大型灌区信息化建设

陈金水cjshhu@海大学计算机与信息学院210098南京市西康路一号大型灌区信息化建设大型灌区信息化建设001

大型灌区在1998年开始的“续建配套节水改造”项目基础上，于2002年启动了信息化试点建设，至今已经历了“十五”、“十一五”两期试点建设，共有51座灌区参与（参与的程度不同而已）。其中，第一期试点30座灌区，共投资1.8564

亿元，第二期试点36座灌区（其中15座由一期延续下来），共投资2.3162

亿元。大型灌区信息化建设002

“十五”、“十一五”两期信息化试点建设的大型灌区大型灌区信息化建设003

大型灌区信息化两期试点的成效和收获是肯定的，特别是第二期试点在第一期试点摸索

的基础上，无论是规划设计还是建设实施，直至维护管理都有了长足的进步。其中，特别具有“里程碑”意义的有三件事：

1、《“十一五”期间大型灌区信息化试点建设指导意见》编制；2、《大型灌区信息化建设技术指南》出版；3、《大型灌区“十一五”信息化试点建设总结》编制。大型灌区信息化建设004

1灌区信息化建设规划和设计编制大型灌区信息化建设005

信息化建设首先要编制规划、然后进行可行性研究分析，获批后再进行初步设计（或实施方案）编制。

《大型灌区信息化建设技术指南》详细描述了规划、可研和初步设计的编制内容、深度控制和格式要求。当然也可以参考《水利信息系统可行性研究报告编制规定（SLZ331-2005）》和《水利信息系统初步设计报告编制规定（SLZ332-2005）》，最后以水利部下发的针对具体项目的编制大纲为准，例如《“十一五”期间大型灌区信息化试点（第二批）年度实施方案编制大纲》大型灌区信息化建设006

按照完整性要求，规划和设计报告应包括综述、灌区概况、指导思想与编制原则、建设意义、需求分析、建设内容、建设（技术）方案、投资估算（概算）、建设与运行管理、效益分析与评价等内容。但是，其核心主要是建设内容、建设（技术）方案和投资估算（概算），当然，这些内容要以信息化建设的目标原则、指导思想和灌区的实际需求为依据，指导编制。下面通过两个例子具体说明规划和初设的编制过程。大型灌区信息化建设007

示例1：新疆生产建设兵团第二师塔里木灌区信息化建设规划大型灌区信息化建设008

示例2：新疆生产建设兵团第二师下野地灌区2014年信息化建设实施方案大型灌区信息化建设009

2大型灌区信息化建设内容大型灌区信息化建设010

建设内容的确定是灌区信息化建设最为重要的一环，它对整个信息化建设起到“承上启下”的作用。

“承上”是因为它是需求分析的结果，这从《指南》的2.1节灌区建设与管理的业务流程就可以体现出来。“启下”则是技术方案的对象和依据。大型灌区信息化建设011

2.1灌区建设与管理的业务流程

业务内容是静态的，业务流程是动态的。业务内容决定了信息系统的功能和组成，而业务流程则表达了信息流向以及系统各组成部分之间的控制关系。这些都是灌区信息系统技术方案设计的重要依据。大型灌区信息化建设012

用信息流表达的灌区建设与管理的业务流程大型灌区信息化建设013

基于信息流的灌区建设与管理业务流程的执行过程（数据驱动，软件执行）大型灌区信息化建设014

2.2灌区业务数据

（1）数据分类

比较好的数据分类方法应该是对各职能部门所管辖的业务数据进行抽象，建立独立的数据源，统一进行分类，各职能部门的业务工作只是从这个独立、公共的数据库中去获取（按权限）自己需要的数据。也就是说要实现数据与应用的分离，这样，无论是数据还是软件的维护都更加容易而且高效。大型灌区信息化建设015

右图所示的分类法仅供参考，因为灌区不像水文专业那样有数据分类和编码的标准和规范。但是，可以参考“中心”编制的《大型灌区基础数据库设计指南》，这是目前较为规范的灌区数据分类和结构定义。大型灌区信息化建设016

