针对南方湖区灌区现代化改造...灌区大型灌区现代化改造为例_何贤骏.pdf

何贤骏，刘政宏，傅 坤，张 伟，彭 志（汉寿县西湖灌区管理局，湖南 常德415900）针对南方湖区灌区现代化改造及数字化建设的分析与展望摘要：现代化灌区发展是我国粮食安全的命脉，是保证粮食稳产总量的关键所在。灌区进行现代化改造是针对目前灌区存在的各种短板，进行有效的配套完善，在提升基础设施保障的同时，提高数字化灌区管理水平，全方面实现灌区管理的现代化和智慧化。从而在实现水资源高效利用、用水总量控制的前提下，提高灌区生产效率和节水潜力，保证粮食产量稳步提升，改善灌区水生态环境，由粗放型管理方式上升为数字化、现代化的农业生产管理手段。关键词：灌区；现代化改造；信息化；高效节水；数字化建设收稿日期：2022-11-05作者简介：何贤骏（1978-），男，湖南汉寿人，大学本科，从事水利建设管理工作，手机:[phone]，E-mail：。灌区是保障国家粮食安全的重要基础设施，尤其是大型灌区，在当今社会经济发展以及农业产业发展中起着举足轻重的作用，有效保障了全国的粮食安全。近年来，水利部坚决落实党中央、国务院关于国家粮食安全战略部署和大中型灌区改造建设要求，重点改造农田水利设施基础相对薄弱灌区，对工程标准低、配套不完善、老化失修严重、输配水能力不足的灌区进行配套完善和现代化改造，利用先进技术与设备建设灌排工程，采用现代制度与先进手段增强管理能力，打造和社会发展相适应的基础设施完善、管理制度先进、生态环境和谐、安全保障长效、灌溉用水高效的现代化灌区 15。西湖灌区为解决农业发展的后顾之忧，更好地适应乡村振兴战略，筑牢国家粮食安全的根基，明确将实施大中型灌区续建配套与现代化改造作为一项重要任务，积极探索适合南方湖区灌区的现代化改造方向，并于 2021 年全面开展大型灌区的现代化改造工作。针对灌区的特点，从水源工程、泵站工程、输配水工程、田间工程、信息化建设等全领域，对西湖灌区存在的短板进行补充完善，提升灌区的现代化管理手段和生产效率。1改造前西湖灌区的基本概况1）缺乏系统性规划和稳定的投资渠道。西湖灌区始建于 1954 年，在 2011 年全国第一次水利普查时新增为大型灌区。灌区没有进行过系统性规划，缺乏一个长期指导灌区建设的依据，因而也就没有获得 2000 年以来国家对大型灌区持续稳定的投资支持，工程建设不能作系统性安排，整合资金困难，逐渐拉大了与其他大型灌区之间的差距。2）灌区工程设施存在明显短板。西湖灌区是一个以提水灌溉为主的大型灌区，小型提水泵站数量多，分以汉寿县西湖灌区大型灌区现代化改造为例湖南水利水电 2023 年第 3 期建 设 与 管 理116DOI:10.16052/ki.hnslsd.2023.03.007何贤骏，刘政宏，傅 坤，张 伟，彭 志/针对南方湖区灌区现代化改造及数字化建设的分析与展望布广。这些泵站大多修建于 20 世纪 70 年代，机电设备已严重老化；渠道方面则存在缺少衬砌、淤积垮塌严重等问题；渠道纵坡小、泥沙沉积快，水生植物生长茂盛，阻水严重；排水沟垮塌淤塞严重，水沟两岸边坡均未进行护砌，脱坡、垮塌现象比较严重。3）缺少量测水设施，信息化建设滞后。西湖灌区信息化建设起步较晚，灌区仅于 2019 年农业水价综合改革项目中在试点区渠首和分水口安装了 24 套量测水计量设备，初步构建了灌区量测水监测体系，但只能达到局部节点流量监控及数据统计分析相关功能。精准的量测水覆盖不到总需求的 10%，用水数量统计较为片面，不能满足灌区现代化管理要求。4）水质污染严重，可持续发展问题多。由于西湖灌区河渠兼具蓄水、输水、排水和沿线群众生活用水等多项功能，灌溉回归水和生活污水重新排回渠道，循环使用，导致水体富营养物质丰富，水生物繁殖快，生长茂盛，造成水流不畅，水质交替污染。