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在2003年全国水利信息化工作会议上的专题报告
姜开鹏:加快灌区信息化建设 促进灌区的改革与发展
  水利部农村水利司     姜开鹏  
    编辑:中国灌溉排水发展中心 归档时间:2003/10/28    

为贯彻落实水利部党组关于水利信息化建设的工作部署,加快大型灌区信息化建设,我司从2000年开始研究部署开展大型灌区信息化建设工作。多次召开灌区信息化建设专题研讨会、座谈会,组织编制了《全国灌区管理信息系统建设规划》、《大型灌区信息化建设规划及近期实施方案》以及《大型灌区基础数据库建设指南》等有关标准规范。在此基础上,配合国家发改委、水利部实施的大型灌区续建配套节水改造项目和中日间技术合作项目,在全国30处大型灌区开展了信息化建设试点工作。今年8月,我司在黑龙江组织召开了全国大型灌区信息化试点工作汇报座谈会,交流各地在信息化建设工作中的经验,并对下一步灌区信息化建设试点工作进行了全面部署。三年来,在部信息化建设领导小组的指导下,在各级水利部门的密切配合下,大型灌区信息化建设取得了初步成效,为下一步的工作打下了基础。现就全国大型灌区信息化建设工作汇报如下:

一、灌区改革与发展迫切需要加快信息化建设

(一)大型灌区概况

目前全国已建成大中型灌区5600多处,固定排灌泵站50万多处,小型农村水利工程2000万处,全国有效灌溉面积发展到8.5亿亩,农田灌排工程体系已初具规模。在大中型灌区中,设计灌溉面积在30万亩以上的大型灌区共有402处,总规划灌溉面积2.88亿亩,约占全国有效灌溉面积的35%,占全国耕地总面积的14.7%。

灌溉农业是我国农业和农村经济发展的基础。大型灌区不仅是我国农业生产和农村经济发展的主力军,而且在整个国民经济和社会发展中都具有举足轻重的战略地位。大型灌区是我国粮食安全的重要保障。全国402处大型灌区以占全国11%的耕地面积,生产了占全国总产量22%的粮食。大型灌区农业生产总值占全国农业总产值的1/3。大型灌区还担负着向城镇生活和工矿企业供水的任务。大型灌区每年提供的城镇生活和工业用水占全国总量的1/7,受益人口2亿多。由于大部分大型灌区都具有较为完善的水源系统、输配水系统和调节系统,大型灌区在我国水资源的区域和流域配置中发挥着极其重要的作用。大型灌区年供水量占全国总供水量的32%,占全国工业及城市总用水量的15%。此外,大型灌区还在改善生态环境、涵养水源、净化空气、抑制水土流失、减轻风沙威胁等方面起着巨大的作用。

根据中央提出的"把节水灌溉作为一项革命性措施来抓"的指示,针对长期以来大型灌区投入严重不足、工程老化和水资源浪费严重、用水效率较低的情况,从1998年起国家发改委和水利部重点组织实施了大型灌区的续建配套节水改造项目。到去年底,共安排投资120亿元,其中中央国债资金62亿元,引导地方配套60多亿元,已对247个大型灌区进行了续建配套和节水改造。衬砌干支防渗渠道5300多公里,配套改造建筑物38000多座,新增、恢复灌溉面积2600多万亩,改善灌溉面积5800多万亩,取得了节水130多亿立方米,增加粮食综合生产能力120多亿公斤的显著效益。大型灌区的续建配套节水改造项目的实施,使一部分大型灌区的工程条件得到了改善,为灌区信息化建设创造了条件。

(二)灌区开展信息化建设的必要性和迫切性

大型灌区面临的问题是管理能力的建设与提高相对滞后。目前灌区管理及行业管理大量资料和信息仍然以传统的手工作业为主,既无法实现对各类资料信息的有效管理、维护,也无法做到信息共享。这不仅影响到灌区管理水平的提高,而且各级水利行业主管部门也难以作到及时、准确和全面了解掌握灌区及行业发展的状况及变化趋势。随着信息技术的迅猛发展,如何抓住数字化、网络化与信息化建设带来的发展机遇,加快大型灌区信息化建设,加强大型灌区及行业管理能力建设、提高管理水平,向管理要效益已成为当前及今后灌区管理的一项十分重要和紧迫的任务。