（2）数据处理过程

从应用领域这个角度出发，信息处理的方式与具体的业务内容和管理方式有关，但是，就信息自身而言，无论哪一类信息，其处理过程都可以分为获取、整编、存储（管理维护）和应用四个过程。大型灌区信息化建设017

其不同之处是：

获取可以实时自动，或人工观测，或对历史数据整理后成批导入，或通过软件交互输入，或者引用第三方资源等等。无论哪种方式，都要根据不同信息对传输的需求设计相适应的通信链路。

整编包括异常数据处理、均值化、注释等，但是，不同属性的数据，整编的方式（与业务专业有关）也会不同，甚至存在很大差异。大型灌区信息化建设018

要实现信息的存储、管理和维护首先要把信息存储在数据库中，通过数据库管理系统对信息进行管理和维护，一般借助商用数据库管理系统实现，如Oracle、SQLServer等。

应用包括信息查询、统计、报表输出、闸门/水泵的控制，以及为灌区建设管理中各项业务工作（如水资源调配）的决策分析提供依据等。大型灌区信息化建设019

灌区信息化建设内容归纳为：信息获取、信息传输、监控、信息存储、管理和表达、应用软件、配套设施六个部分。这六个部分不单是针对灌区，对其他领域也是适合的。实际上，它们也是目前广义信息系统的常规内容。

2.3信息化建设的具体内容大型灌区信息化建设020

信息获取首先要讨论获取哪些信息，然后确定获取的方式，这是技术方案的依据。《指南》基本列出了灌区涉及的所有信息，但是各灌区要根据自己的具体情况有所增删、取舍。2.3.1信息获取大型灌区信息化建设021

担负生活供水的灌区，可能需要获取水质信息；含沙量大的灌区可能要增加含沙量信息的获取；提水灌区要侧重于泵站运行信息的获取；有防汛任务的灌区要注重汛情信息的获取等。

例如：大型灌区信息化建设022

现阶段还不可能实现所有的信息都自动采集，所以要特别强调可以手工采集的要手工采集，可以通过巡检（如水质信息采集）获取的不一定采用自动在线获取。墒情尽量在“试验片”（灌溉试验站或与大田中的试验点相结合）的模拟田块中获取，通过模拟田块与大田间的关系模型，辐射到整个灌域。

如何取舍，要根据需求，以符合灌区实际。大型灌区信息化建设023

信息传输除了通信链路建设外，为了实现联网，还要建设广域连接和局域连接的计算机网络。

2.3.2信息传输大型灌区信息化建设024

局域网络一般是在灌区管理局/管理处建设信息中心，在信息中心配置若干台服务器和交换机、路由器等设备，把局/处的计算机互联在一起，构成数据和软件共享的硬件环境。同时通过路由与需要互联的外部机构（上级机构或异地的下属机构）和分布于各处的信息点（监测点、监视点和控制点等）互联以构成广域网络。大型灌区信息化建设025

图中的通信链路、网络设备可以根据各个灌区的具体情况（灌区大小、数据量多少、管理的复杂程度等）进行配置。大型灌区信息化建设026

计算机通信网络逻辑结构2.3.3监视控制

灌区的监视控制主要指在需要保证运行安全（工程设施安全和人身安全）的地点安装视频监视和水闸、泵站的控制装置。其中，新建泵站和老旧泵站在改造中，监视控制基本上都升级为自动监视控制或计算机监视控制（现地/集中/远程），因此，自动/计算机监视控制在泵站建设和改造中已经成熟和规范。大型灌区信息化建设027

灌区要监视控制的另一类主要建筑物是水闸。由于水闸面广量大、类型繁多、规模不同、工程基础条件相差悬殊，因此，控制的方案要分类，按不同情况进行设计。一般以现地、集中控制为主，远程只是通过设置在闸孔和上下游的摄像头监视运行情况，除非特殊需要才考虑自动/计算机控制。与信息获取、传输一样，监控更需要自动与人工相结合，二者兼备。对于重要的控制水闸应该采用自动控制，对于小型闸或使用时间短（灌季短）的闸可以采用电动或手动控制。将来随着财力和技术水平的提升，再逐步实现自动控制。

