赋能现代农业：大型灌区信息化建设的创新路径与实践探索

　　一、政策引领与时代使命：大型灌区信息化建设的背景

　　水是农业生产的命脉，大型灌区作为保障国家粮食安全、促进农业现代化发展的关键基础设施，其建设与管理水平直接关系到农业生产效率、水资源利用效益和生态环境可持续性。近年来，随着我国农业现代化进程的加快，传统灌区管理模式面临的水资源浪费、调度效率低下、监管手段滞后等问题日益凸显，亟需通过信息化技术赋能，推动灌区管理向智能化、精细化、高效化转型。

　　为破解这一发展难题，水利部、国家发改委联合印发《“十四五” 重大农业节水供水工程实施方案》，明确将灌区信息化建设列为 “十四五” 期间重大农业节水供水工程的重中之重。方案提出，“十四五” 期间将优先推进 30 处新建大型灌区建设，同时对 124 处已建大型灌区实施续建配套和现代化改造，中央预算内投资将给予积极支持，地方也需统筹加大财政投入，创新投融资机制，多渠道筹集建设资金。据悉，方案实施后，预计可新增有效灌溉面积 1500 万亩，改善灌溉面积 980 万亩，这不仅为保障国家粮食安全筑牢了水利基础，更为灌区信息化建设提供了广阔的发展空间和政策保障。

　　在政策指引下，灌区信息化建设已成为推动农业节水减排、促进水资源优化配置、实现农业可持续发展的必然选择。通过整合物联网、大数据、云计算、GIS 等现代信息技术，构建全域覆盖、智能感知、高效协同的信息化管理体系，能够有效解决传统灌区管理中存在的信息不对称、调度不精准、监管不到位等问题，全面提升灌区现代化管理水平，为现代农业高质量发展注入强劲动力。

　　二、整体架构与核心内容：大型灌区信息化建设的体系构建

　　大型灌区信息化建设是一项系统工程，需围绕灌区水资源、水生态和水灾害等核心问题，构建 “智能感知层 — 通信传输层 — 数据中心层 — 应用服务层” 的全链条信息化架构，实现智能感知、自动控制、智能监视、智能管理的一体化运作，推动灌区管理从 “经验驱动” 向 “数据驱动” 转变。

　　(一)智能感知层：全域覆盖的监测网络建设

　　智能感知是灌区信息化建设的基础，通过构建 “空天地” 三位一体的感知网络，实现对灌区雨情、水情、工情、墒情、水质、工程安全等关键信息的全面采集与实时监测。感知网络建设以物联感知、航空感知和视频感知为核心，覆盖信息流全过程，形成闭环管理的物联感知体系。

　　在感知设备部署方面，针对不同工程类型和监测需求，科学配置各类传感器和监测设备：

　　骨干工程重点部署流量计、水位计、水质分析仪等设备，实时监测输水流量、水位变化和水质状况，保障主干渠系输水安全与效率;

　　田间工程配备雨量计、墒情传感器、闸控设备等，精准捕捉农田降水、土壤含水量等信息，为精准灌溉提供数据支撑;

　　景观工程和生态工程则通过视频监控、水位计、水质分析仪等设备，实现对生态用水状况和周边环境的动态监测，维护灌区生态平衡。

　　同时，结合卫星遥感、无人机巡查等航空感知手段，弥补地面监测的局限性，实现对灌区全域的立体式、全方位监测。卫星 GIS 数据可提供宏观的地形、水系、土地利用等基础信息，无人机则能够快速响应，对重点区域、关键工程进行近距离巡查和数据采集，形成 “天上看、空中巡、地上测” 的立体化监测格局。

　　(二)通信传输层：高效稳定的信息通道搭建

　　为保障监测数据的实时传输和业务指令的顺畅下达，需建设高效、稳定、安全的通信传输网络，支撑渠系防洪、水环境保护、水资源调配等信息的正常收集与传递。根据灌区地形地貌、工程分布和通信条件，采用 “有线 + 无线” 双部署模式，实现信息传输的全覆盖和高可靠。

　　有线通信方面，通过光纤专线将骨干工程、数据中心与政务云、省市县水利局等相关部门连接，保障大容量、高带宽的数据传输需求，满足高清视频监控、大数据共享等业务的开展。无线通信则针对田间工程、偏远站点等有线网络难以覆盖的区域，灵活部署 3G/4G/5G、NB-IoT、北斗卫星等通信技术，实现监测数据的远程传输。其中，北斗卫星通信技术具备全天候、无死角、抗干扰能力强等优势，可在极端天气和复杂环境下保障通信畅通，确保应急数据的及时传递。