2西湖灌区进行灌区现代化改造的必要性1）保障国家粮食安全的需要。为确保西湖灌区在湖南省粮食生产中的重要地位，必须对灌区进行现代化改造提升，建立水源可靠、灌排设施完善的工程体系，不断增强灌区水旱灾害防控能力、水资源保障能力和管理服务能力，满足粮食生产适时适量的灌溉要求。2）建设节水型社会的需要。灌区现代化改造可减少灌溉用水的无效消耗，有效节约水资源有利于土壤改良、涵养水源、减少水土流失、增加生态系统的稳定性。节约的水量可部分用于维护生态环境，对保护生态系统、改善水环境具有重要作用。3）推动灌区现代化和数字化管理的需要。通过改造，可实现取水、分水、用水、管水体系的自动化、智能化、主动化、科学化、精细化，配水调度从局部单一对象向多片区多渠道多闸泵联合调度转变，灌区决策方式从人为经验向科学分析转变，全面促进西湖全灌区现代化转型。4）实施乡村振兴战略的需要。通过加快灌区产业融合发展，建设现代农业产业园、农业科技园。实施产业兴村强县行动，推行标准化生产，培育农产品品牌，保护地理标志农产品，不断拓展农民增收的渠道，吸引农民回乡创业，实现乡村振兴。5）助力库区移民后扶和脱贫攻坚的需要。西湖灌区承接了湖南省重大水利工程柘溪水库建设移民 5 万多人，有建档立卡贫困户 4 040 户 11 495 人。虽然灌区的基础设施有了一定的改善，但还存在较多短板，制约了当地农业生产和经济发展，为保障灌区的库区移民和贫困人口增产增收，推进灌区现代化改造势在必行。6）解决工程长效运行问题的需要。通过现代化建设推进灌区水利设施提质达标，改变灌区工程灌溉潜力难以充分释放的现状。确保输水畅通，供水稳定，实行水资源消耗总量和强度双控行动，落实最严格水资源管理制度，是解决工程长效运行效率低的迫切需要。3西湖灌区现代化改造的特色1）西湖内江开展清淤工程，增加调蓄能力。作为西湖灌区的主要灌溉水源之一的西湖内江，由于淤积严重，调蓄能力逐年减少，个别河段已经淤积到了死水位以上，影响调蓄库容的运用，减少了调蓄库容。本次改造完成了西湖内江清淤近400万m3，增加了调蓄库容350万m3，相当于增加了一个小（）型水库的调蓄能力。2）小水源连通互补，增加蓄水效率。西湖灌区作为湖区灌区代表，支流、河汊分布较多，具有蓄水和调蓄的作用。因为支流、河汊的主要作用是排水，所以在灌区改造时，西湖灌区将其列入排水工程进行小水源连通，同时实现灌溉两用的排水、蓄水效率，解决了之前水源广泛存在的“汛期水多”“旱期水少”“水不活”“水脏”的情况。3）加强水源工程生态改造。加强水源工程生态改造，围绕“生态护砌、分类施策”方略，对水源工程进行生态型综合治理。主要措施如下：在村民集居的渠段采用舒布洛克生态砖护砌，由于其有较好的渗水性，可以保持渠岸与水体之间的水分循环，有效抑制藻类的生长，提高渠道水体的自净能力。针对灌排渠，进行连锁预制块护砌，该护砌形式边坡整体稳定性好，坡面的抗剪切应力强，通过植草改善生态环境。过水断面较大的干支渠则采用雷诺、格宾生态网格护砌，较好地实现了工程结构与生态环境的有机结合。4）渠道边坡采用预制波浪桩加固。西湖内江系明清时期的老河道，运行时间已有几百年，多处出现堤身塌陷、滑坡等严重险情，尤其是渠道边坡，在长期的水流侵蚀下，边坡出现掏空垮塌情况。为此，西湖灌区管理局摒弃传统加固思维，针对实际情况，采用了预制混凝土波浪桩。相比传统护坡，波浪桩具备以下优点：经济高效、节约成本、耐久性能突出、造型美观、安装周期短、运用灵活、无需围堰截流、绿色环保零扬尘等。5）推行小型泵站一体化、智能化改造。西湖灌区为典型湖区灌区，主要的灌排手段是依托于各小型泵站。