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信息化建设成果要发挥作用，靠的是全面、完整的信息。信息获取后传输到管理中心（可以是集中式分布、分布式分布或“云”分布等）。在管理中心，信息存放在数据库中，由数据库管理系统管理。而数据管理软件只是根据应用需要，利用数据库管理系统提供的功能，编制面向业务管理需要的数据处理、查找、统计、报表、表达等的过程实现程序，并且提供直观且易操作的界面，以方便管理人员使用。2.3.4信息存储、管理和表达大型灌区信息化建设029

信息获取、传输可以自动和人工相结合，但是信息存储、管理和表达必须由计算机系统自动实现，特别是自动存储、自动备份和自动恢复等，只有在异常情况下才动用人工干预。其原因除了考虑效率（当数据量很大、数据关系复杂时更显重要）外，更重要的是保证数据的安全和统一。因此，数据管理软件一定要精心设计，并认真维护和管理。信息存储、管理和表达除了要满足业务管理的功能化需求外，还必须特别注重数据安全保护等非功能化需求。例如，泄漏保护、病毒防范、入侵阻挡等等。大型灌区信息化建设030

2.3.5应用软件

灌区信息化建设中，其他建设内容都看得见、摸得着，就是计算机软件看不见、摸不着。但是，软件又是信息化建设能否发挥作用，取得效益的关键内容。大型灌区信息化建设031

“十五”、“十一五”试点期间，各个灌区都不同程度地开发了一些软件，只是覆盖面大小、种类多少、功能强弱、命名方式等存在不同而已，姑且以广义信息（不分别针对雨情、水情、工情、业务管理等信息）为处理对象归纳之，主要有八种软件：数据采集及传输软件、数据存储、管理和维护软件、信息浏览、查询、汇总、统计、表达软件、视频监视及管理软件、闸门和水泵控制软件、业务行政办公管理软件、门户网站、水资源配置与调度软件。

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但是，应用软件的开发、管理和维护仍然是灌区信息化建设中最为薄弱的一环。原因之一在于软件的“无形”，因而重视不够；原因之二是软件开发不规范，很多软件开发机构没有对应的资质或缺乏CMM

评估等级；原因之三是开发人员对灌区的业务内容及其管理过程研究的不够深入和透彻，甚至不了解、不熟悉灌区的专业内涵，导致开发的软件无法满足需求，甚至不能用。大型灌区信息化建设033

针对上述情况，《指南》仅是按照建设管理、运行管理和事务管理三个方面的业务对应用软件进行了划分，给出的应用系统均为常规的、最为需要的功能。在此基础上，结合当前软件开发的技术，抽象出五类应用软件。大型灌区信息化建设034

应用软件的抽象划分大型灌区信息化建设035

《指南》第三章通过实例展示了对应的软件设计方案。由于灌区种类繁多（因其地域不同、气候条件不同、水源方式不同、管理方式不同等），应用软件开发的前期工作和“顶层设计”还很不够。正因为如此，《指南》专门编写了一个“软件及软件工程基本概念”的附录，灌区建设和管理人员可以参照，并通过实践，提出更合适的应用系统功能和性能需求，以及软件划分方式，期望在“十二五”乃至“十三五”的信息化建设中能有长足的进步和发展。大型灌区信息化建设036

2.3.6配套设施

信息化建设过程中，配套设施建设和改造的内容很多，《指南》只列出了供电和防雷两项设施（当然，这两项最为重要），实际上还有很多配套设施要建设或改造。例如：（1）信息中心、信息采集点和监控点的安防设施；（2）采用特设量水的渠道要增建特设建筑物（巴歇尔槽、机翼型槽、无喉道槽，或者堰等）；大型灌区信息化建设037

特设量水建筑物巴歇尔槽机翼型槽大型灌区信息化建设038

（3）为了实现闸门控制，原来没有闸房的要增建闸房，闸门原来是手动启闭的要改造成电动启闭，其中，a要新建闸房，b要改造闸房，c要将启闭机启动方式从手动启闭改为电动启闭）；大型灌区信息化建设039