　　为提升数据传输的安全性和可靠性，采用 “本地存储 + 云存储” 的容灾备份机制，监测设备采集的数据先在本地进行存储备份，再同步上传至云端数据中心，有效避免因网络中断、设备故障等导致的数据丢失，保障信息传输的连续性和完整性。

　　(三)数据中心层：互联互通的大数据平台构建

　　数据中心是灌区信息化管理的核心枢纽，以数据共享、业务协同为根本出发点，通过数据收集整编、接入汇集、标准化处理等环节，整合重构各类水利信息资源，建立互联互通、智能融合的大数据中心，实现数据的集中采集、集中存储、集中管理、集中使用。

　　数据中心的核心在于数据库建设，按照数据类型和业务需求，构建多维度、全覆盖的数据库体系：

　　基础数据库包含数字地形、数字水系、数字工程、行政区划、土地利用现状等基础信息，为灌区管理提供地理空间支撑;

　　监测数据库整合水位、雨量、流量、墒情、水质、视频监控等实时监测数据，全面反映灌区运行状态;

　　业务数据库涵盖灌溉用水记录、水费收缴、工程维护、设备运行等业务数据，支撑灌区日常管理工作;

　　多媒体数据库存储视频、图像等多媒体信息，为可视化监控和历史追溯提供依据;

　　模型数据库包含水资源调度模型、灌溉预测模型等专业模型数据，为决策分析提供技术支撑。

　　同时，建立统一的数据标准和接口规范，实现与已建 SCADA 系统、GIS 系统、省市县水利局数据平台、农业农村主管部门信息系统的互联互通，打破信息孤岛，促进跨部门、跨区域的数据共享与业务协同。通过数据转换、集成处理等技术手段，将分散在不同系统、不同格式的数据进行标准化整合，形成统一的数据资源池，为后续的应用服务提供高质量的数据支撑。

　　(四)应用服务层：精准高效的智能管理平台打造

　　应用服务层是灌区信息化建设的价值体现，以提高用水效率为核心，以严格的水资源管理制度为保障，构建集综合监控、调度管理、运维服务、公众服务于一体的智慧灌区信息化综合管理平台，为灌区管理提供全流程、全方位的智能服务。

　　1. 核心管理系统

　　综合信息管理系统：整合灌区各类信息资源，实现灌区总览、数据查询、统计分析等功能，为管理者提供全面、直观的灌区运行状态视图;

　　配水调度管理系统：依据用水单位需水情况和灌区工程供水能力，智能制定配水计划，通过系统下达配水指令，并根据遥测数据实时调整，提高配水效率和准确性;

　　量测水管理系统：通过量水监测站、移动式轨道测流车等设备，实现对引水、输水、配水、分水全过程的流量、水位监测，为水资源优化配置提供数据支撑;

　　闸门远程监控系统：实现闸门手动、自动值守和远程控制，结合视频监控和状态监测，精准调节闸门开度，保障渠道流量和水位稳定，减少人工干预和操作失误;

　　水费管理系统：支持水量计量、水费计算、收费管理和水权交易等功能，为用户提供动态配置的计费方式，实现水费快速结算和高效收缴;

　　运维支撑管理系统：涵盖工程维护、站点维护、设备管理等功能，对巡检发现的异常状况进行录入、审核、指派、维护和确认，实现灌区设施维护的信息化管理;

　　防汛抗旱监测预警系统：实时监测水雨情、工情等数据，通过专业模型分析，及时发布预警信息，为防汛抗旱决策提供技术支持;

　　移动智能终端系统：支持水雨情监测、配水指令接收、用水计量查询、图像采集等移动操作，为灌区工作人员和用水户提供便捷的信息服务。

　　2. 特色应用系统

　　灌区管理 “一张图”：以灌区 GIS 地图为蓝本，聚合基础地形图、行政区图、水系分布图、灌溉工程分布图、监测站点分布图等多源信息，叠加各类业务管理系统，构建 “地下测、网上控、平台管” 的综合监管地图。管理者通过 “一张图” 可直观掌握灌区各类信息，实现全局可视化管理;

　　视频监控系统：通过在灌区关键部位、重点工程部署高清摄像机，实现对现场情况的实时监控，视频数据实时传输至管理中心，便于管理者及时了解设施运行状态和周边环境，快速响应突发事件;

　　土壤墒情监测系统：专门监测土壤含水量和土壤温度，为水循环规律研究、农牧业灌溉、水资源合理利用及抗旱救灾提供基础数据，支撑精准灌溉决策;

