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1、灌区灌溉管理和信息化建设研灌区灌溉管理和信息化建设研究进展究进展贵州省水利科学研究院 王群 总工摘摘 要要：信息化建设是我国灌区节水配套改造项目的主要内容之一。就我国灌区管理信息系统进行了系统阐述，分析了我国灌区管理和信息化建设存在的问题，重点分析在我国灌区进行管理信息化的必要性，同时也分析了GIS在水利工程方面的应用现状及需求，阐明了GIS技术在我国未大面积推广使用的原因，为我国灌区管理和信息化建设提供一定的理论参考。关键词关键词：灌区；灌溉管理；信息化；研究进展 水资源问题将是21世纪制约我国社会经济可持续发展的首要资源环境问题，而缺水是干旱半干旱地区农业发展的首要限制因子。尤其是近年来我
2、国北方的持续干旱及地下水严重超采，使得农业水资源供需矛盾日益突出1。因此，合理高效地利用有限的水资源是今后农业生产中必须重视的一个关键问题2-3，而水利信息化管理是高效利用水资源的一种有效途径。从目前节水农业四大技术(工程节水技术、农艺节水技术、生物或生理节水技术和水管理节水技术)来看，国内在水源、输水、配水、用水、节水农业、水法规政策等方面已取得了许多科研成果，在节水农业的各个环节已形成了许多相对成熟的单项技术，但缺乏组装、配套，尤其缺乏适合于区域的集成技术，因此严重影响整体节水效益的发挥5。在高度重视水利信息化建设的今天，“中国水利要实现从工程水利向资源水利，从传统水利向现代化水利、可持续
3、发展水利转变，显得尤为重要6。如何提高灌区管理水平和灌溉水资源利用效率，是关系到我国农业是否可持续发展的重大问题之一。目前，农业灌溉面临巨大的挑战，农业水资源供需矛盾十分突出，如何利用现有的高新信息技术有效保护和合理利用水资源，充分发挥资源效益，是摆在水利工作者面前的新的课题。开发应用功能齐全、界面友好的管理信息系统软件是灌区管理现代化发展的必然趋势，是实现灌区计划用水、规范管理和农田节水灌溉的重要手段之一。灌区管理信息系统的建立不仅为灌区管理部门提供科学的决策依据，还将提高灌区管理的效率和水平。灌溉管理是灌区信息系统的基础和中心内容，合理灌溉、科学用水、提高灌溉效益的一切措施均取决于准确、可
4、靠、及时的灌溉用水管理信息。灌区管理信息系统是以加工处理灌区管理信息为主的计算机系统，旨在实现灌区信息的采集、处理、加工、存储、传输、反馈的一体化和自动化。1 灌区管理信息系统传统的管理信息系统，主要是完成信息的收集、整理、统计分析，通过各类报表进行输出。近年来，随着地理信息系统(GIS)软件的成熟和应用，将地理信息系统加入到管理信息系统，己成为一种趋势。在灌区管理工作中引入GIS，利用GIS的空间信息管理和分析的功能，将已成熟的图形技术与数据库技术揉合在一起，将普通的MIS升华为具有可视信息的MIS+GIS系统，这将使灌区用水数据的实际情况更加直观化，为灌区管理者全方位、多角度的分析和决策提
5、供了方便。1 灌区管理信息系统 目前在国外发达国家，灌区管理正朝着信息化、自动化、高效化方向发展。国外灌区普遍把计算机技术、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。而我国灌区的灌溉管理水平和信息化程度，总体上还处于比较低的水平。主要表现在以下几个方面。2 我国灌区管理和信息化建设存在问题（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
6、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。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。2 我国灌区管理和信息化建设存在问题（2）灌区管理人员信息化意识和技术水平亟需提高 部分
7、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，不仅没有减轻反而加重了灌区工作人员的负担。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。2 我国灌区管理和信息化建设存在问题（3）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，各灌区各自为政，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。
8、同时，各灌区重复开发、重复建设现象严重，造成很大的浪费。（4）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。一些产品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。随着信息技术的迅速发展，这一问题正逐步得到解决。2 我国灌区管理和信息化建设存在问题 （5）灌区信息化系统的综合集成能力差，重硬件、轻软件 一方面，灌
9、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。另一方面，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。2 我国灌区管理和信息化建设存在问题 近年来，随着大型灌区续建配套及节水改造等项目的实施，灌区的用水管理水平得到了进一步的提高，但与现代化管理水平要求相比仍