要新建闸房a大型灌区信息化建设040

要改造闸房和启闭设备bc大型灌区信息化建设041

（4）配合水位、流量监测而修建的测井及测井房，其中，a为有测井房的水位监测，b是无测井房的水位监测；ba大型灌区信息化建设042

（5）自建光纤通信系统要架杆或开挖光缆埋设沟道。

基础设施的建设和改造，一方面是与信息系统配套，另一方面也是灌区工程及管理设施改造等“硬件”建设的需要。只有软、硬结合，才能使信息系统正常运行，发挥最大的效率。大型灌区信息化建设043

3软件是信息化建设成败的关键大型灌区信息化建设044

软件看不见、摸不着，因此，其作用和价值经常被低估。实际上，在信息化建设中，要使所有的设施和设备（看得见、摸得着）发挥作用，为灌区建设和管理服务，处处得靠软件。这如同没有播放的电视频道，电视机只是摆设一样。附录三将软件提升到工程的高度，简明扼要地列举并说明软件的构成、软件工程的过程，以及软件分析、开发、运行、维护过程中的基本方法、技术要点和需要注意的问题，以期引起重视。大型灌区信息化建设045软件指计算机系统中的程序及其文档。程序是计算任务的处理对象和处理规则的描述；文档则是为便于了解程序所需的阐明性资料。软件一般分为三类，即系统软件、支撑软件和应用软件。3.1软件分类大型灌区信息化建设046系统软件位于最接近计算机硬件的层面上，其他软件一般要通过系统软件发挥作用。系统软件与具体的应用领域无关。操作系统、编译程序等均为系统软件。大型灌区信息化建设0473.1.1系统软件支撑软件指支持软件开发、运行和维护的软件。数据库管理系统、网络软件，开发环境（环境数据库、接口软件和工具组）、中间件都可以视为支撑软件。大型灌区信息化建设0483.1.2支撑软件应用软件是特定应用领域专用的软件。例如适用于灌区建设与管理业务工作的水资源调配软件、水费征收管理软件等就是应用软件。大型灌区信息化建设0493.1.3应用软件软件生存周期是软件产品或软件系统从产生、投入使用到被淘汰的全过程。通常把软件生存周期分为三个阶段：定义、开发和维护或五个阶段：需求分析、设计、实现（编码）、测试和维护。大型灌区信息化建设0503.2软件生存周期及其阶段划分

大型灌区信息化建设051软件定义阶段

软件开发阶段大型灌区信息化建设052

大型灌区信息化建设053软件维护阶段软件维护阶段大型灌区信息化建设054

分析阶段包括问题分析和需求分析。问题分析获取需求定义（又称需求规约），即要解决什么问题。这个过程通过需求调查实现。调查得到的需求还不能全部作为软件设计与实现的目标，还需要进行可行性分析，也就是需求分析。可行性分析包括经济可行性、技术可行性和可操作性三个方面。其中，可操作性要充分考虑使用对象的具体情况，提供简捷、方便、易用的软件。需求分析的结果要生成功能规约（即需求规约），需求规约是软件开发者和用户对软件质量进行最后验收的准则。

3.2.1分析阶段大型灌区信息化建设055设计阶段包括概要设计和详细设计。概要设计建立整个软件体系结构，包括子系统、模块以及相关层次的说明、每一模块的接口定义；详细设计产生程序员可用的模块说明，以及数据结构说明及加工描述。大型灌区信息化建设0563.2.2设计阶段测试包括单元测试、组装测试和确认测试。测试活动的目的是使软件系统达到需求提出的各项要求。3.2.3实现阶段实现是把设计结果转换为可执行的程序代码。3.2.4测试阶段大型灌区信息化建设057维护是对投入运行的软件进行修改，使软件系统能适应外界环境的变化，实现功能扩充和质量完善。由于软件维护的时间长，费用高，所以要重视软件的维护，特别是在开发软件时就要注重提高软件的可维护性能及易维护性能。大型灌区信息化建设0583.2.5维护阶段

