黑河流域灌区节水信息系统建设研究（彭彦铭）

时间：2022-02-22 15:21:21 浏览量：次

［摘要］黑河流域属资源性缺水地区，水资源开发利用与生态建设和环境保护不仅关系流域内居民的生存环境和经济发展，也关系到西北、华北地区的环境质量，事关民族团结、社会安定、国防稳固的大局。黑河中下游灌区是黑河干流的主要用水单位，因此灌区节水有着重大意义。在完成渠道衬砌、引水口门合并改造等工程措施的基础上，通过进行节水信息系统建设，可以为灌区水资源的优化配置、高效利用服务，为流域管理部门和灌区管理部门提供科学的决策支持，全面提升黑河中下游灌区节水管理的效率和效能。本系统由基础设施、应用服务平台、基于GIS 灌区管理及决策支持系统以及系统运行实体环境等四大部分组成。

［关键词］黑河灌区信息化决策支持 GIS

1 引言

黑河是我国西北地区较大的内陆河，干流全长约928km，流域国土面积为11.6 万km2。在黑河的中游和下游上部，有盈科、西浚、大满、上三、梨园河、平川、板桥、鸭暖、蓼泉、沙河、友联、罗城、六坝和鼎新共计14 处灌区。黑河中下游灌区是黑河干流的主要用水单位。截止2003 年，灌区国民经济各部门用水量15.76 亿m3，其中农田灌溉用水量13.02 亿m3，占82.7％；林草灌溉用水量1.74 亿m3，占11.0％；工业用水量0.70 亿m3，占4.4％；城镇生活用水量0.05 亿m3，占0.3％；农村人畜用水量0.25 亿m3，占1.6％。农业、工业、生活、生态用水比例为：82.6∶4.4∶1.9∶11.1，全国同期平均水平为：63.7∶20.7∶10.1∶5.5，可见农业用水比例相对过大，单方水GDP 产出仅2.81 元，是全国的1/6。

黑河流域属资源性缺水地区，由于地域的特殊性，黑河流域的水资源开发利用与生态建设和环境保护不仅关系流域内居民的生存环境和经济发展，也关系到西北、华北地区的环境质量，事关民族团结、社会安定、国防稳固的大局。为了缓和流域用水矛盾，实现水资源的有效利用，从2000 年起，对黑河流域水资源实施统一调度，采用了上游封山绿化、植树种草、退耕还林，中游灌区调整产业结构和产品结构，进行节水改造，下游改造平原水库，圈养禁牧，禁止毁林开荒的举措。随着黑河近期治理规划的实施，黑河中下游灌区陆陆续续进行了引水口门合并及渠系调整、渠系衬砌及建筑物工程改造、田间配套、高新技术节水等节水工程建设，积极地推动了节水型社会建设，提高了灌溉水利用效率。这些工程节水措施的建设，为非工程管理措施节水提供了现实条件。

在进行工程节水措施的基础上，可以考虑通过非工程管理措施的完善来进一步提高水的利用率，实现水资源的合理配置与利用。其中，利用信息化手段对灌区需水进行监测，并通过系统合理配置水资源，从而提高水的利用效率，提高决策的可靠性和正确性。

2 系统建设目标

建立一个以信息采集系统为基础、以高速安全可靠的计算机网络为传输媒介，以3S 技术、数据库技术和决策支持系统为核心的现代化灌区节水管理系统，为灌区水资源的优化配置、高效利用服务，实现对灌区信息采集的自动化、信息管理的规范化、决策的智能化，大大提高信息采集和加工的准确性以及传输的时效性，做出及时、准确的反馈和预测，为流域管理部门和灌区管理部门提供科学的决策支持，全面提升黑河中下游灌区节水管理的效率和效能。

为了实现黑河中下游灌区节水管理信息系统的建设目标，系统要在项目研究区范围内建立引水、地下水、土壤墒情等各类信息的监测站网，对各监测站配备相应的监测设备；对重要的干、支渠引水口配备远程闸站监控设施；建设安全可靠的信息传输系统、稳定安全的数据存储系统、具有决策支持功能的管理决策支持系统等。系统的建设任务主要包括数据采集系统的建设、通信网络与传输系统的建设、远程监控系统的建设、数据存储与管理系统的建设、基于GIS 灌区管理及决策支持系统的建设、各级管理中心的建设等。

