淺談GIS信息技術(shù)在農(nóng)村小型水利工程建管中應(yīng)注意的問(wèn)題

(河南省陸渾水庫(kù)管理局，河南 洛陽(yáng) 471003)

近年來(lái)，河南省極端天氣頻發(fā)，一些地方冬春連旱，乃至大旱，直接造成糧食減產(chǎn)、絕收，人畜飲水困難。為了應(yīng)對(duì)旱災(zāi)，確保糧食穩(wěn)產(chǎn)和農(nóng)業(yè)增收，省政府往往在農(nóng)村水利工程的基礎(chǔ)上采取臨時(shí)應(yīng)急措施，啟動(dòng)抗旱機(jī)制，加大抗旱力度，有針對(duì)性地建設(shè)一大批抗旱應(yīng)急灌溉工程抗旱減災(zāi)，力保地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。如何有效整合農(nóng)村量大面廣的水利資源，實(shí)現(xiàn)效益最大化，是建設(shè)現(xiàn)代化水利的應(yīng)有之義。

1 農(nóng)村水利工程管理現(xiàn)狀

農(nóng)村的水利設(shè)施一部分是過(guò)去由鄉(xiāng)、村(組)集體投資建設(shè)的；一部分是通過(guò)銀行貸款、國(guó)債基金等農(nóng)業(yè)扶貧開(kāi)發(fā)項(xiàng)目資金籌建的；還有一部分是隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)村稅費(fèi)改革政策出臺(tái)，農(nóng)戶(hù)個(gè)體、農(nóng)業(yè)合作社建設(shè)的。長(zhǎng)期以來(lái)水利工程重建設(shè)輕管理的現(xiàn)象普遍存在，在農(nóng)村水利工程這一塊表現(xiàn)得更加突出，失管和管理不到位的情況長(zhǎng)期存在。

1.1 農(nóng)村水利工程基本情況

農(nóng)村小型水利工程主要包括水窖、溝渠、塘壩、橋梁、涵洞、小水庫(kù)、機(jī)井、排灌站等。工程具有量大面廣、規(guī)模小、技術(shù)含量少，成本低等特點(diǎn)，工程建設(shè)質(zhì)量參差不齊，工程布局不規(guī)范，地區(qū)差異性較大，工程建成后運(yùn)行成本和管理難度相對(duì)較大。

1.2 工程管理滯后

目前農(nóng)村水利工程的管理模式尚未建立，受農(nóng)村水利工程的區(qū)域性限制和地方行政的干預(yù)，工程管理嚴(yán)重滯后。農(nóng)民參與管理和民主監(jiān)督機(jī)制不健全，缺乏水事財(cái)務(wù)公開(kāi)，缺乏專(zhuān)門(mén)的項(xiàng)目維修和管理基金，也很難從農(nóng)民收入中籌集資金,造成工程設(shè)施老化失修,工程效益得不到有效發(fā)揮。

1.3 財(cái)政投入不足

農(nóng)村各級(jí)財(cái)政資源有限，嚴(yán)重制約了對(duì)小型水利工程的補(bǔ)貼。新農(nóng)村建設(shè)以來(lái)，國(guó)家在政策層面給予傾向，在規(guī)劃布局、工程建設(shè)、財(cái)政補(bǔ)貼等方面給予大力支持。由于河南省很多農(nóng)村地區(qū)都位于欠發(fā)達(dá)地區(qū)，很難有更多的資金用于小微型水利工程的建設(shè)。結(jié)果導(dǎo)致“最后一公里”性質(zhì)的水利建設(shè)項(xiàng)目無(wú)法如期開(kāi)工，建設(shè)項(xiàng)目難以按計(jì)劃完成和驗(yàn)收，加大了繼續(xù)爭(zhēng)取工程項(xiàng)目資金的難度。同時(shí)，農(nóng)村水利建設(shè)所需資金與政府財(cái)政投入存在較大差距，而受益農(nóng)民又無(wú)力承擔(dān)這一部分費(fèi)用。

