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【摘要】为发挥灌区在山水林田湖草系统治理中的重要作用，加快水利行业现代化建设进程，解决中小型灌区信息化建设中缺少顶层设计的困境，本文在深入分析中小型灌区信息化建设与发展的基础上，结合水利信息化当前存在的共性问题，阐述了灌区信息化建设的原则，提出了“一个平台、两个中心、三大体系”的总体架构，解决了中小型灌区信息化建设缺少理論框架和设计思路的问题。
【关键词】信息化;灌区建设;物联感控;数据中心;综合平台
0引言
山水林田湖是一个生命共同体，人的命脉在田，田的命脉在水，习总书记在《关于〈中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定〉的说明》中提出，统筹山水林田湖草系统治理，是推进生态文明建设美丽中国的具体路径和重要手段。随着国家水治理体系和治理能力现代化程度不断提档升级，水利信息化建设持续向数字化、智能化、智慧化方向发展。灌区作为山水林田湖草体系中重要组成部分，正朝着三维地理立体展示、水质工情实时预警、量水计收合理精确、资源调配全面自动、应急响应快速智能的方向全面发力。
目前大型灌区信息化水平不断提档升级，但中小型灌区往往由于资金短期、标准不一、维护不易等原因，信息化建设水平普遍较低。我国有中型灌区5200多处、小型灌区1000多万处。数量众多、分布广泛的中小型灌区为推动农业生产、城乡经济发展奠定了水利基础，是影响全国水利信息化进程的重要环节和衡量水利信息化完成度的关键指标。但目前针对中小型灌区信息化建设的较为具体、可操作的方案还较少，本文在分析灌区信息化建设需求的基础上，结合水利信息化发展趋势和当前存在的问题，提出了灌区信息化建设原则和总体架构，为中小型灌区的信息化建设方向提供了思路。
1背景
1.1建设现状和发展趋势
目前我国中小型灌区的信息化水平普遍较低，现有的水资源管理手段难以适应社会经济发展、履行水行政管理职能，无法满足水资源可持续利用和有效保护的要求，亟需利用先进的技术和创新的管理手段来缓解灌区日益紧张的水资源形势。
中小型灌区信息化建设应当以技术手段为抓手，提升灌区水资源高效管理、防汛减灾、工程标准化管理、事务管理工作和公共信息服务等各方面工作水平，这既是满足现代化灌区发展形势的需要，响应国家智慧水利的号召，也是进一步发挥灌区经济和社会效益，提升水资源管理水平的需要。
1.2存在问题
由于水利信息资源共享困难、管控力度不够、运行维护资金缺乏等问题，导致目前较多的中小型灌区信息化建设程度较低，原有信息系统因年限较长，运行状况不佳，不能发挥应有作用，存在一些共性问题：
（1）缺少顶层设计。难以从系统和全局的高度对灌区信息化的结构、层次、功能和标准进行统筹考虑，存在数据共享困难、系统设备兼容性差等现象。
（2）物联感知不足。水位、雨量、视频监控等配套建设不完善，自动化程度低、传输手段单一，量测水设备落后，监测数据不能自动上传。
（3）缺少统一的业务支撑平台。已建系统标准不一、无法互通，部分系统已弃用或无法发挥作用，不能支撑当前业务管理工作。
（4）数据资源分散。存在“数据孤岛”，无法满足汇聚、存储、整编和共享的需求。
（5）不重视运维。由于资金、流程等问题，导致系统无法正常运行，比如闸房监控或PLC控制柜年久失修、信息系统无人维护等。
2建设思路
2.1原则设计
（1）需求牵引，突出重点。
立足于灌区管理现状，坚持以需求为导向的原则，综合考虑中小型灌区管理智能化、自动化的中长期发展需求。
（2）统一规划，分步实施。
从全局出发，进行统一规划和实施，按重要程度确定合理的分步实施步骤，急用先建、分期实施、逐步推进。
（3）安全可靠，运行稳定。
采用主流、成熟、先进的硬件设备、操作系统、数据库、网络协议等，确保系统较高的性能和较低的故障率以及系统建成后能长期稳定运行。