水利信息化是水利现代化的基础和重要标志。灌区信息化建设是水利信息化建设的重要内容之一。灌区信息化就是充分利用现代信息技术,深入开发和广泛利用灌区管理的信息资源,包括信息的采集、传输、存储和处理等,大大提高信息采集和加工的准确性以及传输的时效性,做出及时、准确的反馈和预测,为灌区管理部门提供科学的决策依据,提升灌区管理的效能,促进灌区管理工作的健康发展。

世界各国,特别是发达国家都注重将高新技术与传统的农业技术相结合,以提高节水技术及产品的高科技含量。从整体上看,农业节水技术日益走向精准化和可控化,并从传统的单一重视节水技术逐步转到重视灌溉用水管理在节水农业中的巨大作用,满足对灌溉系统管理的灵活、准确、快捷的要求。发达国家灌溉水管理日趋朝着信息化、高效化发展,这种先进的灌溉水管理流程为"信息采集→分析加工→指导实践→信息反馈",即主要由水信息管理中心、用水信息采集传输系统、用水数据库、灌溉用水管理系统、灌溉渠系自动化监控系统等组成。如美国、加拿大、澳大利亚、日本、法国等在水管理领域大量采用计算机技术调控渠系输水与配水,普遍把计算机技术、自动控制技术、信息技术、系统工程技术、地理信息系统等应用于水管理,实现集信息采集-处理-决策-信息反馈-监控为一体的调度系统,以实现水资源的合理配置和灌溉系统的优化调度。对现有灌溉系统投入适量资金进行信息化建设,是实现适时、适量地计划用水、提高灌溉水利用效率和节约农业用水的最基本途径。

我国灌区信息化建设开始于八十年代,当时称为计算机技术在灌区中的应用。一些高校和科研单位开始了研究和试点,并取得了一批研究成果并在生产实践中应用,同时也走了一些弯路。有的灌区过于偏重自动化建设,脱离了中国国情,加之当时有的硬件设备不过关,使得系统建起来以后没有得到很好的利用,造成了资金浪费。近几年来,随着信息技术的发展,各地结合灌区续建配套节水改造项目的实施不同程度开展了一些工作。目前存在的主要问题是:整体规划不够,标准不统一;成果不能共享、重复开发、重复建设;没有成系统的成熟产品,没有形成商品化,造成成本高,售后服务跟不上;灌区对信息化的认识不够等。总体上看,我国灌区灌溉管理系统软件的开发应用和适合我国的测控设备仍与国外有较大差距。尽管也有一些成果,但受到管理体制、经费投入等方面的制约,灌区灌溉管理水平仍比较低下,灌区信息化建设较其他行业相比,仍处于比较落后的状态。

灌区信息化建设是提高灌区现代化管理水平、提高管理效率、降低管理成本的重要手段,是灌区今后建设和发展的重要内容。部分灌区信息化建设的实践表明,信息化建设将有力促进灌区"两改一提高"工作,特别是在促进灌区水费制度改革、减轻农民负担、促进灌区职能转变等方面起到积极的推动作用。

二、大型灌区信息化建设目标和主要建设内容

(一)建设目标

根据《全国水利发展"十五"计划和2010年规划》、《全国水利信息化规划纲要》所确定的目标,结合全国大型灌区建设与管理现状,按照"科学规划、分步实施、因地制宜、先进适用、高效可靠"的原则,以需求为导向,长远目标与近期目标相结合,因地制宜,讲求效益,通过试点、示范,逐步建立起能有效促进灌区技术优化升级和提高灌区管理水平的信息系统。

灌区信息化最终目标是实现灌区管理的现代化。灌区管理现代化的基本任务与内容包括灌溉用水信息管理现代化、灌溉工作及灌溉设施管理现代化以及灌区行政事务与附属设施管理现代化。因此,灌区信息化建设应围绕上述基本任务与内容开展工作。