1.4 農(nóng)村基層水利技術(shù)人員綜合素質(zhì)有待提高

基層水利部門(mén)管理范圍有限，技術(shù)層次低，直接面向農(nóng)村農(nóng)業(yè)，要承擔(dān)設(shè)計(jì)、建設(shè)、管理和政府監(jiān)督等多種職責(zé)，但他們一般又不具備相應(yīng)的資質(zhì)。基層單位工作條件相對(duì)落后，水利部門(mén)技術(shù)人員少，業(yè)務(wù)素質(zhì)差，他們很少抽時(shí)間進(jìn)一步學(xué)習(xí)，技術(shù)水平提升速度緩慢，缺乏深層次的技術(shù)管理經(jīng)驗(yàn)，不能適應(yīng)當(dāng)前水利工程的規(guī)范化、信息化管理要求。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

農(nóng)村水利工程信息系統(tǒng)是一種特殊的地理信息系統(tǒng)，是地理信息技術(shù)在水利工程和水資源管理中的具體應(yīng)用。它是一個(gè)數(shù)量龐大、功能繁多、處理復(fù)雜、集空間與管理于一體的系統(tǒng)。它的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則并兼顧一般與特殊關(guān)系。

2.1 科學(xué)性原則

系統(tǒng)平臺(tái)要借鑒國(guó)內(nèi)外地理信息系統(tǒng)前沿開(kāi)發(fā)技術(shù)，結(jié)合水利部門(mén)的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，按照軟件工程的思想和方法，保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和合理性。

2.2 實(shí)用性原則

根據(jù)河南省農(nóng)村水利管理現(xiàn)狀，結(jié)合陸渾灌區(qū)內(nèi)一些小型農(nóng)村水利工程實(shí)際，確保信息來(lái)源的及時(shí)、準(zhǔn)確、完整，提高工程信息管理和使用質(zhì)量，滿足現(xiàn)階段河南省農(nóng)村水利科學(xué)化管理的需要，農(nóng)村小型水利工程多無(wú)正規(guī)設(shè)計(jì)，或設(shè)計(jì)資料不健全，或標(biāo)準(zhǔn)不高。如一些小型渠道工程所用材料、尺寸、形狀與原設(shè)計(jì)意圖有較大出入，所有這些需根據(jù)變化了的情況及時(shí)更正，力保工程信息真實(shí)。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)化原則

信息的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化是一個(gè)信息系統(tǒng)成功的基本保證，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)必須是規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和完備的。陸渾灌區(qū)信息化建設(shè)已歷時(shí)多年，在渠道水位和過(guò)流量數(shù)據(jù)采集、傳輸、使用和共享等方面已有一套比較成熟的辦法，但在實(shí)際工作中還是遇到不少麻煩。一是常見(jiàn)的硬件故障，有自記水位的紙張缺失；電池電量不足；太陽(yáng)能電池板工作中出故障等。這些問(wèn)題需要在日常管理中加以解決。再一個(gè)突出問(wèn)題是軟件方面的，水利工程具有特殊性，比如退水閘退水流量的測(cè)算，閘門(mén)的型式很多，按其結(jié)構(gòu)型式通常分為平面閘門(mén)、弧形閘門(mén)及疊梁閘門(mén)等，這三種主要型式的閘門(mén)在陸渾渠道上均有采用。由于退水閘設(shè)計(jì)上的不完善，施工的不規(guī)范，特別是各個(gè)退水閘之間的差異性，在退水量信息化建設(shè)上采用單一的水位和流量，計(jì)算模式就存在誤區(qū)，往往造成信息化測(cè)流數(shù)據(jù)與退水閘實(shí)際過(guò)流不相符的情況。如陸渾灌區(qū)東二干渠暴雨河退水閘，在2019年的一次測(cè)流數(shù)據(jù)對(duì)比中，流量誤差達(dá)到20%以上，而且誤差率有隨退水流量加大而增加的趨勢(shì)。農(nóng)村小型水利工程，例如渠道工程，個(gè)體之間也有不小差距，這也是農(nóng)村小型工程信息化建設(shè)需注意的問(wèn)題。