3 系统功能架构

“黑河中下游灌区节水管理信息系统”是一个综合的、多领域交叉的系统工程，它需要多学科、多技术的支撑，需要综合运用数据信息自动采集与控制、遥测、通信与计算机网络、数据存储与管理、智能决策支持等技术，为黑河中下游灌区的水资源管理提供一个现代化、可视化、智能化的决策支持平台，提高灌区管理水平，从而实现节约用水、提高用水效率、合理配置水资源，促进黑河流域中下游地区生活、生产、生态用水的协调发展。

根据系统建设目标、范围和任务，“黑河中下游灌区节水管理信息系统”应覆盖黑河中下游范围内14 个灌区相关数据采集、传输、存储、应用决策等各个环节。系统主要由基础设施、应用服务平台、基于GIS 灌区管理及决策支持系统以及系统运行实体环境等四大部分组成。系统总体结构图详见下图。

基础设施主要包括信息采集系统、信息传输系统、数据存储与管理等。信息采集系统将利用先进的信息自动采集技术实现对引水、用水、降水、地下水、土壤墒情等信息的自动化采集，为黑河灌区节水管理和决策提供各种必要的基础信息；信息传输系统将利用成熟的有线或无线传输技术实现灌区管理各种信息的安全传递；数据存储与管理将实现对灌区基础数据、专业数据的科学、有效的存储与管理。

应用服务平台是系统的中间逻辑层，为整个系统提供各种方法，主要包括信息服务共享中间件、GIS 服务中间件以及业务服务中间件等。

基于GIS 灌区管理及决策支持系统是整个系统的应用系统部分，直接面向用户，主要包括灌区综合监视、灌区信息服务、灌区业务处理、配水方案编制、灌区用水管理、远程监控、流域地下水信息管理、灌区墒情信息管理等，其中，灌区综合监视将实现对灌区引水等实时信息基于GIS 的监视及预警功能；灌区信息服务将实现灌区各种信息基于GIS 的检索查询功能；灌区业务处理主要实现灌区管理的日常业务处理功能，如需水计划的上报、各类信息的统计汇总等；配水方案编制主要包括灌区需水情况预测、配水预案编制、配水方案编制、配水方案管理等功能；灌区用水管理主要实现对各用水户的管理以及水费计算与管理的功能；流域地下水信息管理主要实现对黑河流域中下游范围内地下水信息的整理、分析，掌握流域内地下水水位变化情况；灌区墒情信息管理主要实现对采集到的各灌区土壤墒情信息的查询、统计和分析等。

系统运行实体环境主要指黑河灌区各级管理中心，为系统的正常运行提供良好的硬件环境。

4 结语

通过黑河中下游灌区节水管理信息系统的建设，可以形成引水、降雨、土壤墒情等监测站网，为黑河水量调度提供长期、稳定的需水、用水信息，为黑河水量调度方案的制订提供更为全面、系统的基础信息，提高黑河水量调度决策的科学性。

通过黑河中下游灌区节水管理信息系统的建设，能够准确地记录各灌区各地块的灌溉用水情况，提高用水的监督管理手段，增强了量水的准确性、控制的有效性、配水的合理性，在提高自身管理水平的同时，也极大限度地减少用水户的水事纠纷，为处理水事纠纷提供可靠的数据依据，协调各灌区用水户的用水，促进社会和谐稳定。根据监测数据对灌区需、用水进行精确、科学的分配和计量，使黑河干流引入灌区的水量得到高效利用，既保证黑河中下游灌区的灌溉保证率，更能够在此基础上，增加灌区生态环境用水，相应减少地下水开采量，使脆弱的生态环境逐步得到改善，为灌区农业和生态环境持续发展创造了必要的条件，为维持河流生态系统的完整性提供了保障。

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