灌区信息化建设的最终目标是建立一个以信息采集系统为基础、以高速安全可靠的计算机网络为手段,以3S技术和决策支持系统为核心的现代化灌区管理系统。

灌区信息化试点建设目标是运用先进的数据采集、传输和处理手段,通过试点、示范,初步建立起能提高灌区管理水平、促进灌区技术优化升级和提高用水效率的水管理信息系统,为灌区水资源的优化配置、高效利用提供调度运行决策支持,从而为整个行业的信息化建设奠定基础。

(二)主要建设内容

1.信息监测、采集系统

信息监测、采集系统主要完成水情、工况、墒情、旱情、灾情、水文地质、土地、种植、气象等信息集和报送,为灌区的水资源合理配置、监控调度,提供准确及时、可靠的基础信息服务。根据灌区具体情况可分自动及手动两种方式。有条件的灌区可搞一些遥测、遥控,实时监测主要分水口水情信息。甚至对主要闸门、泵站、量水设施等工程的运行状况进行自动监视、测量和远程控制。

对于不同类型的数据其信息采集的手段、方式是不同的。实时数据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。一般,灌区的信息采集系统主要是灌区渠道水情、建筑物工情、气象(包括雨情)、田间水情(墒情)、作物长势等信息的采集系统。

2.信息的传输及计算机网络系统

建立高效可靠的通讯网络系统。建立省水利厅-灌区信息中心-监控站-采集点网络结构,及时传输雨情、水情、工情、农情、灾情等信息,主要建筑物近场、远程动态监控信息,以及工程调度运行数据、语言、视频信息。

建立计算机网络系统,为各类信息采集、数据库应用、用水优化调度、运行监控管理等应用提供服务平台,包括灌区局域网、灌区与省厅之间的广域网建设。

对于灌区采用的通讯方式,原则上不提倡建设专网,要尽量利用公网或已建的防汛专网,同时由于光纤建设投资大,近期不提倡采用光纤通讯。但对于高扬程多级泵站的联合调度,由于要传输视频信号,信息量大,可考虑采用光纤通讯方式。

3.灌区综合数据库及信息处理系统

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。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、安全稳定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。

4.用水管理决策支持系统

用水管理决策支持系统以综合数据库为支撑根据上述信息数据源作为分析和调度运行的基础。通过建立系统模型如来水预报模型、可供水预报模型、需水预报模型、多水源联合优化调度运行模型、水量调配模拟模型等,通过计算机软件系统进行分析,做出相应的用水决策。

一般说来,灌区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,有些灌区还有防洪除涝问题。

灌溉用水决策支持系统最终目的是辅助用户制定灌溉计划,落实配水方案,实现灌区管理决策的科学化和自动化。

5.水费管理系统

灌区信息化建设就是要对灌区传统的工作模式、工作方法、工作手段进行革新。针对北方灌区水资源紧缺,收水费难问题,通过建立灌区水费管理系统,提高水费收支的透明度,便于科学管理使用水费,这是促进灌区工作方式、服务方式以及工作作风转变的重要手段。

6.办公自动化系统

以单位办公业务信息交流、共享为基础的办公自动化系统。

三、已开展信息化建设的灌区取得了显著成效

近几年来,很多灌区在信息化建设方面已做了大量的工作,取得了一些成功的经验和显著成效。主要有以下几个方面:

(一)及时掌握水情、工情,提高设备运行的安全可靠性

南方多数灌区的干渠傍山开挖,集雨面积大,入渠径流大。一遇暴雨,便经常出现渠内洪水骤涨骤落,瞬时超越设计洪水位,甚至漫堤,每年都会因此而造成山体滑坡、工程崩塌、渠堤决口等事故,造成很大的财产损失以致人员伤亡。湖南双牌灌区通过建立雨情、水情测报系统,水情被实时掌握,及时调度泄洪,彻底杜绝了此类洪灾的发生,确保了工程安全度汛。甘肃景泰川灌区针对本灌区高扬程、多梯级、多机组泵站的特点和灌区用水管理的实际需要,采用计算机技术、通讯技术、网络技术和控制技术,研制开发了先进实用的、集信息采集、优化调度与监控为一体的灌区水管理系统,提高了机电设备和水工建筑物安全运行的可靠性,实现了科学调度,改善了供水响应能力,实现了水量的量化管理和水资源的优化配置。

