段，这与我国的国情有关，一是我国灌区的管理水平，二是我国劳动力丰富，劳动力价格便宜等。我国相关的产品与国外的相应产品在质量上也有一定差距。总的来讲，渠系自动化在我国的推广还需要一定的时间。

（8）办公自动化系统

灌区信息化建设要工程措施和非工程措施并举，在建设相应工程的同时要注意提高灌区管理机构的管理水平，根据现代办公的发展趋势，建设灌区管理机构的办公自动化系统是十分必要的。

办公自动化系统与计算机网络系统的建设密切相关，计算机网络系统的建设是办公自动化系统建设的前提和基础，办公自动化系统是计算机网络系统上的一个重要应用内容。

办公自动化系统一般包括公文管理、档案管理、政务信息管理、会议管理、新闻宣传等功能。

（9）灌区信息共享和信息服务

主要指灌区对外的信息批露和信息服务。灌区要利用现代化的手段如网站对外进行信息的批露和信息服务，如对灌区内的用水户批露水量、水费等信息，提供一些灌溉知识等方面的服务，对社会上其他相关单位提供相应的信息，让社会监督，也向社会宣传自身。

这一功能可以结合办公自动化系统进行建设。

（10）特殊的问题

对于不同类型的灌区而言存在一些特殊的问题。如对于有防洪任务的水库灌区而言，信息化建设有与水库防洪预报调度系统的衔接问题（包括硬件和软件）；对于提水灌区而言，存在着泵站的优化调度问题；对于盐碱化比较严重的灌区，存在着如何合理利用地表水和地下水，以合理降低地下水位，减轻盐渍化危害的课题；而对于地下水超采严重的井灌区，又存在着如何合理用水，以维持良好的水生态问题；对于泥沙含量比较大的引水灌区，则存在着如何处理渠道淤积（主要是在测水量水系统中）的严重任务，等等。这些都是进行灌区信息化建设时面对的问题。

参考文献

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