（4）扩展方便，易于维护。
由于灌区地域面积广，各现地控制单元分布离散，且部分地理位置偏远，宜采用分布式数据库及软件模块化、结构化设计，使系统能适应功能的增加和规模的扩充。
2.2架构设计
针对中小型灌区水利信息化发展现状和建设目标，进行 “一个平台、两个中心、三大体系”的总体架构设计，如下图所示：
3建设内容
3.1三大体系
中小型灌区水利信息化建设的三大体系指物联感控体系、业务应用体系和标准规范体系。物联感控体系是建设智慧灌区的基本前提，业务应用体系是提升灌区管理水平的重要抓手，标准规范体系是水利信息化的质量保障。
（1）物联感控体系
物联感控体系包括物联感知、远程控制、网络传输几个部分。其中物联感知主要针对水位、雨量、气象、水质、水事视频监控等方面，对灌区内重要渠段、涵洞、渡槽、大坝、闸站、易滑坡点等进行布设监测，改变传统中小型灌区物联感知类别少、覆盖不全面、监测手段落后等问题;远程控制主要针对闸站等水利工程，将原有闸站改造升级为自动化控制，远程控制系统配合闸门控制软件，实现统一调度统一管理，按“少人值守”的控制要求实现自动化运行控制及调度系统遥控、遥信、遥测、遥视功能;网络传输主要针对灌区数据交换、监控信息传输、视频会商等业务应用需求，构建由水利业务专网、工控网、视频监控专网等组成的网络传输体系，形成灌区管理局与水利站工程连通的网络闭环，对外连接省级水利主管部门、省级政务网、视频会商专线和互联网等，为灌区全局信息化建设提供数据传输支撑。
（2）业务应用体系
中小型灌区业务应用体系的建设应综合考量灌区信息化的实际情况与业务需求，一般搭建以灌区运行管理、调度管理、事务管理系统为基础的信息化框架。 运行管理系统以安全监控、水雨情数据库、地理信息数据库为支撑，以信息管理、查询、常用业务分析为主要内容，涉及监测预警、协同监管、应急管理等方面，并提供安全监测、灌区雨情、水情以及历史洪水信息查询、辅助决策分析服务，为灌区防洪抗旱、兴利调度提供有力的技术支持和科学依据。
调度管理系统包括水文预报和水资源调度，水文预报为灌区调度决策提供数据支撑，而水资源调度是满足灌区供需水配置目标的重要手段。水文预报主要在对灌区气象、水文、工程等信息资源进行调用管理的基础上，根据预报模型及方案，进行不同预见期的水文预报预警并生成预报结果，最终实现降水融合预报以及短期水文预报结果的共享发布和多维可视化呈现。水资源调度以水文预报结果为支撑，集成灌区各类信息资源和供水调度模型，设计调度方案生成、调度方案比较评价、调度方案仿真及可视化等功能，为灌区水资源调度的科学决策提供依据。
事务管理系统应根据灌区事务管理的现状和工作需求进行搭建，提供水文资料整编、档案管理、水政辅助管理等功能，实现灌区事务工作的信息化与网络化。
（3）标准规范体系
灌区水利信息化标准规范体系，是实现灌区各类水利工程及信息化建设项目统一、科学、高效管理的基础保障，基于国家、水利行业及地方现有水利信息化标准规范，结合灌区自身的特点，建立适用于灌区管理及运行维护的指导性规范，一般应包括前端设备管理、应用系统管理、安全管理及数据管理四个方面。
3.2两个中心
信息化建设的两个中心指灌区数据中心和会商调度中心。数据中心是灌区信息化系统安全、稳定运行的前提条件，会商调度中心是应对防汛抗旱等突发灾情时统一指挥、协同调度和快速处置的基础保障。
灌区数据中心建设是信息化系统的基础工程，宜采用一体化平台的设计思路，综合集成现有和新建系统，打通“信息孤岛”，建立统一的综合数据库，提供统一的访问机制，实现不同权限用户的数据访问和业务应用，达到信息资源共享和业务协同的目标。对集成的海量多源异构数据进行质量评估，利用大数据分析方法提高数据治理效率，定制开发数据抽取、清洗、转换、融合、加载流程，将原始分散、重复、低质量的数据，治理成格式统一、类型统一、编码一致、逻辑一致、数源清晰的高质量数据集。