(二)灌溉效率和设备运行效率明显提高

提水灌区水管理系统建立后,实现了机组优化运行,提高了装置效率,节约了能源,同时较好地做到了级间流量的配合,减少了溢流弃水,提高了渠系水利用率,节约了水资源。同时,减少了运行管理人员,降低了提水成本。据统计,建立了水管理系统的灌区,渠系水利用率提高了3%,泵站机组装置效率提高了6%,灌区运行管理人员减少了10-20%。

湖南双牌灌区在旱情紧张时,由于对水情不能及时掌握,计划用水措施难以实施,经常出现"上游大水慢灌,中游堵渠抢水,下游无水干旱"的状况。灌区水管理信息化系统运行以来,计划供水得到了较好的落实,抗旱期间,系统及时提供渠道各个交接点的水位值,抗旱指挥命令及时下达,确保了下游灌区农田抗旱保丰收,实现了全灌区均衡受益。

(三)计量精确,减轻了农民负担

通过建立水费管理系统,实行计划用水、合同供水、按方计量收费,减少了收费环节和搭车挪用现象,提高了水费计收的透明度和收取率,降低了供水成本,减轻了农民负担,解决了供用脱节、供不应时的弊端。山西夹马口灌区通过建立灌区水费管理系统,在全灌区大力推行"阳光工程",实行配水"三公开",即流量公开、时间公开、水价公开。该系统设有水费查询子系统,用水农户随时都可通过触摸屏或电话查询自己或他人的用水及交费情况,加大了群众监督力度。据统计,全灌区水费回收率持续五年达100%。农民亩次用水量由72方左右减少到65方左右,亩次成本平均下降1~2元。全灌区农民年减少水费支出60余万元。

(四)灌区和行业现代化管理水平不断提高

各地在对现有灌区进行续建配套和技术改造的同时,坚持把技术创新作为灌区发展的重要任务,把灌区信息化建设作为灌区改造的一项重要内容。许多灌区在实施灌区续建配套节水改造的同时,积极开展灌区信息化建设试点工作,开发行业管理信息系统,引进和应用计算机信息采集技术及自动化监测、监控技术,并因地制宜地开展了灌区量水技术研究,不断提高灌区和行业现代化管理水平。黑龙江省水利厅用了两年的时间,建立了覆盖全省322处大中型灌区的"黑龙江省灌区信息管理系统",实现了远程数据管理,对提高行业管理水平和效率作用很大,效果很好。江苏如海灌区在改造过程中,与科研单位合作开发研制了水量、水位自记式长喉道量水槽和NT-200型量水计。江苏渠南灌区在灌区改造的同时,进行了灌区自动化、信息化建设试点,由灌区自动化综合数据采集DCS、数据库、地理信息系统GIS、网络与通讯、计算机及控制等技术组成了一个高可靠性的科学管理系统。江苏五岸灌区水管理自动化系统由水情数据采集传输、泵站与闸门自动控制、决策支持和信息管理与发布系统组成,系统对泵站、水闸的水位、流量及闸站的开启状态等进行实时监控。甘肃景泰川灌区充分利用先进的技术,采用了分层、分布、分散的集保护、测量、控制于一体的泵站综合自动化装置,建成并开通了景电管理局国际互联网站。并在景电一、二期工程40个支渠口、97个独斗口及二期总干三支渠34个斗渠口安装了自动记录仪和水位变送器,配水计量实现了规范化、科学化。

四、近期工作重点

(一)抓紧全国灌区管理信息系统和灌区信息化标准规范的建设

抓紧建设全国灌区管理信息系统,以便从根本上改变目前大型灌区及行业管理基础工作薄弱,信息管理技术手段落后的状况,适应灌区管理能力建设和节水改造项目管理工作的需要。目前,我们已组织制定了规划,要尽快落实,加快建设。