3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)和體系架構(gòu)

3.1 體統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)

農(nóng)村水利工程信息查詢(xún)系統(tǒng)，是一個(gè)開(kāi)放的資源共享和應(yīng)用集成系統(tǒng)，可以為各級(jí)水利部門(mén)提供信息共享、快速查詢(xún)等便捷服務(wù)。農(nóng)村水利工程信息化是水利信息化的重要組成部分。它的建設(shè)旨在利用當(dāng)前流行的地理信息技術(shù)，將農(nóng)村水利工程中的電動(dòng)馬達(dá)井、溝渠、橋梁、涵洞、水閘、灌區(qū)電子地圖等資料信息化,并有效地組織和利用這些數(shù)據(jù)來(lái)滿足項(xiàng)目管理的需要,規(guī)劃日常辦公和其他工作，使農(nóng)村水資源管理更加有序和高效。

3.2 系統(tǒng)的體系架構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)可分為四個(gè)層次:基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)中心層、應(yīng)用系統(tǒng)層和信息服務(wù)層。中國(guó)水利水電科學(xué)研究院曾在《今日中國(guó)》雜志上介紹的智慧水利的四個(gè)階段依次為：最初的持續(xù)研究階段；2000年以后，為傳感器研究階段；2010—2020年，為田間量測(cè)研究階段；2020年以后，為量測(cè)—傳感—控制—決策階段。中國(guó)的智慧水利，現(xiàn)在正處在示范應(yīng)用階段。陸渾灌區(qū)從2009年開(kāi)始，進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)10年續(xù)建配套建設(shè)，與此同時(shí)，信息化建設(shè)及時(shí)跟進(jìn)，已取得了一定的成績(jī)，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，但在建后的管理中還存在不少問(wèn)題。

GIS信息技術(shù)系統(tǒng)的4個(gè)層次環(huán)環(huán)相扣，是一整套完整體系。四個(gè)層次各有側(cè)重，互為貫通，只有每一個(gè)層次每一個(gè)環(huán)節(jié)都建設(shè)好、管理好，整個(gè)信息系統(tǒng)的功能才能真正有效發(fā)揮。

基礎(chǔ)設(shè)施層是系統(tǒng)構(gòu)建和運(yùn)行分析的基礎(chǔ)，包括硬件和軟件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、通信、接口系統(tǒng)等，這些是“農(nóng)村水利工程信息系統(tǒng)”的基礎(chǔ)。在陸渾灌區(qū)信息系統(tǒng)多年的建管探索中，我們發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施層至關(guān)重要。再一個(gè)就是數(shù)據(jù)來(lái)源要可靠精準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)應(yīng)用系統(tǒng)層，我們才能得到真實(shí)有效的信息。

4 農(nóng)村小型水利工程信息化建管中應(yīng)注意的問(wèn)題

農(nóng)村小型水利工程信息管理系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)以縣、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)為單位，信息服務(wù)層應(yīng)設(shè)置到鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級(jí)，條件許可的情況下可設(shè)置到村一級(jí)。系統(tǒng)功能應(yīng)包括系統(tǒng)信息管理、抗旱應(yīng)急工程信息管理、工程上圖、地圖、查詢(xún)和統(tǒng)計(jì)等功能，現(xiàn)以陸渾灌區(qū)信息化建設(shè)為例談一點(diǎn)具體建設(shè)中應(yīng)注意的問(wèn)題。

4.1 各種監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)集中布設(shè)

在陸渾灌區(qū)渠道上布設(shè)有自記水位計(jì)、流量計(jì)和雨量計(jì)等設(shè)施。由于陸渾灌區(qū)渠道長(zhǎng)377km，再加上沿陸渾水庫(kù)大壩壩址以上環(huán)庫(kù)20km布設(shè)了一部分觀測(cè)設(shè)施，而信息系統(tǒng)的管理中心主要設(shè)在陸渾水庫(kù)管理局機(jī)關(guān)內(nèi)，每次設(shè)備巡檢需要專(zhuān)人專(zhuān)車(chē)，完全巡檢一遍往往需要一周以上時(shí)間，農(nóng)村條件有限，設(shè)施要盡可能優(yōu)化布置，減少巡檢時(shí)間，節(jié)省有限的人力物力。

