針對(duì)南方湖區(qū)灌區(qū)現(xiàn)代化改造及數(shù)字化建設(shè)的分析與展望
——以漢壽縣西湖灌區(qū)大型灌區(qū)現(xiàn)代化改造為例

何賢駿，劉政宏，傅 坤，張 偉，彭 志

（漢壽縣西湖灌區(qū)管理局，湖南 常德 415900）

灌區(qū)是保障國(guó)家糧食安全的重要基礎(chǔ)設(shè)施，尤其是大型灌區(qū)，在當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中起著舉足輕重的作用，有效保障了全國(guó)的糧食安全。近年來(lái)，水利部堅(jiān)決落實(shí)黨中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略部署和大中型灌區(qū)改造建設(shè)要求，重點(diǎn)改造農(nóng)田水利設(shè)施基礎(chǔ)相對(duì)薄弱灌區(qū)，對(duì)工程標(biāo)準(zhǔn)低、配套不完善、老化失修嚴(yán)重、輸配水能力不足的灌區(qū)進(jìn)行配套完善和現(xiàn)代化改造，利用先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備建設(shè)灌排工程，采用現(xiàn)代制度與先進(jìn)手段增強(qiáng)管理能力，打造和社會(huì)發(fā)展相適應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施完善、管理制度先進(jìn)、生態(tài)環(huán)境和諧、安全保障長(zhǎng)效、灌溉用水高效的現(xiàn)代化灌區(qū)［1～5］。

西湖灌區(qū)為解決農(nóng)業(yè)發(fā)展的后顧之憂，更好地適應(yīng)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，筑牢國(guó)家糧食安全的根基，明確將實(shí)施大中型灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造作為一項(xiàng)重要任務(wù)，積極探索適合南方湖區(qū)灌區(qū)的現(xiàn)代化改造方向，并于2021 年全面開(kāi)展大型灌區(qū)的現(xiàn)代化改造工作。針對(duì)灌區(qū)的特點(diǎn)，從水源工程、泵站工程、輸配水工程、田間工程、信息化建設(shè)等全領(lǐng)域，對(duì)西湖灌區(qū)存在的短板進(jìn)行補(bǔ)充完善，提升灌區(qū)的現(xiàn)代化管理手段和生產(chǎn)效率。

1 改造前西湖灌區(qū)的基本概況

1）缺乏系統(tǒng)性規(guī)劃和穩(wěn)定的投資渠道。西湖灌區(qū)始建于1954 年，在2011 年全國(guó)第一次水利普查時(shí)新增為大型灌區(qū)。灌區(qū)沒(méi)有進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)性規(guī)劃，缺乏一個(gè)長(zhǎng)期指導(dǎo)灌區(qū)建設(shè)的依據(jù)，因而也就沒(méi)有獲得2000 年以來(lái)國(guó)家對(duì)大型灌區(qū)持續(xù)穩(wěn)定的投資支持，工程建設(shè)不能作系統(tǒng)性安排，整合資金困難，逐漸拉大了與其他大型灌區(qū)之間的差距。

2）灌區(qū)工程設(shè)施存在明顯短板。西湖灌區(qū)是一個(gè)以提水灌溉為主的大型灌區(qū)，小型提水泵站數(shù)量多，分布廣。這些泵站大多修建于20 世紀(jì)70 年代，機(jī)電設(shè)備已嚴(yán)重老化；渠道方面則存在缺少襯砌、淤積垮塌嚴(yán)重等問(wèn)題；渠道縱坡小、泥沙沉積快，水生植物生長(zhǎng)茂盛，阻水嚴(yán)重；排水溝垮塌淤塞嚴(yán)重，水溝兩岸邊坡均未進(jìn)行護(hù)砌，脫坡、垮塌現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

3）缺少量測(cè)水設(shè)施，信息化建設(shè)滯后。西湖灌區(qū)信息化建設(shè)起步較晚，灌區(qū)僅于2019 年農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革項(xiàng)目中在試點(diǎn)區(qū)渠首和分水口安裝了24 套量測(cè)水計(jì)量設(shè)備，初步構(gòu)建了灌區(qū)量測(cè)水監(jiān)測(cè)體系，但只能達(dá)到局部節(jié)點(diǎn)流量監(jiān)控及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析相關(guān)功能。精準(zhǔn)的量測(cè)水覆蓋不到總需求的10%，用水?dāng)?shù)量統(tǒng)計(jì)較為片面，不能滿足灌區(qū)現(xiàn)代化管理要求。

4）水質(zhì)污染嚴(yán)重，可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題多。由于西湖灌區(qū)河渠兼具蓄水、輸水、排水和沿線群眾生活用水等多項(xiàng)功能，灌溉回歸水和生活污水重新排回渠道，循環(huán)使用，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，水生物繁殖快，生長(zhǎng)茂盛，造成水流不暢，水質(zhì)交替污染。

