灌區信息化建設發展現狀及策略

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摘要：灌區信息化的建設發展是提升灌區管理水平和提高灌溉效益的有效手段之一。針對灌區信息化建設發展不同階段中存在問題進行歸納總結，分別對規劃、建設和運行管理階段信息化建設發展現狀進行分析，對規劃質量、建設水平、設備維護、人才隊伍建設相關問題進行探討，并對存在的問題提出應對策略以供灌區信息化建設及長期運行管理需要。

關鍵詞：灌區；信息化；應對策略；運行管理

灌區信息化是提高灌區的管理服務水平和質量、降低成本的重要手段，是實現“總量控制”和“定額管理”2套指標體系的重要措施，是灌區建設和發展的必然方向。通過現代計算機、網絡通信、電子信息、智能控制等技術構建水資源信息感知、智能控制、動態調度，實現灌區管理的信息化、智能化、網絡化。全國大型灌區續建配套與節水改造規劃的大型灌區共434處，分布在全國31個省（區、市），涉及1104縣（市、區），截至2014年底，共153處灌區不同程度開展了信息化建設[1]。通過灌區信息化建設，工程運行安全保障得到了提高，應對突發事件的處理能力得到了增加，水資源的利用效率和灌區綜合管理水平得到了提升。對灌區信息化建設的發展，多位學者也提出了各自觀點，其中具有代表性的有：陳金水[2]對灌區信息化建設的總體思路方面提出了灌區現代化的頂層設計思路要結合灌區的實際情況，遵循客觀規律，循序漸進，要結合灌區的實際應用情況，做到實用、有效和可靠。信息化的規劃質量受灌區自然環境、工程條件、人文因素等制約，郝敬偉[3]指出針對信息化建設的目標和內容、分析建設規劃應堅持開放性、先進性、可靠實用性等基本原則，并針對系統運行的人員素質、運行管理、制度建設等關鍵因素提出合理建議。灌區通信方式也隨著通訊技術的發展不斷在變遷，從較少占用資源的GPRS方式[4]、到可以實現遙測和遙調的GSM方式[5]、適用于人煙稀少且無公網覆蓋地區的5.8GB/s寬帶微波方式[6]，以及VPN虛擬網技術，或者上述方式的各種組合等。灌區信息管理系統從單純提供信息到提供共享和決策支持服務轉變。肖建華[7]對灌區信息化系統集成方案進行了優化，針對普遍存在的信息化“孤島”問題進行了整合，實現對各種頁面的瀏覽。柏屏[8]、謝芳[9]、李翊[10]、馬樂平[11]等以地理信息系統（GIS）為平臺，數據庫為基礎，建立了不同類型灌區信息化管理系統，實現了水利信息的采集、展示、模擬、管理和分析評價及數據的上報和共享。從目前的灌區信息化發展現狀看，灌區水管單位對灌區信息化建設的積極性較高，而工程前期規劃及后續管理意識不強。灌區信息化是一個集信息采集、數據管理、決策支持、網絡于一體的系統工程，其發展不僅僅需要關注建設期，更應該開展全過程管理，包括前期規劃，建設管理及運行維護等多個方面。

1灌區信息化發展現狀

灌區信息化建設的目標是充分利用計算機、電子、通訊、控制、網絡技術，圍繞灌溉管理，打造灌區工程管理及運行管理的支持、應用平臺。其主要建設內容一般包括：水雨情測報、閘門監控、墑情監測、調度管理、辦公自動化等系統的建設，以及數據庫和通訊網絡的構建。從建設效果看，灌區建立了灌區水情信息基本站點和完善了傳輸方式，管理上基本實現了計算機對基礎水雨情信息的采集、處理和預報功能。灌區獲取的信息被不同程度用于灌區自身的管理當中及行業主管部門決策的依據，一定條件下實現了灌溉水資源的優化調度和配置。灌區信息化建設初步達到了建設目的。但是，在多年的建設管理及運行中也存在一些問題，不同階段存在的問題各有特點。