会商调度中心承担着灌区水资源调配、防汛抗旱等业务指挥、会商的重要功能，为远程视频会商、本地会议、会议显示等业务提供直接支持，为值班、办公、调度决策、信息发布等应用系统业务提供通用底层的支持，一般包括大屏幕显示、视频会议、会议扩声、集中控制等子系统。现代化、标准化的灌区会商调度中心，将为灌区视频会商、工程控制、运维管控提供安全稳定的基础运行保障环境。
3.3一个平台
中小型灌区信息化建设的“一个平台”指灌区综合服务平台，一般应包括统一门户、灌区一张图、大数据可视化系统等信息化内容。统一门户应基于统一用户体系，实现各业务系统的统一入口和权限管理，包括单点登录、综合展示、信息发布等功能，为实现灌区水资源管理、工程管理、灌区事务管理等业务系统进行集成整合;“灌区一张图”通过地图空间数据及属性信息的录入，形成丰富的水利地理信息中心，直观地将物理对象数据基于网格化地图进行显示和定位管理，解决空间定位、分析与决策问题，结合灌区水务境界、水系、确权划界资料以及防汛、决策等业务需求，构建二三维GIS平台，实现GIS的水利行业应用功能;大数据可视化系统基于数据中心和灌区一张图，利用大数据分析技术，进行灌区水利大数据的深度挖掘、分析、应用，建立集物联网管理可视化、水利工程管理可视化和水资源管理可视化为一体的大数据可视化系统，提升灌区管理人员的工作效率和管理水平。
4结语
现代化中小型灌区建设中，必须以灌区信息化体系为支撑，实现从传统人工到智能自动的转变，从被动响应到主动应对的转变。通过推进中小型灌区水利信息化建设，统筹大、中、小型灌区同步发展，以信息化技术为抓手，促进管理方式的转型升级，推动传统灌区向智慧化灌区的跨越式发展，实现大中小型灌区现代化管理。在广泛调研学习的基础上结合智慧水利建设的总体构想和推进建议，提出了中小型灌区信息化建设思路，主要建议如下：
（1）重视顶层设计。顶层设计是指导智慧水利建设的总体纲领，对指导灌区信息化建设意义重大，建议有条件的地区组织相关单位，加快完成中小型灌区信息化顶层设计，暂时无条件的地区可参考“一个平台、两个中心、三大体系”的架构完成灌区信息化建设。
（2）强化人才培养。完善人才评价和激励机制，加强水利信息化技术人才队伍的建设。
（3）完善建设机制。从规划计划投融资、建管运维等多角度完善灌区信息化建设机制，尽快出台中小型灌区信息化建设的指导意见和建设指南。
（4）加强后期运维。从资金、机制等方面，增强中小型灌区信息化建设的后期运维管理效果，保障信息化建设成果的持久性。
参考文献：
[1]习近平.关于《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》的说明[R].北京：中华人民共和国中央人民政府，2013.
[2]卢鑫，刘双美，郭翔宇，麻泽龙.四川省智慧水利建设构想与思考[J].水利信息化，2019（03）：4-9.
[3]王小林，马北福.浅谈我国灌区现代化管理的现状及发展趋势[J].水利科技与经济，2010，16（02）：212+214.
[4]高升.浅谈大中型灌区现代化改造的总体思路[J].治淮，2021（01）：60-61.
[5]高炜.灌区运行管理中信息化建设现状及对策探析[J].地下水，2017，39（06）：213-214.
[6]陈金水，丁强.灌区现代化的发展思路和顶层设计[J].水利信息化，2013（06）：11-14+38.
[7]刘小雪.景电灌区现代化改造项目信息化主要建设内容探讨[J].农业科技与信息，2021（08）：97-98.
[8]杨明祥，蒋云钟，田雨，王浩.智慧水务建设需求探析[J].清華大学学报（自然科学版），2014，54（01）：133-136+144.
[9]王涛.我国水利信息化发展研究综述[J].水利技术监督，2017，25（05）：31-33.
[10]张小俊.智慧水库灌区信息系统建设技术探讨[J].农业科技与信息，2021（07）：80-81+83.