体系结构设计、数据设计和模块设计是软件工程过程的三项主要设计。3.3软件设计过程大型灌区信息化建设059体系结构是软件总体结构的抽象表示。因此，体系结构可以看作由三个部分组成，即模块、模块间的层次关系和结构风格。其中，模块包括处理单元、信息单元和连接单元（接口）。模块间的层次关系要描述模块间的交互与组织权重表示模块以及联系的重要程度。结构风格刻画了体系结构设计人员的设计风格和技术水平。因此，体系结构设计的主要目标是开发一个模块化的程序结构，并给出各个模块之间的控制关系，同时融合了程序结构和数据结构，以及接口定义。3.3.1软件体系结构设计大型灌区信息化建设060

软件体系结构设计示例大型灌区信息化建设061数据结构在很大程度上决定了程序结构和程序过程的复杂性。在设计阶段，数据设计要对各类数据给出明确、详细的规格说明。规格说明主要通过数据的分类定义、实体-关系图和数据结构来描述。3.3.2数据设计大型灌区信息化建设062数据设计示例（淠史杭灌区数据库设计）

按照右图所示灌区水资源配置的物理过程，对应地划分为五个逻辑数据库，即取水数据库、输水数据库、用水数据库、测控数据库和管理数据库。1、数据分类大型灌区信息化建设063数据设计示例（淠史杭灌区数据库设计）

2、实体-关系大型灌区信息化建设064数据设计示例（淠史杭灌区数据库设计）

3、逻辑结构（示例：水库水位-库容、面积关系表）大型灌区信息化建设065把一个待开发软件分解成若干个小的、简单的部分，称为模块。一个模块执行一个特殊任务。模块通常由接口和实现两部分组成。接口包括可由其他模块访问的常数、数据类型、变量、函数等，它刻画了模块间的耦合方式，是其他模块的设计者和使用者需要了解的约定。3.3.3软件模块设计大型灌区信息化建设066实现包括私有量（只能由本模块自己使用的数据）以及实现本模块功能的源程序代码，它是各模块的内部事务，不需要为其他模块所知道。此即信息隐藏。模块实现过程的最终表达是通过程序设计语言来描述的，但是，在设计阶段，一般借助各种图形来表示。常用的有流程图（flowchart）、盒图（boxdiagram）、问题分析图（problemanalysisdiagram）等。大型灌区信息化建设067右图所示是一元二次方程ax2+bx+c=0的求解流程图，根据这个流程图，选择一种程序设计语言，即可编制程序代码，进而开发出一元二次方程解的软件。大型灌区信息化建设068软件测试是检测和评价软件以确定其质量的过程与方法，即评价软件或程序的属性和能力，以确定它是否满足需求的过程与方法。3.4软件测试大型灌区信息化建设069软件测试示例（江苏省泰州市防汛防旱空间决策支持系统）大型灌区信息化建设0703.4.1软件测试过程大型灌区信息化建设071软件测试，可以分为四个步骤顺序进行：单元测试、集成测试、确认（功能）测试和系统（实例）测试。大型灌区信息化建设0723.4.2软件测试步骤改正性维护（CorrectiveMaintenance）的目的在于纠正在软件开发期间未能发现的遗留错误。由于软件测试的不（不可能）彻底性，软件发布或交付使用后，都会继续发现隐藏的错误，对它们进行诊断和改正是软件维护的一项重要和必须的过程。3.5软件维护3.5.1软件维护的类型（1）

改正性维护大型灌区信息化建设073适应性维护（AdaptiveMaintenance）是对软件为了适应运行环境的改变而进行的维护。它包括三个方面：①因硬件或支撑软件的改变而引起的变化；②将软件移植到不同的计算机类型上；③软件使用对象的小规模变更。（2）适应性维护大型灌区信息化建设074无论是系统软件还是应用软件，都要在使用期间不断地完善和增强它的功能和性能，以满足用户日益增长的需要。完善性维护（PerfectiveMaintenance)就是在不断提升软件品质的同时，延续软件的生命周期，以发挥最大效益。（3）