2 西湖灌區(qū)進(jìn)行灌區(qū)現(xiàn)代化改造的必要性

1）保障國(guó)家糧食安全的需要。為確保西湖灌區(qū)在湖南省糧食生產(chǎn)中的重要地位，必須對(duì)灌區(qū)進(jìn)行現(xiàn)代化改造提升，建立水源可靠、灌排設(shè)施完善的工程體系，不斷增強(qiáng)灌區(qū)水旱災(zāi)害防控能力、水資源保障能力和管理服務(wù)能力，滿足糧食生產(chǎn)適時(shí)適量的灌溉要求。

2）建設(shè)節(jié)水型社會(huì)的需要。灌區(qū)現(xiàn)代化改造可減少灌溉用水的無(wú)效消耗，有效節(jié)約水資源有利于土壤改良、涵養(yǎng)水源、減少水土流失、增加生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。節(jié)約的水量可部分用于維護(hù)生態(tài)環(huán)境，對(duì)保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)、改善水環(huán)境具有重要作用。

3）推動(dòng)灌區(qū)現(xiàn)代化和數(shù)字化管理的需要。通過(guò)改造，可實(shí)現(xiàn)取水、分水、用水、管水體系的自動(dòng)化、智能化、主動(dòng)化、科學(xué)化、精細(xì)化，配水調(diào)度從局部單一對(duì)象向多片區(qū)多渠道多閘泵聯(lián)合調(diào)度轉(zhuǎn)變，灌區(qū)決策方式從人為經(jīng)驗(yàn)向科學(xué)分析轉(zhuǎn)變，全面促進(jìn)西湖全灌區(qū)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型。

4）實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的需要。通過(guò)加快灌區(qū)產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園、農(nóng)業(yè)科技園。實(shí)施產(chǎn)業(yè)興村強(qiáng)縣行動(dòng)，推行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，培育農(nóng)產(chǎn)品品牌，保護(hù)地理標(biāo)志農(nóng)產(chǎn)品，不斷拓展農(nóng)民增收的渠道，吸引農(nóng)民回鄉(xiāng)創(chuàng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興。

5）助力庫(kù)區(qū)移民后扶和脫貧攻堅(jiān)的需要。西湖灌區(qū)承接了湖南省重大水利工程柘溪水庫(kù)建設(shè)移民5 萬(wàn)多人，有建檔立卡貧困戶4 040 戶11 495 人。雖然灌區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施有了一定的改善，但還存在較多短板，制約了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為保障灌區(qū)的庫(kù)區(qū)移民和貧困人口增產(chǎn)增收，推進(jìn)灌區(qū)現(xiàn)代化改造勢(shì)在必行。

6）解決工程長(zhǎng)效運(yùn)行問(wèn)題的需要。通過(guò)現(xiàn)代化建設(shè)推進(jìn)灌區(qū)水利設(shè)施提質(zhì)達(dá)標(biāo)，改變灌區(qū)工程灌溉潛力難以充分釋放的現(xiàn)狀。確保輸水暢通，供水穩(wěn)定，實(shí)行水資源消耗總量和強(qiáng)度雙控行動(dòng)，落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度，是解決工程長(zhǎng)效運(yùn)行效率低的迫切需要。

3 西湖灌區(qū)現(xiàn)代化改造的特色

1）西湖內(nèi)江開(kāi)展清淤工程，增加調(diào)蓄能力。作為西湖灌區(qū)的主要灌溉水源之一的西湖內(nèi)江，由于淤積嚴(yán)重，調(diào)蓄能力逐年減少，個(gè)別河段已經(jīng)淤積到了死水位以上，影響調(diào)蓄庫(kù)容的運(yùn)用，減少了調(diào)蓄庫(kù)容。本次改造完成了西湖內(nèi)江清淤近400 萬(wàn)m3，增加了調(diào)蓄庫(kù)容350 萬(wàn)m3，相當(dāng)于增加了一個(gè)?。á瘢┬退畮?kù)的調(diào)蓄能力。

2）小水源連通互補(bǔ)，增加蓄水效率。西湖灌區(qū)作為湖區(qū)灌區(qū)代表，支流、河汊分布較多，具有蓄水和調(diào)蓄的作用。因?yàn)橹Я?、河汊的主要作用是排水，所以在灌區(qū)改造時(shí)，西湖灌區(qū)將其列入排水工程進(jìn)行小水源連通，同時(shí)實(shí)現(xiàn)灌溉兩用的排水、蓄水效率，解決了之前水源廣泛存在的“汛期水多”“旱期水少”“水不活”“水臟”的情況。

3）加強(qiáng)水源工程生態(tài)改造。加強(qiáng)水源工程生態(tài)改造，圍繞“生態(tài)護(hù)砌、分類施策”方略，對(duì)水源工程進(jìn)行生態(tài)型綜合治理。主要措施如下：