基金项目：灌区水利工程全方位安全监管研究与应用示范（川水科2018015号）;四川省智慧水利标准规范体系建设指南研究（2020JDKY0027-5）
第一作者：冷光辉，出生年月1965年2月，汉族，水利水电工程专业
【关键词】信息化;灌区建设;物联感控;数据中心;综合平台
0引言
山水林田湖是一个生命共同体，人的命脉在田，田的命脉在水，习总书记在《关于〈中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定〉的说明》中提出，统筹山水林田湖草系统治理，是推进生态文明建设美丽中国的具体路径和重要手段。随着国家水治理体系和治理能力现代化程度不断提档升级，水利信息化建设持续向数字化、智能化、智慧化方向发展。灌区作为山水林田湖草体系中重要组成部分，正朝着三维地理立体展示、水质工情实时预警、量水计收合理精确、资源调配全面自动、应急响应快速智能的方向全面发力。
目前大型灌区信息化水平不断提档升级，但中小型灌区往往由于资金短期、标准不一、维护不易等原因，信息化建设水平普遍较低。我国有中型灌区5200多处、小型灌区1000多万处。数量众多、分布广泛的中小型灌区为推动农业生产、城乡经济发展奠定了水利基础，是影响全国水利信息化进程的重要环节和衡量水利信息化完成度的关键指标。但目前针对中小型灌区信息化建设的较为具体、可操作的方案还较少，本文在分析灌区信息化建设需求的基础上，结合水利信息化发展趋势和当前存在的问题，提出了灌区信息化建设原则和总体架构，为中小型灌区的信息化建设方向提供了思路。
1背景
1.1建设现状和发展趋势
目前我国中小型灌区的信息化水平普遍较低，现有的水资源管理手段难以适应社会经济发展、履行水行政管理职能，无法满足水资源可持续利用和有效保护的要求，亟需利用先进的技术和创新的管理手段来缓解灌区日益紧张的水资源形势。
中小型灌区信息化建设应当以技术手段为抓手，提升灌区水资源高效管理、防汛减灾、工程标准化管理、事务管理工作和公共信息服务等各方面工作水平，这既是满足现代化灌区发展形势的需要，响应国家智慧水利的号召，也是进一步发挥灌区经济和社会效益，提升水资源管理水平的需要。
1.2存在问题
由于水利信息资源共享困难、管控力度不够、运行维护资金缺乏等问题，导致目前较多的中小型灌区信息化建设程度较低，原有信息系统因年限较长，运行状况不佳，不能发挥应有作用，存在一些共性问题：
（1）缺少顶层设计。难以从系统和全局的高度对灌区信息化的结构、层次、功能和标准进行统筹考虑，存在数据共享困难、系统设备兼容性差等现象。
（2）物联感知不足。水位、雨量、视频监控等配套建设不完善，自动化程度低、传输手段单一，量测水设备落后，监测数据不能自动上传。
（3）缺少统一的业务支撑平台。已建系统标准不一、无法互通，部分系统已弃用或无法发挥作用，不能支撑当前业务管理工作。
（4）数据资源分散。存在“数据孤岛”，无法满足汇聚、存储、整编和共享的需求。
（5）不重视运维。由于资金、流程等问题，导致系统无法正常运行，比如闸房监控或PLC控制柜年久失修、信息系统无人维护等。
2建设思路
2.1原则设计
（1）需求牵引，突出重点。
立足于灌区管理现状，坚持以需求为导向的原则，综合考虑中小型灌区管理智能化、自动化的中长期发展需求。
（2）统一规划，分步实施。
从全局出发，进行统一规划和实施，按重要程度确定合理的分步实施步骤，急用先建、分期实施、逐步推进。
（3）安全可靠，运行稳定。
采用主流、成熟、先进的硬件设备、操作系统、数据库、网络协议等，确保系统较高的性能和较低的故障率以及系统建成后能长期稳定运行。
（4）扩展方便，易于维护。
由于灌区地域面积广，各现地控制单元分布离散，且部分地理位置偏远，宜采用分布式数据库及软件模块化、结构化设计，使系统能适应功能的增加和规模的扩充。
2.2架构设计