完善性维护大型灌区信息化建设075上述三种维护，无论哪一种维护，都不能在需要维护的时候才考虑对策，落实措施，而应该在规划和设计时就在软件功能、技术方案、经费估算等方面予以考虑。这就是所谓的第四种维护：预防性维护（PreventiveMaintenance）。预防性维护的另一层含义是，维护人员不能单纯等待用户提出维护的请求，而应该选择那些还能使用数年、目前虽能运行但不久就需做重大修改或加强的软件，进行预先的维护。其直接目的是改善软件的可维护性，减少今后对它们维护时所需要的工作量。（4）

预防性维护大型灌区信息化建设076大型灌区信息化建设0773.5.2软件维护过程软件维护包括从维护申请到新软件投入运行的全过程。如右图所示，软件维护包括从维护申请到新软件投入运行的全过程。软件维护过程包含了软件设计、设计复审、代码修改、测试等全部维护工作。因此，维护实际上是开发的一个缩影。（1）软件维护的工作流程大型灌区信息化建设078软件维护阶段要编制两个文档，即维护申请单和修改报告单。维护申请单（MaintenanceRequestForm，MRF）通常由申请维护的用户填写。纠错维护的申请单应完整地说明导致错误发生的环境，包括输数据、输出数据清单和其他相关资料。如果申请适应性或完善性维护，则仅需提出一个简要的需求说明。软件修改报告单（SoftwareChangeReport，SCR）用于记录在维护阶段对软件所做的每一次修改。其内容包括问题来源、错误类型、修改内容、资源（成本）耗用以及批准修改的负责人等。修改报告由直接进行修改和负责文档管理的人员共同填写。（2）

软件维护的文档编制大型灌区信息化建设079

水利部李国英副部长要求“十三五”前要完成大型灌区的现代化建设。

因此，实现现代化建设就是大型灌区信息化发展的目标。4大型灌区信息化发展大型灌区信息化建设080

李国英副部长2011年9月7日在“引嫩入白”信息化建设方案审查会上讲话指出，从“十二五”开始，灌区要加快开展信息化、数字化和智能化的建设。李国英副部长的讲话给出了灌区现代化“顶层设计”的思路和框架，也是大型灌区信息化发展的方向。大型灌区信息化建设081“引嫩入白”工程吉林省白城市位于嫩江右岸支流洮儿河流域，是吉林省西部地区老工业基地，土地资源丰富，具有一定的农业发展潜力。但是，白城是一个水资源短缺的城市，全市水资源总量22.72亿立方米，约占全省的5.62％，人均占有水资源1140立方米，为全国平均水平的51.35％、全省的75％。随着社会经济的快速发展和人民生活水平的提高，对水资源的需求不断增加。大型灌区信息化建设082“引嫩入白”工程

引嫩入白供水工程从水资源较为丰富的嫩江干流引水，向白城市、镇赉县等城镇和五家子灌区（30万亩）供水，并为向莫莫格湿地补水创造条件。大型灌区信息化建设083“引嫩入白”工程大型灌区信息化建设084“引嫩入白”工程

2006年1月水利部以水总[2006]2号文件对《吉林省引嫩入白供水工程规划》进行了批复。2007年8月国家发改委以发改农经[2007]2082号文件批复了《吉林省引嫩入白供水工程项目建议书》，安排国家建设资金5亿元。2008年4月3日国土资源部以国土资预审字[2008]102号文件对《吉林省引嫩入白供水工程建设项目建设用地预审》进行了批复。大型灌区信息化建设085“引嫩入白”工程2008年6月16日水利部以水规计[2008]191号文件将《吉林省引嫩入白供水工程可行性研究报告》报送到国家发展改革委审查。2008年8月15日《吉林省引嫩入白供水工程环境影响评价报告》通过了国家环保部部长常务会议审查。《吉林省引嫩入白供水工程可行性研究报告》2008年10月得到国家发改委批复，初步设计于2008年12月得到吉林省发改委批复。大型灌区信息化建设086引嫩入白供水工程2005年开工建设，2011年工程基本完工，届时，编制并申报《吉林省引嫩入白综合信息化可行性研究报告》，并于2011年9月7日在水利部审查。