1.1規劃階段

配套改造周期長，規劃與建設脫節。在實施過程中，限于各地實際情況及編制規劃時期條件，規劃編制深度不同，規劃技術方案實施時機不盡合理，工程投資建設內容與工程量不匹配等。各地信息化建設規模、重點和實施時間不同，加上工程建設環境與物價水平的變化，工程建設標準更新，原規劃內容與建設情況不符。數據格式不統一，系統兼容性差。數據的分類、定義不規范，設計單位各自為陣，存在低水平重復開發與建設等現象。數據庫模式多樣，標準化程度低，數據存儲難以同化，無法實現信息共享，產生一個個“信息孤島”。采集和傳輸設備型號種類繁多，檔次參差不齊，應用程序各自獨立，沒有關聯性。缺乏統一規劃，重復建設現象嚴重。信息化規劃與水庫安全、山洪災害、氣象部門環境等監測項目重疊，各自獨立規劃、設計和運行，各系統分屬不同管理部門，無法集成，增加了投資，降低了資源利用率，同時增加了維護費用。軟件標準化、通用化程度低。由于各類信息系統及應用軟件均由各承擔單位獨立開發，其系統性差、維護困難。這就導致數據庫和應用軟件只能由少數人員熟悉使用，一旦出現問題，往往導致整個系統的癱瘓甚至廢棄，由于缺乏權威的數據庫建設指南，缺乏統一的建設標準，其它用戶也難以使用。片面追求外觀效果，實用性偏低。規劃中對系統的展示功能要求較為豐富，片面追求視覺效果，而對信息技術的應用不足，多數數學模型難以對實際狀況進行符合實際的模擬，難以對灌區水資源科學調度管理起到指導作用。

1.2建設階段

在建設實施階段，總體建設水平低和管理職能分散，同時信息化人才和資源投入不足也是導致信息化建設機制缺失的原因。信息化建設水平低，影響數據的質量。直接造成水利統計數據的獲取方式不穩定，部分地區存在重復建設，使得數據源混亂，指標重復不一致，有可能會出現相互矛盾的情況。實際建設時，由于不同施工單位采取的技術手段有差別，很難做到系統建設的整體性，不利于系統的二次開發和綜合集成。管理職能分散，信息化人才匱乏。信息化運行管理人員處于基層水務系統，無法參與建設項目的前期工作，對信息化建設規劃信息了解有限。相關專業技術人員不足，對信息化知識認識不足，從事水利工程建設人員往往具備扎實的水利工程建設知識，而信息化方面知識則成為短板，無法及時發現建設中存在的不足。硬件優于軟件，制約信息化水平。灌區普遍重視硬件建設，軟件建設水平較低，相反限制現有硬件水平充分發揮。甚至有的資料整理分析還需要人工操作，對灌區管理效率有直接影響，同時已開發的軟件得不到實踐應用，這也間接影響了軟件的開發和推廣工作。

1.3運行管理階段

設備多樣化，維護成本高。灌區常用的水位、雨量、流量等設備種類繁多，品牌各異，性能也是千差萬別。經過實踐運行，進口原裝或組裝采集設備質量相對較為穩定，但設備價格較高，多為一體化設計，維修困難。國產設備價格較為低廉，但長期運行可靠性偏低。信息化人才建管不對稱，缺乏相關專業知識。從事水利信息化系統開發人員偏重于信息技術，而對于水利建設相關知識略顯缺乏。長期從事灌區管理業務的人員多數對信息化認識不足，造成系統建設完成后成為擺設品的尷尬局面。對灌區管理人員的培訓及再教育往往側重于水利與工程建設專業知識，信息技術方面的人才往往得不到重視。維護費用高，存在資金缺口。維護一個信息系統可能比建設更難，而且信息化系統建成后的管理和維護，則主要靠應用者和管理者完成。信息化設備更新快，淘汰率高，運行維護費用高，運維費用由使用單位自行解決，對水管部門來說在資金上有一定缺口。

2灌區信息化發展應對策略

國家每年仍將投入續建配套節水改造投資的3%～10%用于灌區信息化建設，這為灌區信息化建設與發展提供了資金保障。然而，灌區信息化運行管理過程中遇到的問題已經開始制約信息化的進一步發展，灌區的建設管理水平也是信息化程度高低的重要體現。灌區水利信息化涉及數據采集、信息傳輸、決策支持等多方面的運用，因此提前做好灌區信息化發展中的應對策略，對發揮系統應用效益及信息化運行長效機制有重要的指導作用。

2.1規劃階段

信息化系統設計的前提是規劃質量，良好的規劃能夠節約工程投資，節省工期，保證工程竣工后長期高效運行。系統建設規劃要結合灌區實際情況，實際應用和效益發揮緊密聯系，將先進的科學技術融入到實際的灌區管理中，才能建設技術含量高，緊跟科技現狀的系統工程。適時調整規劃，合理升級改造方案。針對規劃不能滿足當前需求的情況，要隨著社會經濟的發展水平，本著“技術先進、經濟合理、講求效益”的原則提高工程建設標準及優化建設內容。統一規劃，提高系統兼容性。各系統輸入輸出接口采用國家標準，為系統集成提供便利。建立科學規范、標準統一、資源共享的信息化應用平臺，實現網絡互聯和資源共享。這也是減少投資、降低后期管理和維護成本的手段。國家也頒布了相關標準，如SL700－2015《水利工程建設與管理數據庫表結構及標識符》對庫表結構、數據表示方法和標識作了規定。加強溝通，實現互聯互通。在水利系統中根據職責和隸屬關系，由通信和計算機網絡系統相互連接，實現信息和成果共享。李翊[12]、劉海燕[13]等提出的面向服務的體系結構和云計算解決方案可提供借鑒，建立感知層、網絡層和云計算平臺三層架構，為各類信息化系統提供統一的軟硬件基礎平臺。實用性至上，可視化仿真輔助。對數據分析挖掘及建立水利水文模型進行研究的最終目的是實現水資源的優化調度，提高用水效益。對數據和空間信息給予了不同程度的表達，都應以滿足現實需要為原則，不可過于追求動態和可視化效果。在信息傳輸上，目前大多數灌區都采用遙測系統，信息傳輸方式有GPRS，3G網絡和VPN專網等。由于現在公網覆蓋率較高，數據量較小的信息基本能夠通過GPRS傳輸，而3G和VPN網絡傳輸費用較高，一定程度限制視頻監視、閘控等設備所需信息的傳輸。原則上應優先選擇公共通信方式，或以公共通信方式為主。

