摘要：本文简述水利信息化技术在宝鸡峡灌区的应用，通过定义和具体建设措施为今后类似工程的水利信息化建设提供了选择参考的案例。
关键词：水利信息化；宝鸡峡灌区；建设应用；不足与改进
1、概述：
1.1 灌区概况：
宝鸡峡灌区位于陕西省关中平原西部，建成于1971年，是陕西省最大的灌区，也是全国十大灌区之一。灌区西起宝鸡市以西的渭河峡谷，东至泾阳，南临渭水，北抵渭北高塬腹地，东西长181公里，南北平均宽14公里，最宽处40公里，总控制面积2355平方公里，灌溉宝鸡、咸阳、西安三市十四县（区）的290万亩农田。宝鸡峡灌区在发挥防汛保安、抗旱减灾、补水排涝和保护生态等公益性功能中，有着其它灌区无法比拟的作用和优势。灌区工程的建设和发展，为彻底改变农业生产条件，改善恶劣的生态环境和扶贫开发做出了巨大贡献。
1.2 灌区信息化的建设需求和目标：
遵循国家“十一五”期间国民经济和社会信息化的发展方针，根据全国《水利发展“十一五”规划》、《关于开展“十一五”大型灌区信息化建设试点工作的通知（办农水［2007］240号）》文件精神，灌区信息化建设的主要指导思想是：实现用先进的现代高科技技术来管理整个灌区的蓄水、提水、输水和配水等工作。基于灌区的需求分析对灌区信息进行分类，确定出结构上合理，技术上易于实现和满足实际应用，性能上优良的信息化管理系统。达到远程自动监测控制蓄水、提水、输水和配水的目标，实现少人值守和无人值守。彻底改变以往人工低效操作的落后局面。以可持续发展的思路，用现代理性思维和理念转变传统的治水思路，向管理要效益。在灌区实现管理体制和机制现代化，管理技术现代化，管理人才现代化。充分利用现代信息技术，创造出现代和谐的数字化灌区。在实际建设中做到“统一规划、资源共享、急用先建、以点带面、分步建设”。
2、灌区水利信息化：
2.1 水利信息化的定义：
水利信息化是国家信息化改造和提升传统产业思路在水利行业的具体体现，是带动水利现代化的重要措施之一。所谓水利信息化，指的是充分利用现代信息技术，开发和利用水利信息资源，包括水利信息的采集、传输、存储、处理和服务，提高水利信息资源的应用水平和共享程度，从而全面提升水利事业活动的效能。
灌区信息化建设是现代水利行业不断发展的重要手段，即运用信息技术达到提高灌区管理的效率和效益的目的。
2.2 灌区信息化的构成：
与灌区有关的信息化基本上可分为数字、文字、图形、图像、视频和音频六种。
按照信息在灌区灌溉用水管理、工程建设维护管理、工程运行监控管理、日常行政事务管理的作用，灌区的信息可以进一步具体地分为五类。
1.基础数据：灌区基础数据指那些用来描述灌区基本情况，信息更新周期比较长的资料，又可以分为灌排信息、用水户信息和灌区管理信息三方面的数据。
2.实时数据：灌区实时数据指那些在灌区运行过程中，为了用水管理和设施管理的需要而监测得到的实时数据，包括灌区气象数据，实时水雨情（包括雨情、水源水情、渠道水情、闸坝水情、田间水情等）、土壤墒情及地下水位监测数据、水质、作物生长状况、实时工险情，以及闸、泵的控制数据（启/闭、开/停，以及开度指令等）。
3.多媒体数据：灌区多媒体数据包括灌区管理所需要的不同种类的数字视频、数字图形、图像、数字音频等数据。
4.超文本数据：灌区超文本数据为表现、展示灌区管理运行现状的各种超文本数据，包括与灌区管理有关的法律法规、业务规范规程规定、灌区主要工程的调度规则和调度方案、灌区通报简报等新闻发布内容已经有关的经验总结等数据。
5.空间基础数据：灌区空间基础数据指与灌区空间数据有关的基础地图类数据。灌区所有的数据几乎都具有空间信息的属性，但不是所有的这些数据都是空间基础数据，只有当有较多其它的空间信息需要依赖某一空间数据定义时，该空间数据才成为空间基础数据。这些数据包括遥感影像图、灌区电子地图等。【1】
2.3 水利信息化的应用基础：
2.3.1 GIS技术：