审查会上李国英副部长指出：“灌区事业、灌溉技术是今后发展方向。定额灌溉全国还找不到可借鉴的例子。永远拍脑袋永远实现不了灌区现代化。下决心走下去一定能走出农业灌区现代化的康庄大道。”大型灌区信息化建设087“今天，农水司主要领导都来了，旗扛起来，作个示范。灌区信息化的规范谁写？写不出来。这个工程（引嫩入白）要全国推广，诸位专家要扛起重任，要确实是示范、样板、管用、可看、可学、可借鉴。”大型灌区信息化建设0881需求牵引、应用至上；2统一规划、分步实施3总体设计、模块管理；4数学模拟、注重参数5阶段先进、扩展升级；6稳扎稳打、持续利用李国英副部长对灌区现代化建设的建议大型灌区信息化建设089第一步：实现信息化；第二步：实现数字化；第三步：实现智能化。李国英副部长提出的实现灌区现代化的具体步骤大型灌区信息化建设090

“实现信息化”就是通过各种信息采集技术和手段，全面或较为全面地获取灌区内的水雨情、工情、墒情等信息，并通过通信链路和计算机网络传输给需要这些数据的职能部门和管理人员，借助必要的软件，使这些部门和人员能够浏览、查询所需要的信息，并可以统计、汇总，形成报表等，以此作为灌区建设和管理的依据或参考。4.1对实现大型灌区现代化的理解大型灌区信息化建设091

“实现数字化”就是系统地结合水、肥、作物等学科及专家的知识，在信息化的基础上，针对灌区各种作物，以及具体的土壤、气候等条件，建立科学合理、精准的供水（供肥等）过程模型（节水并在边界条件约束下达到最优化），该模型应能够根据供水过程中发生的情况变迁，以参数变化的形式对模型作随机调整并运用，以此指导灌区灌溉（可能还有生活工业、防洪等）水资源的调配。大型灌区信息化建设092

“实现智能化”就是根据信息化所获得的各种数据，作为参数，去选择匹配的模型，通过编制的软件由计算机及各种控制设备和设施自动执行模型，从而控制供水（供肥）建筑物、设备、设施的运行，实现自动化和智能化。大型灌区信息化建设093

灌区数据指灌区水资源调配过程中涉及的供用水、工程建筑物及业务管理等信息，这些数据各个灌区基本相同。按照现代信息技术的理念，数据既服务于应用程序，又独立于应用程序，因此，对于应用系统来说，数据应该是共享，且可以互操作的。这就要求统一数据的分类、定义，并规范其内容和结构，否则会增大应用系统开发的难度和费用，特别是不利于数据交换和系统集成，给信息共享设置障碍。

1、灌区数据分类、定义及规范化研究4.2实现大型灌区现代化的顶层设计大型灌区信息化建设094标准化包括以下2个部分：（1）产品自身是否遵循国家和行业标准，并且具有国家或行业的生产许可以及计量认证；（2）接口是否标准，是否易于系统的集成及维护管理。灌区信息化建设标准的研究是在对国际、国家和行业标准调查分析的基础上，建立或提出灌区信息化建设中所应遵循的标准。并制定标准下的传感器、计算机硬件和软件、网络、通信等产品的性能指标要求，以及适合灌区的系统集成的接口规约和协议，以此规范、约束参与的各方，保证建设的质量和管理的方便，以及可维护和易维护性，使信息化建设成果能持续、长效地发挥作用。

2、灌区信息化建设标准及执行措施研究大型灌区信息化建设095

灌区信息化向数字化、智能化发展，除了要建立作物需水的时空模型和水资源调配模型外，精准控制渠系中各个渠段的过水流量是能否实现按需供水的关键。目前水位量测有多种方法，只要传感器可靠，数据基本上是可靠、可用的；但是流量量测，特别是明渠流量量测还比较粗犷，精度难以控制。虽然明渠量测水有建筑物、特设设施、仪器等多种方法，但由于灌区情况的不同，量测精度一直无法得到计量认证，缺乏公信力。