在村民集居的渠段采用舒布洛克生態(tài)磚護(hù)砌，由于其有較好的滲水性，可以保持渠岸與水體之間的水分循環(huán)，有效抑制藻類的生長(zhǎng)，提高渠道水體的自凈能力。針對(duì)灌排渠，進(jìn)行連鎖預(yù)制塊護(hù)砌，該護(hù)砌形式邊坡整體穩(wěn)定性好，坡面的抗剪切應(yīng)力強(qiáng)，通過(guò)植草改善生態(tài)環(huán)境。過(guò)水?dāng)嗝孑^大的干支渠則采用雷諾、格賓生態(tài)網(wǎng)格護(hù)砌，較好地實(shí)現(xiàn)了工程結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境的有機(jī)結(jié)合。

4）渠道邊坡采用預(yù)制波浪樁加固。西湖內(nèi)江系明清時(shí)期的老河道，運(yùn)行時(shí)間已有幾百年，多處出現(xiàn)堤身塌陷、滑坡等嚴(yán)重險(xiǎn)情，尤其是渠道邊坡，在長(zhǎng)期的水流侵蝕下，邊坡出現(xiàn)掏空垮塌情況。為此，西湖灌區(qū)管理局摒棄傳統(tǒng)加固思維，針對(duì)實(shí)際情況，采用了預(yù)制混凝土波浪樁。相比傳統(tǒng)護(hù)坡，波浪樁具備以下優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)高效、節(jié)約成本、耐久性能突出、造型美觀、安裝周期短、運(yùn)用靈活、無(wú)需圍堰截流、綠色環(huán)保零揚(yáng)塵等。

5）推行小型泵站一體化、智能化改造。西湖灌區(qū)為典型湖區(qū)灌區(qū)，主要的灌排手段是依托于各小型泵站。灌區(qū)本次改造采用新型智能裝配式井筒泵站，該類型泵站相比于傳統(tǒng)泵站具有明顯的優(yōu)勢(shì)：投資小，節(jié)省投資40%；工期短，泵站可以預(yù)制；不占耕地，泵站整體埋于地下；不擔(dān)心淤積，進(jìn)水口有防淤措施；啟閉方便、智能化程度高，一鍵啟動(dòng)，且可升級(jí)為遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制功能；維修簡(jiǎn)便，打開(kāi)井蓋即可取出水泵。

6）加強(qiáng)灌區(qū)信息化系統(tǒng)建設(shè)。西湖灌區(qū)信息化建設(shè)融合現(xiàn)代先進(jìn)的信息技術(shù)，依據(jù)以水定需、量水而行、因水制宜原則，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)智慧預(yù)警、智慧調(diào)控及智慧決策。西湖灌區(qū)信息化建設(shè)是在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系及安全運(yùn)行維護(hù)保障體系框架下按照分層設(shè)計(jì)的思路進(jìn)行，構(gòu)建綜合性的灌區(qū)綜合信息管理平臺(tái)。如圖1 所示。

圖1 西湖灌區(qū)信息化系統(tǒng)總體邏輯架構(gòu)圖

針對(duì)本次西湖灌區(qū)現(xiàn)代化數(shù)字灌區(qū)的要求，西湖灌區(qū)重點(diǎn)打造伍家灣現(xiàn)代化灌溉示范區(qū)，在示范區(qū)內(nèi)建設(shè)有集農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、量測(cè)水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)化閘門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、自動(dòng)化泵站遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)功能于一體的現(xiàn)代化灌區(qū)信息化測(cè)控系統(tǒng)，建設(shè)西湖灌區(qū)綜合信息管理平臺(tái)，如圖2 所示。

圖2 西湖灌區(qū)綜合信息管理平臺(tái)

通過(guò)建立西湖灌區(qū)數(shù)字化灌區(qū)，可實(shí)現(xiàn)取水、分水、用水、管水體系的自動(dòng)化、智能化、主動(dòng)化、科學(xué)化、精細(xì)化，閘泵開(kāi)閉從人工手動(dòng)操作向遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制轉(zhuǎn)變、防災(zāi)監(jiān)管從被動(dòng)響應(yīng)向主動(dòng)決策轉(zhuǎn)變、灌區(qū)決策從人為經(jīng)驗(yàn)向科學(xué)分析轉(zhuǎn)變、灌區(qū)管理從粗放向精細(xì)轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)設(shè)施監(jiān)控現(xiàn)代化、管理方式現(xiàn)代化、創(chuàng)新能力現(xiàn)代化，并全面促進(jìn)西湖全灌區(qū)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型。

