農(nóng)田水利工程管護的信息化建設(shè)探析

于景巖

(盤山縣水利建筑工程處，遼寧 盤錦 124100)

農(nóng)業(yè)水價綜合改革作為農(nóng)業(yè)節(jié)水工作的重要驅(qū)動，通過明確工程管護責任與權(quán)益保證了水利工程的長效運行以及灌溉節(jié)水[1]。然而，農(nóng)田水利工程管護依然受到管護效率低、管護成本高等問題的困擾。2021年，中央1號文件明確提出要充分利用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新型技術(shù)發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，有機結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營促進農(nóng)田水利設(shè)施管護信息化建設(shè)。工程管護信息化建設(shè)是水位(流量)、灌溉進度、農(nóng)田水利等信息共享的需求，也是水權(quán)交易、總量控制、水費收繳、灌區(qū)用水計量等自動化管控和實時分析以及實現(xiàn)“灌區(qū)一張圖”的關(guān)鍵，能夠有效提升工程管護效能，實現(xiàn)農(nóng)田水利的全過程管理、監(jiān)控和跟蹤管護[2-3]。文章系統(tǒng)分析與探討了農(nóng)業(yè)水價綜合改革實踐中存在的問題，將農(nóng)田水利工程管護信息化應用與農(nóng)業(yè)水價綜合改革需求相結(jié)合，提出信息化建設(shè)的一些思路。

1 基于農(nóng)業(yè)水價綜合改革的工程管護

農(nóng)業(yè)水價綜合改革的持續(xù)推進使得水權(quán)、水價動態(tài)調(diào)節(jié)機制和形成機制明晰化，供用水精準計量措施到位和農(nóng)田灌排設(shè)施得以系統(tǒng)完善，工程管護責任及主體全面落實。農(nóng)田水利工程管護考核機制和相關(guān)辦法的制定出臺，為水利管理經(jīng)費和建設(shè)資金的科學合理安排以及有效考核、檢查、獎懲農(nóng)田水利管護情況提供了重要支撐。通過提留部分資金，將水利工程水費用于末級渠系節(jié)水工程“以獎代補”建設(shè)、節(jié)水獎勵等，充分調(diào)動用水戶節(jié)水積極性。雖然，農(nóng)業(yè)水價綜合改革明確了工程的使用權(quán)、管理權(quán)歸農(nóng)民用水戶協(xié)會，但由于資金投入缺口大、管護機制不完善等，末級渠系依然存在“輕管理、重建設(shè)”的問題，無法全面落實工程管護工作；隨著農(nóng)村空心化現(xiàn)象的普遍以及從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人數(shù)的不斷減少，工程管理與服務(wù)、農(nóng)業(yè)灌溉難以有效實施，農(nóng)田水利管護效果整體較差[4]。

2 農(nóng)田水利工程管護的信息化應用

2.1 多源數(shù)據(jù)協(xié)同作業(yè)的可行性

隨著遙感影像分辨率的逐漸提高，遙感數(shù)據(jù)源的價值及其豐富程度明顯提升，為農(nóng)田水利工程管護信息化高質(zhì)量建設(shè)提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。

基于人工巡測和地基(平臺)探頭、無人機、衛(wèi)星遙感等監(jiān)測手段所構(gòu)建的農(nóng)田水利工程管護“天-地-空”一體化監(jiān)控體系，可以實時、全方位感知并獲取農(nóng)田水利運行和異常情況信息，以行業(yè)標準為依據(jù)建設(shè)標準化時空數(shù)據(jù)庫，充分應用多種監(jiān)測手段獲取農(nóng)田水利工程信息，為系統(tǒng)決策、智能分析和運行工況對比等提供數(shù)據(jù)支持，從而實現(xiàn)農(nóng)田水利應急預案制定、風險評估、變化原因追溯、灌溉效果與用水分析、灌溉需水變化趨勢分析以及農(nóng)作物長勢分析等功能模塊的系統(tǒng)銜接[5]。協(xié)同遙感監(jiān)測體系能夠有效綜合灌溉取用水量、作物種植結(jié)構(gòu)、減水、遙感蒸散發(fā)等信息，提高精準監(jiān)測灌溉用水率的能力，更好地滿足不同區(qū)域、不同層面對水資源管理的需求。對于協(xié)同遙感監(jiān)測平臺Web Services服務(wù)架構(gòu)通過人機界面訪問接口，實現(xiàn)了農(nóng)田水利工程供需水預警信息的實時推送及其變化原因的智能分析，時空變化趨勢和分布狀態(tài)的實時展示，人機交互功能以及應急預案查詢等可視化展示，切實提升工程管護效率。充分利用物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)聚合分析、協(xié)同觀測等技術(shù)切實提升工程管護信息化水平，“天-地-空”一體化管護平臺架構(gòu)如圖1所示。