2.2建設階段

加強業務應用系統建設，恰當配置模塊。灌區目前主要的業務應用系統包括信息采集處理、水費計收管理、配水調度管理、灌區防汛預警及辦公自動化系統等。嚴格執行技術框架體系，水利部項目辦編制完成了23部項目標準，覆蓋術語與編碼、信息采集與傳輸、數據資源、應用系統和建設與管理等方面。在灌區信息化建設中嚴格執行相應的技術標準，對主要硬件設備、關鍵系統技術審查，能夠保障儀器設備多樣化帶來的困擾，提高系統兼容性。在此基礎上需要加強業務應用系統的開發力度，從系統建設經驗看，采用微軟公司控件進行二次開發是一種選擇，其設計工期短，界面友好，符合管理人員平時的工作習慣與思維方式，只要進行短期培訓一般管理人員即可上崗操作。推進公共數據庫系統建設，實現資源共享。灌區公共數據庫包括基礎信息、水情、水利空間和社會經濟等數據庫。充分利用網絡資源，建立局域網系統，實現信息的傳輸、處理與共享。實現水利行政管理部門、灌區管理機構、計劃用水戶等多級管理平臺的數據共享，提高行政效能，提升計劃用水管理的主動性，為調度決策提供信息支持。構建水利基礎信息采集體系，提高水利基礎信息的利用率。現有的公共通信資源基本能夠覆蓋灌區主要水源地信息傳輸的需要，灌區信息化建設應依托現有公共通信網絡建設相應的水利基礎信息通信網，為灌區基本業務提供通信服務，適時增加必要的傳輸帶寬以保證大數據量的傳輸能力。建構區域性數據中心，在灌區水利基礎信息采集體系內實現日常灌溉、防汛抗旱、應急調度等事務的資源共享。

2.3運行管理階段

加強制度化建設，保證長效運行。灌區信息化系統中精密的設備需要采用嚴格的技術操作流程，整個系統的管理和使用需要明確責任主體、規范管理職責，嚴格操作規程。制定清晰、嚴謹、科學、規范的系統管理制度，是保證系統長效運行的有效手段。大部分信息化設備均安裝在荒郊野外，暴雨天氣易遭到雷擊短路損壞，數據采集設備線路易遭到動物啃咬破壞，民用設備易被偷盜。所以設備的防雷、防水、防火、防盜等需要在運行中予以重視，采用切實有效措施保證設備安全。重視人才培訓，提高運行管理水平。信息化系統涉及水利、電子、通訊、自動化、計算機等多個專業。因此對管理人員的專業素質和技術水平要求也較高，這樣的綜合型人才在灌區管理單位不多。因此要求在系統建設期管理人員能夠及時參與，充分了解系統建設的內容和技術要求，完工后也應提供充足的培訓學習機會，只有提高灌區管理人員的素質，才能保證灌區運行過程中系統的有效利用，并充分發揮應有效益。經驗表明系統的長效運行不僅在于建設高質量的信息化系統，日常的巡視檢查、維修管養也是系統安全運行的重要保障。

3結語

灌區管理的信息化、智能化、網絡化是灌區建設和管理的發展方向。針對灌區管理現狀進行了總結，分別對規劃、建設及運行管理中存在的問題進行了梳理。當然在灌區信息化建設過程中，各個階段也不是完全區分的，有些階段是相互重疊，互相滲透的。總之，要重視規劃質量，最大化投資效益，保持系統兼容性的同時緊跟科技前沿；推進建設階段應用系統及公共數據庫建設，提高基礎數據利用率；加強運行管理階段制度化建設，加大人才隊伍培養力度，以提高管理人員的素質。通過加強灌區信息化建設的全過程管理，提升灌區管理水平和增加灌溉效益。

作者:李錚 何勇軍 范光亞 吳秀會 單位:南京水利科學研究院 翠屏國際控股有限公司