灌区本次改造采用新型智能装配式井筒泵站，该类117何贤骏，刘政宏，傅 坤，张 伟，彭 志/针对南方湖区灌区现代化改造及数字化建设的分析与展望型泵站相比于传统泵站具有明显的优势：投资小，节省投资 40%；工期短，泵站可以预制；不占耕地，泵站整体埋于地下；不担心淤积，进水口有防淤措施；启闭方便、智能化程度高，一键启动，且可升级为远程监测控制功能；维修简便，打开井盖即可取出水泵。6）加强灌区信息化系统建设。西湖灌区信息化建设融合现代先进的信息技术，依据以水定需、量水而行、因水制宜原则，实现灌区智慧预警、智慧调控及智慧决策。西湖灌区信息化建设是在标准规范体系及安全运行维护保障体系框架下按照分层设计的思路进行，构建综合性的灌区综合信息管理平台。如图 1 所示。针对本次西湖灌区现代化数字灌区的要求，西湖灌区重点打造伍家湾现代化灌溉示范区，在示范区内建设有集农业气象监测系统、量测水在线监测系统、自动化闸门远程控制系统、自动化泵站远程控制系统、视频远程监控系统功能于一体的现代化灌区信息化测控系统，建设西湖灌区综合信息管理平台，如图 2 所示。通过建立西湖灌区数字化灌区，可实现取水、分水、用水、管水体系的自动化、智能化、主动化、科学化、精细化，闸泵开闭从人工手动操作向远程自动化控制转变、防灾监管从被动响应向主动决策转变、灌区决策从人为经验向科学分析转变、灌区管理从粗放向精细转变，实现灌区设施监控现代化、管理方式现代化、创新能力现代化，并全面促进西湖全灌区现代化转型。7）深入落实灌区水价改革政策。在本次现代化改造中，西湖灌区围绕远程用水计量数据采集等技术，建立了农业灌溉用水总量控制和限额管理机制，加强农业用水收费管理。加强基层用水户协会建设，建立健全水价形成机制，完善工程建设和管护机制，建立精准补贴和节水奖励机制，强化用水管理机制，建立了完善的农业水权制度。4西湖灌区进行现代化改造的进展和效益1）完善灌排功能，提高灌溉保证率和设施完好率。通过现代化改造，西湖灌区已基本建成为“设施完善、管理科学、用水高效、生态健康、特色明显、环境优美”的现代化灌区。灌溉水源工程已经达到设计要求，保证了有效的灌溉面积6。其中，灌溉保证率达到 90%，骨干灌排设施完好率达到 95%，“两费”落实率达到98%，灌溉水利用系数达到 0.66。2）提高灌区水环境质量，实现生态化灌区。通过灌区生态改造，建立快捷的水源输送和调度体系，完成排水工程的生态化改造；完成田间节水工程配套改造，初步实现了按需灌溉、定量灌溉的高效灌溉方式，有效减少了化肥农药等随着灌溉水回流水源的情况，显著改善了灌区范围内的水体环境，将节约的灌溉水下泄补充生态用水，使水环境得到了改善和提高。3）深化灌区体制机制改革创新，完善工程建设和管护机制。西湖灌区深化灌区体制机制改革创新，按照专管和群管相结合的原则，实行分级管理，明确斗渠以下群众管护主体责任，实现小型水利工程“有人建、有人管、用得上、用得久”的目标。落实灌区管护人员经费和维修养护经费，保障正常的供水成本，推进灌区管理的标准化和规范化管理7。4）推进信息化建设，完善灌区数字化管理水平。西湖灌区信息化系统是以水雨情实时监测、视频监控、自动化控制、供用水管理、防汛预警、水费计收、工程运维、移动应用等为主要功能的灌区综合信息管理平台，图1西湖灌区信息化系统总体逻辑架构图标准与规范体系安全保障体系运行维护体系灌区管理局、乡镇管理站用水户用户层应用层应用支撑层数据资源层基础设施层信息采集层综合信息服务系统（一张图）视频监控系统闸门远控系统防汛预警系统系统管理微信公众号移动应用App配水调度管理系统物联设备管理系统水费计收管理系统工程运维管理系统泵站自动化软件系统西湖灌区综合信息管理平台统一认证服务统一用户管理地理信息服务文件服务存储资源计算资源网络资源水利空间数据库基础信息数据库实时监控数据库用水信息数据库业务数据库数据库雨量水位流量气象墒情工情视频泵站闸门图2西湖灌区综合信息管理平台配水调度管理系统灌区一张图水费计收管理系统巡查养护管理系统防汛预警系统设备运维管理系统闸