7）深入落實(shí)灌區(qū)水價(jià)改革政策。在本次現(xiàn)代化改造中，西湖灌區(qū)圍繞遠(yuǎn)程用水計(jì)量數(shù)據(jù)采集等技術(shù)，建立了農(nóng)業(yè)灌溉用水總量控制和限額管理機(jī)制，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)用水收費(fèi)管理。加強(qiáng)基層用水戶協(xié)會(huì)建設(shè)，建立健全水價(jià)形成機(jī)制，完善工程建設(shè)和管護(hù)機(jī)制，建立精準(zhǔn)補(bǔ)貼和節(jié)水獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，強(qiáng)化用水管理機(jī)制，建立了完善的農(nóng)業(yè)水權(quán)制度。

4 西湖灌區(qū)進(jìn)行現(xiàn)代化改造的進(jìn)展和效益

1）完善灌排功能，提高灌溉保證率和設(shè)施完好率。通過(guò)現(xiàn)代化改造，西湖灌區(qū)已基本建成為“設(shè)施完善、管理科學(xué)、用水高效、生態(tài)健康、特色明顯、環(huán)境優(yōu)美”的現(xiàn)代化灌區(qū)。灌溉水源工程已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，保證了有效的灌溉面積[6]。其中，灌溉保證率達(dá)到90%，骨干灌排設(shè)施完好率達(dá)到95%，“兩費(fèi)”落實(shí)率達(dá)到98%，灌溉水利用系數(shù)達(dá)到0.66。

2） 提高灌區(qū)水環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)生態(tài)化灌區(qū)。通過(guò)灌區(qū)生態(tài)改造，建立快捷的水源輸送和調(diào)度體系，完成排水工程的生態(tài)化改造；完成田間節(jié)水工程配套改造，初步實(shí)現(xiàn)了按需灌溉、定量灌溉的高效灌溉方式，有效減少了化肥農(nóng)藥等隨著灌溉水回流水源的情況，顯著改善了灌區(qū)范圍內(nèi)的水體環(huán)境，將節(jié)約的灌溉水下泄補(bǔ)充生態(tài)用水，使水環(huán)境得到了改善和提高。

3）深化灌區(qū)體制機(jī)制改革創(chuàng)新，完善工程建設(shè)和管護(hù)機(jī)制。西湖灌區(qū)深化灌區(qū)體制機(jī)制改革創(chuàng)新，按照專管和群管相結(jié)合的原則，實(shí)行分級(jí)管理，明確斗渠以下群眾管護(hù)主體責(zé)任，實(shí)現(xiàn)小型水利工程“有人建、有人管、用得上、用得久”的目標(biāo)。落實(shí)灌區(qū)管護(hù)人員經(jīng)費(fèi)和維修養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)，保障正常的供水成本，推進(jìn)灌區(qū)管理的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化管理[7]。

4）推進(jìn)信息化建設(shè)，完善灌區(qū)數(shù)字化管理水平。西湖灌區(qū)信息化系統(tǒng)是以水雨情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控、自動(dòng)化控制、供用水管理、防汛預(yù)警、水費(fèi)計(jì)收、工程運(yùn)維、移動(dòng)應(yīng)用等為主要功能的灌區(qū)綜合信息管理平臺(tái)，促進(jìn)灌區(qū)用水管理工作由被動(dòng)向主動(dòng)轉(zhuǎn)變、信息記錄工作由手動(dòng)向自動(dòng)轉(zhuǎn)變、閘泵控制與調(diào)度由傳統(tǒng)向現(xiàn)代轉(zhuǎn)變，提高灌區(qū)信息化、現(xiàn)代化及智慧化水平。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和轉(zhuǎn)型，農(nóng)業(yè)人口的相對(duì)減少，灌區(qū)的自身發(fā)展也進(jìn)入到新的階段。如何推動(dòng)灌區(qū)現(xiàn)代化的發(fā)展，破解制約灌區(qū)自身發(fā)展的瓶頸，全面建成“高效節(jié)水、設(shè)施完善、管理科學(xué)、生態(tài)良好”的現(xiàn)代化灌區(qū)，將會(huì)是接下來(lái)灌區(qū)建設(shè)的核心工作。灌區(qū)現(xiàn)代化的建設(shè)是全方位、多方面的系統(tǒng)性工作。在改造前后，一定要對(duì)灌區(qū)的特點(diǎn)有充分的認(rèn)識(shí)，量身定制適合本灌區(qū)發(fā)展的可行性方案。同時(shí)兼顧基礎(chǔ)設(shè)施、水資源利用、信息化管理、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益等方面，在全局層面進(jìn)行統(tǒng)籌。灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)一定要站在可持續(xù)發(fā)展的高度，站在灌區(qū)為糧食安全戰(zhàn)略保障和支撐地位角度，從灌區(qū)實(shí)際需求出發(fā)，因地制宜，量力而行，差別化落實(shí)，才能做好現(xiàn)代化灌區(qū)建設(shè)工作。