进一步研究制定大型灌区信息化有关技术标准和有关政策,促进大型灌区信息化建设的规范化,逐步实现我国灌区间的信息共享。目前我司已组织制定了大型灌区基础数据库建设指南。我们正在组织开展研究和建立灌区信息化技术标准体系。主要内容有:建立规范化的数据分类和编码标准、元数据标准及管理标准、术语和数据字典标准、数据质量控制标准、数据格式转换标准、空间数据定位标准、信息系统安全和保密标准、信息采集与交换标准等;建立全国灌区统一的多级比例尺公共基础地理信息平台。

(三)抓好试点项目的建设和运行管理

按照《水利部信息化工程建设管理办法》的要求,加强对试点灌区信息化建设项目的管理。加强前期工作,通过坚持规划和重大设计方案的专家论证评审制度,严格执行项目的立项审批程序。要调动各方面的积极性,多渠道筹集资金,确保配套资金的落实。对项目的建设和监管实行公开招标,确保工程质量,同时对试点灌区进行中期评审,实行动态管理,在2004年度,组织专家对试点灌区信息化建设进行评估,对地方积极性高、配套资金落实情况好、信息化试点工作成效显著的灌区,中央继续加大支持力度,反之,取消灌区信息化试点资格。通过加强项目资金管理和以上措施,建立一套行之有效的科学的信息化建设管理制度。

(四)加大对试点灌区的技术支持力度

充分依靠科研院校单位的力量,充分发挥专家作用,为试点灌区的信息化建设提供强有力的技术支持,以保证信息化建设的科学性。

为加强对试点灌区信息化建设项目的技术支持,成立全国大型灌区信息化建设项目专家组,负责项目的具体技术指导和监督,并组织对项目研究成果的验收、评审和鉴定。专家组将通过召开技术研讨、现场会、工作简报等方式交流灌区信息化技术的最新发展情况并对试点灌区提供技术咨询。

(五)进一步加强软件和应用系统建设,避免低水平重复开发

抓紧组织一流的科研机构联合攻关,加强软件和应用系统建设,避免低水平重复开发提高灌区信息化建设资金的使用效率。利用国家"863计划"项目,开展"大型灌区信息化建设GIS应用示范"。主要内容:研究制定大型灌区GIS数据标准以及开展相关政策研究;建立大型灌区专用NTGIS平台。利用水利部"948"项目,引进国外灌区水资源优化调度关键技术与设备。主要引进内容:田间水量计量设备;数据通讯系统中的RTU设备;视频控制中的RIX设备;灌区水管理软件(WMS)。

(六)在北方灌区重点推广夹马口灌区经验,加快建立科学合理的水费计收系统

山西夹马口灌区水费管理系统的建立并成功的应用,实现了水量、水价和水费的公开、公正和透明,提高了水费收取率,降低了供水成本,减轻了农民负担。灌区水费管理系统也具有技术成熟,开发容易且时间较短,投资相对较少的优点,水的计量和水费征收是北方灌区普遍关心的主要问题。今后在灌区信息化总体规划下,在灌区重点推广山西夹马口灌区经验,加快灌区水务公开的步伐。

(七)加强灌区技术人员培训

针对灌区信息化人才严重缺乏的状况,制定切实可行的人才培养计划。加强对干部职工的信息化知识培训,把其掌握信息化知识的程度和计算机应用水平纳入干部职工的考核内容。通过多种形式,培养和造就一大批能够跟踪国际先进水平、掌握信息系统应用开发技术、精通信息系统管理、熟悉灌区信息化知识的多层次、高素质的灌区信息化人才,为推进灌区信息化建设奠定坚实的基础。

我国的灌区信息化还处于起步阶段,有许多需要研究的问题。灌区信息化建设必须结合实际,因地制宜,量力而行,注重实效。要从灌区工作的实际需要出发,运用信息化手段切实解决灌区管理中的实际问题。要针对不同灌区的具体情况,确定信息化的主攻方向,而不是盲目攀比,不讲效益。当前,大型灌区工作面临着新的形势和发展机遇,经济社会发展对灌区工作提出了更高要求,在今后的工作中,我们要认真学习贯彻"三个代表"的重要思想,按照这次会议的要求,认真学习和借鉴国内外的先进经验,把灌区信息化工作作为推动灌区现代化建设的一项战略任务和重要内容抓紧抓好,以灌区信息化建设促进灌区的改革与发展。

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