　　农业气象站系统：监测气温、气压、相对湿度、风向、风速、雨量、光照等气象要素，实现对灌区农田小气候的全天候监测，为灌区生产和管理提供气象数据支撑。

　　三、关键技术与典型应用：大型灌区信息化的实践落地

　　(一)核心技术支撑

　　大型灌区信息化建设的有效落地，离不开物联网、大数据、云计算、GIS、移动互联网等现代信息技术的深度融合与创新应用。

　　物联网技术作为感知层的核心支撑，通过各类传感器、遥测终端(RTU)等设备，实现对灌区各类物理量的实时采集。例如，多普勒流量计、超声波明渠流量计等设备能够精准测量水流速度和流量;雷达水位计、超声波水位计可实时监测水位变化;土壤墒情传感器能够捕捉土壤含水量和温度数据，这些设备为信息化管理提供了丰富的原始数据。

　　大数据技术则为数据处理和分析提供了强大能力。通过对海量监测数据、业务数据的挖掘分析，能够发现灌区水资源调度规律、作物需水规律等，为配水调度、精准灌溉等提供科学依据。同时，利用大数据建模技术构建的水资源调度模型、灌溉预测模型等，能够模拟不同工况下的灌区运行状态，为管理决策提供模拟支撑。

　　云计算技术为数据存储和应用部署提供了灵活高效的平台。通过政务云或私有云部署，实现数据的集中存储和弹性扩展，满足灌区信息化建设中不断增长的数据存储需求。同时，基于云计算的应用服务模式，能够实现各类管理系统的快速部署、升级和维护，降低建设和运营成本。

　　GIS 技术为灌区管理提供了地理空间支撑。通过 GIS 地图的空间分析功能，能够实现灌区工程布局、监测站点分布、水资源分布等信息的可视化展示和空间分析，为配水调度、工程规划等提供空间决策支持。灌区管理 “一张图” 正是 GIS 技术与业务管理深度融合的典型应用。

　　移动互联网技术则打破了时间和空间限制，通过移动智能终端和手机 APP，实现灌区管理信息的随时随地获取和业务的移动办理，提高管理效率和服务便捷性。

　　(二)典型应用案例

　　1. 主干渠 H-ADCP 自动测流系统

　　该系统采用声学多普勒剖面流量计(H-ADCP)作为核心测量设备，搭配超声水位探头或电子水尺，实现对主干渠水流速度、流量和水位的自动监测。系统最大量程可覆盖河宽的 90%，能够适应不同水流条件下的测流需求。测量数据通过通信模块实时传输至数据中心，为灌区总调度提供精准的流量数据支撑，保障主干渠输水调度的科学性和合理性。同时，系统具备数据本地存储和远程传输双重功能，确保数据不丢失，满足流量监测的连续性要求。

　　2. 支渠电磁明渠流量监测系统

　　针对支渠水流特点，该系统采用电磁流速传感器、水位传感器等设备，结合过水断面形状进行定制化安装。系统通过测量水流速度和水位数据，计算得出支渠流量，实现对支渠配水过程的实时监测。设备安装采用垂直水流流向部署方式，在最低水位以下设置连通管，确保测量的准确性和稳定性。同时，系统配备太阳能供电模块，解决了支渠站点供电难题，保障设备全天候稳定运行。监测数据通过无线通信网络传输至管理平台，为支渠配水调度和用水计量提供数据依据。

　　3. 闸门自动控制系统

　　闸门自动控制系统由现场端设备和远程管理平台组成，现场端包含闸门控制柜、电机控制器、闸位计、摄像头等设备，远程管理平台则通过通信网络与现场设备实现数据交互和指令下达。系统根据配水调度计划，自动计算目标流量或水位，并将控制指令传输至现场闸门控制器，调节闸门开度，使渠道流量或水位达到目标值。同时，摄像头实时拍摄闸门运行状态，闸位计反馈闸门开度数据，形成闭环控制，确保闸门控制的精准性。该系统不仅减少了人工劳动力投入，降低了主观操作失误率，还能及时掌握灌区运行信息，为水资源优化调配提供依据，有效减少水资源浪费。

　　4. 土壤墒情与农业气象一体化监测系统

　　该系统整合土壤墒情传感器、气象传感器、数据采集器、通信模块等设备，实现对灌区土壤含水量、土壤温度、气温、气压、相对湿度、风向、风速、雨量、光照等要素的一体化监测。数据采集器定时收集各类传感器数据，通过 4G/5G、NB-IoT 或北斗卫星等通信方式传输至数据中心，为灌区信息化平台提供全方位的环境数据支撑。管理者通过平台可实时查看监测数据，结合作物生长需求，制定精准灌溉方案，实现水资源的高效利用和农业生产的提质增效。