GIS（地理信息系统）技术应用时相当的广泛的，它不仅功能比较强大，而且能应用在各行各业的信息的采集、分析和处理当中。地理信息系统技术在水利信息化的应用已经有大概十个年头了，在水利地理位置的确定、信息的采集、分析和功能集成方面GIS技术的应用都是相当的广泛：其一，在基础信息管理方面，它能通过GIS的地理坐标功能来进行水利的地理信息管理；其二，在水利信息展示方面，GIS系统可以分类分区域的展示包括水库、水闸、监测站等水利工程信息和水情信息等包括水灾、雨情等等；其三，在统计分析方面，地理信息系统技术依托着它强大的分析功能，能够分析降雨量、水资源量等基本水利信息还包括水淹面、受灾面和人口财产统计等外延信息的统计和计算。其四，GIS的集成功能方面，包括信息服务，气象预报、防汛模块功能，水库调度等等；其五，GIS三维技术功能方面，随着技术的发展GIS的成像就是也是从二维发展到了三维，水利信息就可以通过立体的形式展现出来了。
2.3.2 DB技术：
DB（即数据库）技术是随着计算机信息技术发展而来的一种技术，应用在水利信息上，几乎水利信息的每项业务都是与这数据库技术密切相关的，是水利信息化的基础之一。通过这项技术，水利工作和决策能够通过数据库中的信息对降雨量历史水情的分析和管理来对未来的水情进行预测，数据库技术使得防洪减灾信息管理更加规范，使信息查询和更新更加便利，并且为数据挖掘的应用打下了基础。
2.3.3 NET技术：
网络（NET）技术的应用和发展带来了水利信息化的大的发展，网络技术在传输、分析、共享、管理和发布气象、水情、旱情、水质、灾情、工情等信息方面为水利管理信息的提供了强而又力的技术方面的保障。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆按网络应用范围的需要可分为广域网和局域网；按网络通讯安全保障的需求可以分为水利专网和公共网络；按照信息传输介质可以分为有线网和无线网。网络技术除了通讯传输技术方面的功能外，网络编程技术也是网络技术的重要应用之一，给以了水利信息化以强大的功能拓展功能。
2.3.4 RS技术：
RS技术（即遥感技术）在水利信息化建设中的应用也越来越重要，随着RS技术的发展进一步的提高了影像的识别精度和数据的处理能力，通过RS技术来确定洪旱的位置信息，分析其影响和评估当前的可能的受灾情况，报告水土和水质信息，为防汛和救灾提高了信息支撑。
2.3.5 VR技术：
VR技术（即虚拟现实技术）就是利用计算机强大的三维生成技术来生成三维虚拟环境，制作出逼真的人造形象环境，使人要身临其景，并和它进行人机交互。它在现代的水利信息化建设中应用也相当的广泛。主要应用在防洪工程的三维虚拟模型的构建和洪水流动及淹没的三维动态模拟上。
2.3.6 GPS技术：
GPS（即卫星定位系统）技术的应用是在地理信息系统技术、网络技术和遥感技术等技术的发展而发展起来的一门技术。虽然GIS技术和RS技术能够在发现险情、灾情的位置上可以发挥作用，但是准确度方面确实不是很理想，利用GPS、GIS和RS系统的联合就能准确的确定灾区的准确位置。准确度较高是它的最大的特点，但GPS的通讯容量有限，传递比较慢，所以在应用和普及上有一定的局限。【2】
3、宝鸡峡灌区信息化主要建设内容：
3.1 基础设施建设：
（1）通信网络：分中心网络有兴平总站、杨凌水电总站、宝鸡总站和工程局
分中心网络。分中心网络，作为监控、管理、调度分中心需要汇聚下属管理站的实时数据。分中心网络系统由交换机、服务器、现场信息监控前端、电脑等构成，通过交换机的光纤接口与通信系统对接，通过百兆以太网接口与服务器、终端链接。分中心网络与管理局中心以及与其下属信息监控前端构成星型拓扑结构，采用TCP/IP通信协议。
（2）视频监视系统：视频监视采用基于嵌入式操作系统的远程网络视频安全
监控，监控点的图像经网络视频图像通过以太网接口上传至网络硬盘录像机进行本地监控，局监控中心通过自建局域网或租用光纤通讯访问本地网络硬盘录像机来进行远程监控。
（3）渠道量水：礼泉总站范围内建设10处雷达水位计；宝鸡总站1处雷达水位计；扶风总站3处雷达水位计；兴平总站4处雷达水位计；咸阳总站1处雷达水位计。
（4）闸门测控：福林堡退水、宝鸡站、王家崖退水共计7处33孔闸门测控。
闸门测控采用前端传感器（水位传感器、闸位传感器、防盗防火报警器等）、监控电脑组成。系统可以实现：渠道水位的自动监测，通过渠道水位流量关系计算流量数据。
（5）作物需水监测：在宝鸡峡灌区范围内的主要产粮区架设2处作物需水设备，根据监测的内容预测作物需水量。
（6）智能巡护终端：建设98公里塬边总干渠、主要交接断面、农灌10大站的智能巡护终端60台。终端中搭载安全巡护模块、水量上报模块、事件拍照模块等。