3、灌区量测水方法和设施、设备的研究大型灌区信息化建设096

鉴于这种情况，应该针对不同灌区的实际情况，分类（如不同过水断面、水质、含沙量，有冰凌等）进行研究，给出适合不同情况的多样化量水方法，研制实用化的量测水设施和设备。开发流量/水量计算软件，嵌入到设施、设备中，实现一体化集成，以方便灌区使用。大型灌区信息化建设097我国农业灌溉经历了3个发展阶段。第1阶段是传统农业的漫灌方式，生产者根据农业生产经验判断干旱情况，然后用大水漫灌的方式进行灌溉，直到土壤饱和。这种方式不仅造成大量的水资源浪费，又易引起土壤板结，在土壤过分饱和的情况下，还容易诱发病虫害；第2阶段是节水灌溉，通过各种新技术的应用达到节约用水的目的，例如喷灌、滴灌、微灌等节水灌溉方式；第3阶段则是依托信息技术开展精准和智能灌溉的研究，根据土壤的墒情及农作物的生长需要，建立配水、配肥调度模型，然后运用相应的灌溉模式实现优化供水和供肥。4、供水、供肥等过程模型研究大型灌区信息化建设098

我国大型灌区信息化虽然已经进行了两期试点建设，但是，作为灌区最主要，也是最重要的水资源配置模型及调度方法的研究和运用工作开展得非常不够，大部分灌区还是按亩、按计划供水，只是实现了用计算机替代人工编制需水、用水和配水计划而已。5、灌区灌溉水资源配置模型及调度方法研究大型灌区信息化建设099

为了充分发挥信息化建设的作用，真正达到节水、增效、可持续发展的目的，必须开展灌溉水资源配置模型及调度方法的研究，这也是灌区实现数字化直至智能化的基础。当然，由于我国灌区存在地理位置、气候条件、农作物种植结构及水源类型的不同，水资源配置方法也会不同，甚至差异很大。因此，可以依据灌区所处的地理位置和取水方式等进行分类建模，也可以选择典型（具备建模条件）灌区作为试点，分步开展研究，逐步建立灌溉水资源配置模型及调度方法。大型灌区信息化建设100目前渠灌、管灌、喷灌、滴灌、微润灌溉等均可实现智能灌溉控制。如何针对不同的灌区，不同的地理、气候、作物等条件研究并实施智能灌溉控制是实现灌区智能化的关键。6、智能灌溉控制系统的研究大型灌区信息化建设101示例1：智能“渠灌”控制系统

虽然“渠灌”水量损失大，不容易控制，但是，它设施成本低，管理方便，因此仍然是目前运用最广泛的灌溉方式。如何对“渠灌”实现节水、智能控制是“十二五”灌区续建配套节水改造以及现代化管理的重要任务。大型灌区信息化建设102

“一体化闸门”（FlumeGate）是水利部的“948”项目，该项目引进澳大利亚Rubicon公司的技术，已经应用到安徽的淠史杭灌区（安装了5扇）、宁夏的青铜峡灌区（安装了11扇）和山西的汾河灌区（安装了4扇）。

“一体化闸门”不仅是“十二五”农村水利信息化建设中“全渠道控制系统”（TotalChannel

Control）的一项重要内容，也是水利工程设施“工业化制造”的改革性尝试。大型灌区信息化建设103老式闸门一体化闸门大型灌区信息化建设104一体化闸门的安装一体化闸门的结构大型灌区信息化建设105一体化闸门实例：山西汾河灌区大型灌区信息化建设106一体化闸门实例：宁夏青铜峡灌区大型灌区信息化建设107一体化闸门实例：安徽淠史杭灌区大型灌区信息化建设108一体化闸门实例：水利部节水灌溉示范基地大型灌区信息化建设109所谓“全渠道控制系统”就是针对一条工程基础设施比较完善的渠道，在所有的控制节点安装包括水位-流量监测、闸门现地及远程控制、太阳能供电的“一体化闸门”，通过闭环控制软件，实现水资源的自动调配。这种水闸除了闸墩和闸底板外，其余的设施全部在工厂事先制作好，现场只要完成安装即可。

当然，“全渠道控制系统”要真正发挥作用，取得效益，还需要符合灌区实际的水资源配置模型和调度方案。大型灌区信息化建设110“全渠道控制系统”示意大型灌区信息化建设111示例2：智能“滴灌”