圖1 農(nóng)田水利工程管護信息化平臺

2.2 農(nóng)業(yè)灌溉用水量度量的可行性

科學度量農(nóng)業(yè)灌溉用水量是提高農(nóng)業(yè)用水效率、推進農(nóng)業(yè)節(jié)水措施落實的重要手段，而泵站提水是平原河網(wǎng)灌區(qū)灌溉作業(yè)的主要方式，絕大多數(shù)末級渠系終端泵站實行“一站一控”的揚水方式，實現(xiàn)了專用電表、專用變壓器的“以電折水”計量方式[6]。對于特定灌溉泵站的水電轉(zhuǎn)換系數(shù)可以通過依類率定和典型實測來確定，該數(shù)值一般為常量，故而用電量計量實際就是農(nóng)業(yè)灌溉用水計量。目前，“一站一控”終端揚水泵站可通過智能電表遠程控制獲取電量，即供電部門對特定泵站灌溉用電多少已實現(xiàn)了遠程數(shù)據(jù)庫管理。通過共享供電部門的數(shù)據(jù)庫以及搭建農(nóng)灌泵站信息化平臺，對灌溉用水即可實現(xiàn)精準計量，為精準補貼、累進加價、節(jié)水獎勵、農(nóng)業(yè)用水定額考核等管理制度的推行實施提供了可能。

3 基于信息化管控的農(nóng)田水利工程管護

3.1 借助信息化上圖入庫推進農(nóng)業(yè)水價改革

目前，對于水利信息化建設(shè)水利部門給予了高度重視，規(guī)范了水利信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程和運行標準，統(tǒng)一界定和要求了水利信息系統(tǒng)開發(fā)涉及的數(shù)據(jù)類型、相關(guān)概念等，為上圖入庫農(nóng)業(yè)水價綜合改革成果提供了參考和技術(shù)平臺[7]。根據(jù)數(shù)據(jù)及標準規(guī)范要求，高標準建成農(nóng)田灌溉管理“一張圖”與上圖入庫農(nóng)業(yè)水價綜合改革成果息息相關(guān)，其具體實現(xiàn)途徑如下：

步驟一：數(shù)據(jù)收集。對灌區(qū)內(nèi)水利工程基本情況進行系統(tǒng)調(diào)研，利用高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)獲取泵站地理位置、控制面積等基本信息。

步驟二：制作水系圖。依據(jù)實地調(diào)查成果和現(xiàn)有遙感數(shù)據(jù)、電子水系圖，將灌區(qū)內(nèi)提水泵站、涵閘、相關(guān)配套渠系以及一、二、三、四級河道等要素制成基礎(chǔ)電子水系圖。

步驟三：上圖入庫。將水電轉(zhuǎn)換系數(shù)、灌溉泵站和農(nóng)業(yè)水價綜合改革面積等成果上圖入庫，并配套精準補貼、累進加價、節(jié)水獎勵、定額考核等運行管理制度，為灌區(qū)基本情況的動態(tài)掌握提供技術(shù)支持。

對農(nóng)業(yè)水價綜合改革成果上圖入庫工作發(fā)揮著有效鞏固作用，改革范圍核定時要遵循“應改盡改”的原則，在農(nóng)業(yè)水價綜合改革范圍內(nèi)納入新增的“應改”面積，實現(xiàn)灌溉用水精細化管理、科學化調(diào)度計量，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水管理的實效推進以及灌溉水利用率的提升。

3.2 通過信息化推進制度管控以電折水計量

在灌區(qū)實施計量措施實現(xiàn)了用水定額管理和總量控制，有利于真正落實用水明碼標價，對于灌區(qū)計量措施實行信息化管控能夠切實提升其精準水平。配套農(nóng)業(yè)用水計量措施是有效促進農(nóng)業(yè)水價綜合改革取得成果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可以大幅度提高用水計量率。將“陽光收費”與精確計量相結(jié)合，既能促進用水戶節(jié)水還能使其心里踏實。信息化管控計量措施時，必須考慮灌區(qū)管理實際情況科學開發(fā)用水管理信息模塊，逐步替代傳統(tǒng)的現(xiàn)場控制閘門、灌區(qū)人工測水等作業(yè)方式，對重要閘門、蓄水池、泵站、渠道等運行情況實現(xiàn)自動計量、在線監(jiān)測和決策服務(wù)。另外，農(nóng)業(yè)水價綜合改革提水灌區(qū)初步落實了依電控制、累進加價、節(jié)水獎勵、定額考核等改革措施，促進了以電折水方式的普遍推行。通過信息化管控計量措施，為實效落實農(nóng)業(yè)節(jié)水目標和長效落地農(nóng)業(yè)水價綜合改革有關(guān)制度提供強有力的支撐。