3.2 应用软件建设
（1）宝鸡峡信息化门户建设：
进行“宝鸡峡信息化门户”建设，增加信息监测与消息推送、定制及时通信模块、权限改造、提供（电子地图、统一视频等）第三方信息调取说明，完成宝鸡峡信息化信息化管理的统一入口。
（2）实时数据综合监测业务应用：
通过地图、列表的形式统一接入视频监视、水量、墒情、汛情、作物需水、异常事件、闸门状态、设备状态等实时数据信息，完成实时数据的可视化综合感知。
（3）巡护监督业务应用：
巡护监督平台巡护监督移动终端将巡护的主要险工段、水库、闸门、斗门、断面、易毁渠道、汛情、异常事件等信息纳入到统一的巡护监督平台中，实现信息的有。
（4）灌区来水预测：
通过收集宝鸡峡灌区水文站多年径流资料、降雨和土地利用类型等资料，利用水文模型模拟构建一套满足宝鸡峡灌区渠系来水预报的模型系统，与上游水文站水文预报相结合，实现对渠系来水信息的综合预报，为灌区水资源调度提供决策支持。
（5）灌区计划用水编制系统：
主要为灌区管理单位制订科学的配水计划，为灌区的计划用水提供基本依据，并实现整体水资源的优化配置。
（6）灌溉进度仿真业务应用：
通过高清遥感数据目视解译、现场核查的方式，梳理清楚渠系、灌溉单元的实际信息。使用高光谱遥感影像自动解译地表土壤含水量，采用土壤含水与植被需水模型，完成灌溉效率的评价。
（7）渠系优化配水系统：
渠系优化配水系统由灌区灌溉供需水量、供配水方式、配水目标函数、配水顺序等决定。目前，宝鸡峡灌区配水，根据灌溉阶段和情况的不同，采用以下四种方式进行，分别为动员用水、申报用水、按比例用水和集中用水。
（8）灌溉用水结算系统：
实现管理局和5大总站的灌溉用水计算机结算，包含站际水量平衡的管理、水费结算、报表输出、结算公示等功能。
4、宝鸡峡灌区信息化存在的不足：
经过十年的分期建设和有计划的更新、改造与完善，宝鸡峡水利信息化已经能够达到对灌区管辖的六座水库主坝段进行全天候视频监控，对重要干支渠断面的水位数据进行自动采集并上传到宝鸡峡信息化综合管理平台上，对灌溉用水量的申报进行总站层面自动统计结算，三维数字地图动态实时展示灌区水利工程设施工况等。
但现在宝鸡峡灌区的信息化水平依旧处于起步阶段，水利信息化并没有完全达到使灌区管理效率更快捷，更方便的阶段目的。例如库水位的观测仍然是依靠人工测读水尺数字，各支渠量水堰流态无法智能识别，水闸不能进行远程操控。现有水利信息化技术也不能对宝鸡峡这类大型灌区的农灌用水模式，复杂多变的渠系水情，灌区众多农水工程设施做出综合研判和预警提示，宝鸡峡信息化门户网站无法提供相应调配方案或远程协同控制方式，也远未达到智能化的灌区综合管理目标。
5、宝鸡峡灌区信息化需要的改进：
从水利信息化服务灌区的功效而言，宝鸡峡水利信息化建设应该最终达到使灌区的蓄水、提水、输水和配水等工作实现完全电控数字智能化，以减少人力成本与开支，逐步应对未来农村劳动人口下降的现实社会问题。所以上级主管部门应继续加大对宝鸡峡灌区水利信息化工程的资金投入，中标承揽宝鸡峡信息化工程的企业需要不断研发程序更稳定，仪器更先进，设备更可靠的软硬件系统。宝鸡峡管理局也有必要对相关专业技术人员进行水利信息化理论和实践的业务知识培训，使灌区管理人员能够熟练掌握和细致维护已投入使用的各类水利信息化设施，保障水利信息化的高效应用。
6、结语：
宝鸡峡灌区是一个多枢纽，蓄、引、抽并举，地形复杂、高差比大的大型灌区，信息化建设应突出其管理特性、工程特性和地形特性，体现灌区依托信息化实施的多区域灌溉管理与资源调度、信息流管理、实时决策并举的信息化管理特色，大型灌区的水利信息化建设绝不可能是一蹴而就，朝夕即完的，应是循序渐进的升级换代过程，随着科学工程技术的进步，及党中央一如既往重视水利事业的发展，水利信息化必将会迎来井喷时代。
参考文献：
[1] 张绍强 《大型灌区信息化建设技术指南》[M] .北京：中国水利水电出版社，2012
[1] 章勇 《浅析水利信息化技术的发展和前景》[J] 北京：《工程管理前沿》，2014
论文作者:刘琛
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/21
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