针对中小型灌区水利信息化发展现状和建设目标，进行 “一个平台、两个中心、三大体系”的总体架构设计，如下图所示：
3建设内容
3.1三大体系
中小型灌区水利信息化建设的三大体系指物联感控体系、业务应用体系和标准规范体系。物联感控体系是建设智慧灌区的基本前提，业务应用体系是提升灌区管理水平的重要抓手，标准规范体系是水利信息化的质量保障。
（1）物联感控体系
物联感控体系包括物联感知、远程控制、网络传输几个部分。其中物联感知主要针对水位、雨量、气象、水质、水事视频监控等方面，对灌区内重要渠段、涵洞、渡槽、大坝、闸站、易滑坡点等进行布设监测，改变传统中小型灌区物联感知类别少、覆盖不全面、监测手段落后等问题;远程控制主要针对闸站等水利工程，将原有闸站改造升级为自动化控制，远程控制系统配合闸门控制软件，实现统一调度统一管理，按“少人值守”的控制要求实现自动化运行控制及调度系统遥控、遥信、遥测、遥视功能;网络传输主要针对灌区数据交换、监控信息传输、视频会商等业务应用需求，构建由水利业务专网、工控网、视频监控专网等组成的网络传输体系，形成灌区管理局与水利站工程连通的网络闭环，对外连接省级水利主管部门、省级政务网、视频会商专线和互联网等，为灌区全局信息化建设提供数据传输支撑。
（2）业务应用体系
中小型灌区业务应用体系的建设应综合考量灌区信息化的实际情况与业务需求，一般搭建以灌区运行管理、调度管理、事务管理系统为基础的信息化框架。 运行管理系统以安全监控、水雨情数据库、地理信息数据库为支撑，以信息管理、查询、常用业务分析为主要内容，涉及监测预警、协同监管、应急管理等方面，并提供安全监测、灌区雨情、水情以及历史洪水信息查询、辅助决策分析服务，为灌区防洪抗旱、兴利调度提供有力的技术支持和科学依据。
调度管理系统包括水文预报和水资源调度，水文预报为灌区调度决策提供数据支撑，而水资源调度是满足灌区供需水配置目标的重要手段。水文预报主要在对灌区气象、水文、工程等信息资源进行调用管理的基础上，根据预报模型及方案，进行不同预见期的水文预报预警并生成预报结果，最终实现降水融合预报以及短期水文预报结果的共享发布和多维可视化呈现。水资源调度以水文预报结果为支撑，集成灌区各类信息资源和供水调度模型，设计调度方案生成、调度方案比较评价、调度方案仿真及可视化等功能，为灌区水资源调度的科学决策提供依据。
事务管理系统应根据灌区事务管理的现状和工作需求进行搭建，提供水文资料整编、档案管理、水政辅助管理等功能，实现灌区事务工作的信息化与网络化。
（3）标准规范体系
灌区水利信息化标准规范体系，是实现灌区各类水利工程及信息化建设项目统一、科学、高效管理的基础保障，基于国家、水利行业及地方现有水利信息化标准规范，结合灌区自身的特点，建立适用于灌区管理及运行维护的指导性规范，一般应包括前端设备管理、应用系统管理、安全管理及数据管理四个方面。
3.2两个中心
信息化建设的两个中心指灌区数据中心和会商调度中心。数据中心是灌区信息化系统安全、稳定运行的前提条件，会商调度中心是应对防汛抗旱等突发灾情时统一指挥、协同调度和快速处置的基础保障。
灌区数据中心建设是信息化系统的基础工程，宜采用一体化平台的设计思路，综合集成现有和新建系统，打通“信息孤岛”，建立统一的综合数据库，提供统一的访问机制，实现不同权限用户的数据访问和业务应用，达到信息资源共享和业务协同的目标。对集成的海量多源异构数据进行质量评估，利用大数据分析方法提高数据治理效率，定制开发数据抽取、清洗、转换、融合、加载流程，将原始分散、重复、低质量的数据，治理成格式统一、类型统一、编码一致、逻辑一致、数源清晰的高质量数据集。
会商调度中心承担着灌区水资源调配、防汛抗旱等业务指挥、会商的重要功能，为远程视频会商、本地会议、会议显示等业务提供直接支持，为值班、办公、调度决策、信息发布等应用系统业务提供通用底层的支持，一般包括大屏幕显示、视频会议、会议扩声、集中控制等子系统。现代化、标准化的灌区会商调度中心，将为灌区视频会商、工程控制、运维管控提供安全稳定的基础运行保障环境。