4.2 管線保護(hù)問(wèn)題

陸渾灌區(qū)沿渠建了不少監(jiān)控設(shè)施，這些設(shè)施多布設(shè)在沿渠段所附近，并通過(guò)網(wǎng)線連接到段所相應(yīng)的設(shè)備上，這些管線過(guò)渠入段所，基本上采用的是地理方式，有的挖深達(dá)1m以上，管線的保護(hù)應(yīng)引起注意，管線的材質(zhì)應(yīng)選優(yōu)，達(dá)到保護(hù)網(wǎng)線的目的，因檢修需要采用土體開(kāi)挖的辦法，非常麻煩。

4.3 節(jié)制閘及退水閘對(duì)過(guò)流水位的影響

干渠上的節(jié)制閘在通水期經(jīng)常啟閉，當(dāng)節(jié)制閘關(guān)閉或部分開(kāi)啟時(shí)，水位雖高，但過(guò)流量很小，也就是水位與流量呈現(xiàn)不和諧關(guān)系。當(dāng)退水閘開(kāi)啟時(shí)，渠內(nèi)水位與過(guò)流量的關(guān)系，會(huì)因退水閘開(kāi)度不同而發(fā)生較大的變化，水位與流量呈現(xiàn)非正比關(guān)系。再一個(gè)就是節(jié)制閘關(guān)閉狀態(tài)，節(jié)制閘關(guān)閉時(shí)，有水位，但沒(méi)有過(guò)流量。

4.4 退水閘過(guò)流量的精準(zhǔn)計(jì)算問(wèn)題

陸渾灌區(qū)大渠上建有退水閘幾十座，而且因所處地理位置和工作條件差異，退水閘的型式多種多樣，而且在實(shí)際工作中，退水閘的工作狀態(tài)是隨機(jī)的，閘門(mén)開(kāi)度及閘前水位決定著下泄流量，且退水渠上的水深與流量并非成線性關(guān)系。

4.5 洪水入庫(kù)情況

洪水入庫(kù)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，從水庫(kù)口庫(kù)尾到大壩壩址的洪水有一個(gè)逐漸上漲的過(guò)程，沿庫(kù)設(shè)置的庫(kù)水位監(jiān)測(cè)設(shè)施所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)不能完全準(zhǔn)確反映庫(kù)水的全部情況，再一點(diǎn)就是洪水在演進(jìn)過(guò)程中向兩邊擴(kuò)散的問(wèn)題，這一過(guò)程隨洪水的大小及庫(kù)水位的高底而有差異。

4.6 工程設(shè)施的安全問(wèn)題

渠道及水庫(kù)上的一些水位監(jiān)測(cè)設(shè)施所處位置偏遠(yuǎn)，如東二干渠節(jié)制閘后的水位監(jiān)測(cè)設(shè)施由太陽(yáng)能板供電，電線明設(shè)，極易遭到人為和自然破壞。還有東一干渠入口測(cè)流橋上的自記水位計(jì)不銹鋼大門(mén)，曾遭到盜竊。因此信息化工程上的設(shè)施安全問(wèn)題應(yīng)引起足夠重視。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文分析了陸渾灌區(qū)信息化建設(shè)中存在的問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的解決辦法。農(nóng)村小型水利工程基礎(chǔ)差，受地域影響，工程分散，工程規(guī)模小，工程數(shù)量多，管理事項(xiàng)煩瑣，信息更新不及時(shí)，管理相對(duì)落后，這是農(nóng)村信息化建設(shè)中應(yīng)注意的問(wèn)題。

陸渾灌區(qū)信息化建設(shè)的成功實(shí)踐表明，信息化建設(shè)是可行的，管理是有效的，可為GIS信息技術(shù)在農(nóng)村小型水利管理中的應(yīng)用提供有益的幫助和參考作用。