　　四、系统特点与实践价值：大型灌区信息化建设的成效彰显

　　(一)系统核心特点

　　一体化监管格局：通过构建 “地下测、网上控、平台管” 的灌区综合监管 “一张图”，整合多源信息和各类业务系统，实现对灌区的全域覆盖、全流程管控和全方位监测，打破了传统灌区管理中条块分割、信息孤岛的局面，形成一体化的监管格局。

　　精准化资源配置：基于实时监测数据和大数据分析技术，实现动态计划用水和水资源优化配置，根据作物需水规律、气象条件和水资源状况，精准制定灌溉方案，做到实时适量灌水与排水，满足灌区现代化生产需求，提高水资源利用效率。

　　科学化灌溉管理：通过农业气象监测、土壤墒情监测和精准配水调度，实现科学灌溉，提高农作物种植水平。同时，结合灌区工程现代化改造，提升灌溉保障能力，为保障国家粮食安全和农产品有效供给提供坚实支撑。

　　高效化运维服务：借助信息化管理平台和移动智能终端，实现灌区工程维护、设备管理、巡检维修等工作的信息化、流程化管理，提高运维效率，降低运维成本，保障灌区设施长期稳定运行。

　　全方位安全保障：通过防汛抗旱监测预警系统、水质监测系统、工程安全监测系统等，实现对水灾害、水质污染、工程安全等风险的实时监测和预警，提升灌区防灾减灾能力和安全保障水平。

　　(二)实践应用价值

　　经济效益显著提升：通过精准灌溉、水资源优化配置，有效减少水资源浪费，降低农业灌溉成本;同时，提高灌溉保证率和作物产量，增加农民收入。据测算，信息化灌区的水资源利用效率可提高 15%-20%，作物产量可提升 5%-10%，经济效益十分可观。

　　社会效益全面彰显：灌区信息化建设推动了农业现代化进程，促进了农业产业结构调整和转型升级;通过水费管理系统的规范化运作，保障了用水户的合法权益，减少了用水纠纷;同时，为政府部门提供了科学的决策依据，提升了农业农村管理的科学化、规范化水平。

　　生态效益持续释放：通过精准配水和生态用水保障，有效维护了灌区水生态平衡，减少了因过度灌溉导致的土壤盐渍化、地下水超采等生态问题;同时，水质监测系统的实时监控，能够及时发现和处置水质污染问题，保护灌区水环境，实现灌区可持续发展。

　　五、展望与未来：大型灌区信息化建设的发展方向

　　随着数字技术的不断创新和农业现代化的深入推进，大型灌区信息化建设将迎来更广阔的发展空间。未来，灌区信息化建设应聚焦以下几个方向：

　　一是深化技术融合应用。加强人工智能、区块链、数字孪生等新兴技术与灌区管理的深度融合，构建数字孪生灌区，实现灌区物理世界与虚拟世界的实时映射和交互联动，提升灌区管理的智能化、精细化水平。例如，利用人工智能技术优化灌溉调度模型，提高调度决策的准确性;借助区块链技术实现水权交易的透明化、可追溯，保障水权交易的公平公正。

　　二是拓展服务应用场景。从灌区管理向农业生产全链条延伸，整合农业生产、农产品加工、流通等环节的信息资源，构建农业全产业链信息化服务平台，为种植户提供从生产计划、精准灌溉、施肥用药到产品销售的全流程服务，促进农业产业数字化转型。

　　三是强化数据安全保障。随着灌区信息化程度的不断提高，数据安全风险也日益凸显。未来需加强数据安全体系建设，完善数据安全管理制度，采用加密传输、访问控制、安全审计等技术手段，保障数据采集、存储、传输、使用全过程的安全，防止数据泄露、篡改和滥用。

　　四是推进跨区域协同治理。打破行政区划限制，构建跨区域的灌区信息化协同管理平台，实现不同灌区之间、灌区与流域之间的信息共享、资源统筹和联合调度，提升水资源在更大范围内的优化配置能力，应对日益复杂的水资源供需矛盾和气候变化挑战。

　　大型灌区信息化建设是一项长期而艰巨的任务，需要政策支持、技术创新、资金投入和各方协同发力。在 “十四五” 规划的指引下，随着信息化技术的不断进步和应用深化，我国大型灌区将逐步实现从传统管理向现代化、智能化管理的转型，为保障国家粮食安全、促进农业现代化发展、实现水资源可持续利用作出更大的贡献。