3.3 通過信息化動態(tài)實現(xiàn)終端泵站實際灌溉

目前，主要利用逐級上報和實際測量手段統(tǒng)計核算區(qū)域尺度的農(nóng)業(yè)灌溉面積，實際灌溉面積也可利用典型田塊灌溉用水量測算，因難以準確獲取空間上的灌溉信息導致面積多報、更名重復上報、虛報等現(xiàn)象普遍存在。因此，通過管護信息化建設(shè)可實現(xiàn)及時準確掌控農(nóng)業(yè)灌溉進度、面積等目標。具體而言，通過協(xié)同土壤水、蒸散發(fā)、多源遙感降水信息，對灌溉用水量進行相對準確地估算；通過信息化模塊比對每年實際灌溉面積與多年計劃地塊，從而提高數(shù)據(jù)的準確度和真實性，增強精細化動態(tài)管控泵站實際灌溉面積的能力；通過整合工程管護信息源，實現(xiàn)對環(huán)境指標變化和農(nóng)作物生長情況的智能監(jiān)控，實時獲取環(huán)境指標、土壤墑情、農(nóng)作物等因子質(zhì)態(tài)，實時精準預報降水與需水量，實現(xiàn)灌溉工程管理精細化、科學化，以及水資源高效利用、優(yōu)化配置和農(nóng)作物高產(chǎn)優(yōu)產(chǎn)目標。

3.4 借助信息化考核提升農(nóng)田水利管護質(zhì)量

農(nóng)田水利工程存在覆蓋范圍廣、分布零散和種類繁多等特征，各類輸水、提水、節(jié)制、水源等工程具有較強的體系性。隨著農(nóng)村稅費改革和土地流轉(zhuǎn)的不斷推進，農(nóng)田水利的服務(wù)范圍及其空間分布等出現(xiàn)了明顯變化，加之“輕管理、重建設(shè)”、“各自為政”現(xiàn)象的存在，使得農(nóng)田水利設(shè)施和工程設(shè)備的整體質(zhì)量參差不齊，即由于管理水平低下造成了水資源浪費和農(nóng)田水利管護模式粗放。針對農(nóng)田水利工程實際情況，我國制定出臺了一系列管護政策，突出強調(diào)了“建管并重”要求，明確了農(nóng)田水利工程財政補助或政府投資建設(shè)的管護責任主體和使用權(quán)，明確了獎懲辦法、管護考核內(nèi)容以及形式，為提高管護資金使用效率嚴格兌現(xiàn)獎補資金。因此，通過統(tǒng)籌灌溉水價調(diào)節(jié)、灌溉定額控制、用電計量核算、用水計劃編制等管護信息化建設(shè)，以動態(tài)運行功能和信息化平臺為依托實現(xiàn)考核內(nèi)容、考核形式、考核機構(gòu)的精細量化，通過考核結(jié)果的程序操作及時彌補管護工作短板。

3.5 農(nóng)田水利信息化管理實現(xiàn)其他目標融合

農(nóng)田水利工程管護是實現(xiàn)農(nóng)村生態(tài)建設(shè)的國家工程、民生工程和系統(tǒng)工程，也是農(nóng)業(yè)水價綜合改革的重點內(nèi)容。工程管護工作涉及財政、發(fā)改、水利和農(nóng)業(yè)等多個部門，需要用水戶和用水合作組織的配合、支持。農(nóng)業(yè)水價綜合改革受輕實效重形式、工程管護組織與農(nóng)民用水合作組織聯(lián)系不緊密、現(xiàn)有水價辦法可操作性差、水價測算方法不統(tǒng)一以及用水定額結(jié)構(gòu)性標準針對性不強等現(xiàn)實問題的影響，要全面完成各項改革任務(wù)仍面臨著嚴峻的形勢。因此，有效解決以上問題的根本途徑是出臺操作性、實踐性更強的量化辦法，細化和明確農(nóng)田水利管理目標以及有關(guān)部門責任，有機聯(lián)系不同部門之間的責任目標。以信息化建設(shè)為契機加強農(nóng)田水利工程相關(guān)部門的協(xié)作，綜合利用技術(shù)推廣、節(jié)水獎勵、精準補貼和系統(tǒng)工程等措施，有效融合農(nóng)業(yè)水價綜合改革目標與綜合管理目標，確保精細化管理農(nóng)業(yè)用水效率的有效提升，以此實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水的常態(tài)化運行以及農(nóng)業(yè)用水方式的根本性轉(zhuǎn)變。

4 結(jié) 語

工程管護信息化建設(shè)時鞏固和拓展農(nóng)業(yè)水價綜合改革成果的重要途徑，通過信息化建設(shè)有利于促進農(nóng)田水利建設(shè)管理與信息化的深入融合，從而實現(xiàn)用水安全預警預測、相關(guān)改革制度實效運行、農(nóng)業(yè)水資源科學配置、農(nóng)田水利設(shè)施實時監(jiān)控以及用水信息實時采集等管理目標。