10、然有很大的差距。目前，灌区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。因此，进行灌区信息化的管理和建设具有十分重要的意义。灌区灌溉信息化管理就是利用数据库8-10(Database)技术、网络(Networks)技术、地理信息系统(Geographic Information System)技术来提高灌溉水利用率和灌溉管理水平，实现灌区管理现代化和可持续发展。因此，灌区水情信息化管理是符合水利信息化统一标准要求的，是国家国民经济信息化体系规划的组成部分，是可为国民经济和社会发展提供不同层面水利信息服务。3 灌区管理信息化必要性的建立
11、能在地理背景图上对灌区渠道、渠系建筑物、农田、公路和铁路以及精准灌水等信息进行综合管理的系统，是灌溉信息化的重要组成部分。GIS的引入使渠系信息更直观、更便于运行管理，对灌区管理部门提高服务质量，渠道合理配水，提高运行维护水平将起到很大的促进作用。尽管由于受GIS技术发展以及开发条件的限制，目前灌区管理GIS系统的建设还存在一定的问题，但已经成为灌区信息化建设水平的一个重要标志。因而，研究采用先进、成熟的GIS技术，开发适合灌区的管理系统，不但可以提高灌区的水平，更可以实现“数字灌区”的构想。3 灌区管理信息化必要性的 地理信息系统(GIS)是近年来发展起来的对地理环境有关问题进行分析与研究的
12、一种空间信息管理系统。它是在计算机硬件和软件支持下对空间信息进行存储、查询、分析和输出，并为用户提供决策支持的综合性技术。它利用计算机建立地理数据库，将地理环境的各种要素，包括地理空间分布状况和所具有的属性数据，进行数字存储，建立有效的数据管理系统。通过对要素的综合分析，方便快速地获取信息，并能以图形、数字和多媒体等方式来表示结果。GIS最大的特点，在于它能够把渠系业务中的各种信息与反映空间位置的图形信息有机地结合在一起，并可根据用户的需求对这些数据进行处理和分析，把各种信息和空间信息结合起来提供给使用者，GIS技术与灌区管理紧密结合的应用前景远大。GIS在水利工程系统中的应用体现在以下几个方
13、面。4 GIS在水利工程方面的应用需求 一是水、雨、工、灾情的信息管理、查询和分析。提供可视化的图形查询界面和丰富信息的表达方式。二是洪水的预测预报。研究给定降雨区域和降水量所产生的径流和洪水的时空分布，真实模拟洪水演进和淹没过程。三是防汛抢险救灾指挥。可以利用灾害分析模型结合GIS进行灾前分析，也可利用GIS的网络分析功能，确定救灾物资调配的最佳路径，还可以为受灾人员、财产的安全有效转移提供决策依据。四是进行灾情统计与评估。对快速采集来的洪涝灾害和水淹没情况进行综合分析与评价，统计灾害情况，估计社会经济损失。五是为防洪规划提供依据。可以根据预告所设定的前提条件，进行某一区域范围内的静态或者动
14、态的模拟，为有效地设置拦洪设施的点位和选择分洪、泄洪设施提供辅助决策支持。六是水科学问题的研究。研究问题主要包括水的地域分布、循环以及水的应用、开发与管理，这些问题均与地理空间信息紧密相关。4 GIS在水利工程方面的应用需求我国灌区目前利用GIS及信息管理存在的问题 从整体上来看，目前我国将GIS技术应用于灌区信息管理、有限水资源优化调度尚不多见，况且还存在诸多问题和难点，还不能很好的满足灌区需求。主要的问题和难点体现在以下几个方面：（1）目前已有的渠系信息处理与管理软件，在用各种编程语言集成数据库技术、CAD技术、Office软件方面进行了深入地研究，但是每一种软件的应用都有一定的局限性。5
15、 展望 （2）多数灌区GIS系统为单机系统，资源无法共享，无法与整个灌区的信息管理系统（MIS）集成；而且每个客户端需要一个GIS平台，投资较大，中小型灌区无法承担。（3）目前应用多集中于渠系设备管理和图纸资料管理，涉及渠道优化调度、作物需水量查询以及于灌区信息管理系统实时连接的功能较弱。（4）众多需使用GIS的建设灌区无能力进行二次开发，而大多数软件开发商对灌区管理知识又较为贫乏，从而造成开发的软件功能不全，深度不够。5 展望结语结语 用水管理是灌区管理的核心。灌区用水定额多少、运行成本高低、供水质量好坏，以及配水数量是否准确等直接关系到灌区工程效益的发挥、水资源的合理利用以及经济效益和社会
16、效益的提高11。灌区是一个庞大而复杂的信息系统，要利用数字化、网络化和可视化等手段和途径，实现灌区管理所需的水情、墒情、工情等信息的采集、传输、存储、处理与分析的智能化。结语结语 基于GIS技术的灌区水资源优化系统的设计与实现是一个数据、模型、工作流程以及计算机软硬件设备有机结合的整体，系统目标的确定是工作的前提，在需求分析基础上将各种信息资源按照合理的框架组织设计，实施落实形成有生命力的应用系统实体。针对灌区数据量大、数据种类复杂、对数据实时性要求高等特点，利用GIS技术强大的空间信息分析、管理、存储、模拟、数据更新、决策和预测能力的优势正好可以解决这一难题，能够实现数据的适时获取分析，制定
17、灌区水资源配置信息，达到节约用水、提高灌区水资源利用效率的目的。谢谢dPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7J
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