门远控系统视频监控系统云平台大屏展示平台运维管控系统118湖南省水旱灾害防御事务中心湖南省洞庭湖水利事务中心湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司中国水利水电第八工程局有限公司湖南水利水电职业技术学院湖南省水利水电科学研究院湖南省水文水资源勘测中心湖南省水利工程管理局湖南省水利发展投资有限公司湖南百舸水利建设股份有限公司湖南省双牌水力发电有限公司湖南省酒埠江水力发电有限公司湖南省欧阳海灌区水利水电工程管理局湖南水利水电工程监理有限公司湖南省水务规划设计院有限公司湖南宏禹工程集团有限公司湖南省水利水电施工有限公司湖南涔天河工程建设投资有限责任公司郴州市水利局湘潭市水利局长沙水文水资源勘测中心邵阳水文水资源勘测中心益阳水文水资源勘测中心娄底水文水资源勘测中心怀化水文水资源勘测中心株洲市水利水电勘测设计院湘潭市水利水电勘测设计院娄底市水利水电勘测设计院常德市水利水电勘测设计院岳阳市水利水电勘测设计院永州市水利水电勘测设计院邵阳市水利水电勘测设计院益阳市水利水电勘测设计院怀化市水利电力设计研究院宁乡市水利水电勘测设计院吉首市水利水电勘测设计院平江县水利水电勘测设计院岳阳县水利水电勘测设计院华容县水利水电建筑设计院新化县水利局石门县水利局华容县水利局岳阳县水利局安乡县水利局蓝山县水利局湖南省洞庭水利水电建设公司长沙市黄材水库灌区管理局邵阳市水利水电工程公司湖南德江监理有限公司长沙市望城区水利水电勘测设计室湖南华纬水电工程有限公司湖南省联宏水利科技有限公司常宁市宏源水利水电工程建设有限公司湖南湘水工程建设咨询股份有限公司湖南省光辉监理有限公司桃花江灌区管理局娄底市水利水电工程建设有限责任公司怀化市水利电力咨询监理有限公司长沙市开福区源水图文策划工作室汉寿县岩马灌区管理局新晃县狮子岩水电站（排名不分先后）学术支持单位何贤骏，刘政宏，傅 坤，张 伟，彭 志/针对南方湖区灌区现代化改造及数字化建设的分析与展望促进灌区用水管理工作由被动向主动转变、信息记录工作由手动向自动转变、闸泵控制与调度由传统向现代转变，提高灌区信息化、现代化及智慧化水平。5结语随着社会经济的发展和转型，农业人口的相对减少，灌区的自身发展也进入到新的阶段。如何推动灌区现代化的发展，破解制约灌区自身发展的瓶颈，全面建成“高效节水、设施完善、管理科学、生态良好”的现代化灌区，将会是接下来灌区建设的核心工作。灌区现代化的建设是全方位、多方面的系统性工作。在改造前后，一定要对灌区的特点有充分的认识，量身定制适合本灌区发展的可行性方案。同时兼顾基础设施、水资源利用、信息化管理、生态环境、经济效益等方面，在全局层面进行统筹。灌区现代化建设一定要站在可持续发展的高度，站在灌区为粮食安全战略保障和支撑地位角度，从灌区实际需求出发，因地制宜，量力而行，差别化落实，才能做好现代化灌区建设工作。参考文献：1吴军虎，朱端端，刘业伟，等.改进密切值法的灌区运行状况综合评价J.排灌机械工程学报，2016，34（10）：883-888.2王超，王沛芳，侯俊，等.生态节水型灌区建设的主要内容与关键技术J.水资源保护，2015，31（6）：1-7.3王修贵，张绍强，刘丽艳，等.现代灌区的特征与建设重点J.中国农村水利水电，2016（8）：6-9.4苟万里，杨路华，许欣然，等.改进共原点灰色聚类评价方法在灌区节水改造中的应用J.排灌机械工程学报，2018，36（11）：1147-1151.5康绍忠加快推进灌区现代化改造补齐国家粮食安全短板J.中国水利，2020（9）：6-7.6吕纯波.关于现代生态灌区发展方向的思考J.水利科学与寒区工程，2018，6（1）：125-129.7郭伟.湘西自治州酉水灌区现代改造思路J.湖南水利水电，2021（2）：113-115.119