3.3一个平台
中小型灌区信息化建设的“一个平台”指灌区综合服务平台，一般应包括统一门户、灌区一张图、大数据可视化系统等信息化内容。统一门户应基于统一用户体系，实现各业务系统的统一入口和权限管理，包括单点登录、综合展示、信息发布等功能，为实现灌区水资源管理、工程管理、灌区事务管理等业务系统进行集成整合;“灌区一张图”通过地图空间数据及属性信息的录入，形成丰富的水利地理信息中心，直观地将物理对象数据基于网格化地图进行显示和定位管理，解决空间定位、分析与决策问题，结合灌区水务境界、水系、确权划界资料以及防汛、决策等业务需求，构建二三维GIS平台，实现GIS的水利行业应用功能;大数据可视化系统基于数据中心和灌区一张图，利用大数据分析技术，进行灌区水利大数据的深度挖掘、分析、应用，建立集物联网管理可视化、水利工程管理可视化和水资源管理可视化为一体的大数据可视化系统，提升灌区管理人员的工作效率和管理水平。
4结语
现代化中小型灌区建设中，必须以灌区信息化体系为支撑，实现从传统人工到智能自动的转变，从被动响应到主动应对的转变。通过推进中小型灌区水利信息化建设，统筹大、中、小型灌区同步发展，以信息化技术为抓手，促进管理方式的转型升级，推动传统灌区向智慧化灌区的跨越式发展，实现大中小型灌区现代化管理。在广泛调研学习的基础上结合智慧水利建设的总体构想和推进建议，提出了中小型灌区信息化建设思路，主要建议如下：
（1）重视顶层设计。顶层设计是指导智慧水利建设的总体纲领，对指导灌区信息化建设意义重大，建议有条件的地区组织相关单位，加快完成中小型灌区信息化顶层设计，暂时无条件的地区可参考“一个平台、两个中心、三大体系”的架构完成灌区信息化建设。
（2）强化人才培养。完善人才评价和激励机制，加强水利信息化技术人才队伍的建设。
（3）完善建设机制。从规划计划投融资、建管运维等多角度完善灌区信息化建设机制，尽快出台中小型灌区信息化建设的指导意见和建设指南。
（4）加强后期运维。从资金、机制等方面，增强中小型灌区信息化建设的后期运维管理效果，保障信息化建设成果的持久性。
参考文献：
[1]习近平.关于《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》的说明[R].北京：中华人民共和国中央人民政府，2013.
[2]卢鑫，刘双美，郭翔宇，麻泽龙.四川省智慧水利建设构想与思考[J].水利信息化，2019（03）：4-9.
[3]王小林，马北福.浅谈我国灌区现代化管理的现状及发展趋势[J].水利科技与经济，2010，16（02）：212+214.
[4]高升.浅谈大中型灌区现代化改造的总体思路[J].治淮，2021（01）：60-61.
[5]高炜.灌区运行管理中信息化建设现状及对策探析[J].地下水，2017，39（06）：213-214.
[6]陈金水，丁强.灌区现代化的发展思路和顶层设计[J].水利信息化，2013（06）：11-14+38.
[7]刘小雪.景电灌区现代化改造项目信息化主要建设内容探讨[J].农业科技与信息，2021（08）：97-98.
[8]杨明祥，蒋云钟，田雨，王浩.智慧水务建设需求探析[J].清華大学学报（自然科学版），2014，54（01）：133-136+144.
[9]王涛.我国水利信息化发展研究综述[J].水利技术监督，2017，25（05）：31-33.
[10]张小俊.智慧水库灌区信息系统建设技术探讨[J].农业科技与信息，2021（07）：80-81+83.
基金项目：灌区水利工程全方位安全监管研究与应用示范（川水科2018015号）;四川省智慧水利标准规范体系建设指南研究（2020JDKY0027-5）
第一作者：冷光辉，出生年月1965年2月，汉族，水利水电工程专业