某水务集团如何通过灌区信息化实现降本增效

一、项目背景：水资源约束下的灌区管理转型

该灌区位于黄河下游冲积平原，是区域内重要的粮食生产基地，主要作物为冬小麦和夏玉米。灌区年可引黄水量约为1.2亿立方米，农业用水占区域用水总量八成以上。随着地下水超采治理、用水总量控制和农业水价综合改革推进，灌区长期依赖的粗放配水方式面临压力。改造前，灌区年农业灌溉用水量约0.90亿立方米，亩均用水量约280立方米，部分渠段在春灌和夏灌高峰期仍需排队报闸，用水效率与用水公平性均有提升空间。

项目立项前，管理处曾组织两轮摸底调查。调查覆盖18个行政村、32个用水小组和210个主要斗口，回收有效问卷1260份。结果显示：

• 约63%的农户仍习惯按时间灌溉而非按作物需水灌溉；
• 约57%的用水户反映配水信息不透明；
• 约41%的纠纷与闸口水量不准、报闸不及时有关。

管理处原有人工巡渠人员18名，汛期和灌溉高峰期日均巡渠时间约6小时，但主要依靠肉眼观察水位、皮尺量测和口头报闸，难以形成稳定数据资产。基于此，项目提出“计量到斗口、控制到闸门、服务到农户、数据到平台”的建设目标。

二、建设基础：从人工巡渠到数据感知的起点

工程实施前，灌区渠系衬砌率约为72%，干渠和重要支渠具备一定控制能力，但斗口以下末级渠系普遍存在渗漏、淤积和断面变形问题。渠系水利用系数约为0.58，田间水利用系数约为0.80，灌溉水有效利用系数约为0.52。传统量水方式以人工水位观测和经验估算为主，数据记录不完整，水费收缴与用水统计之间缺少闭环校验。管理处虽已建设少量视频监控和闸门开度监测点，但系统分散、协议不统一，难以支撑配水调度和运行维护。

该项目总投资约7600万元，其中量测水与信息化设备投入约5300万元，渠道配套改造、供电通信及土建投入约2300万元。建设范围包括渠首引水口、28处干渠控制断面、64处支渠分水口、210处斗口计量点，以及灌区管理处数据中心、配水调度平台和农户服务终端。项目并非单纯安装设备，而是将量测水、闸门控制、水权分配、灌溉服务、运维管理和水费收缴纳入同一工程体系，为后续智能灌溉调度提供基础条件。

三、技术难点：明渠计量、通信供电与模型适配

智能灌溉模型的本地化适配同样存在难度。小麦和玉米在不同生育期对土壤水分响应不同，直接套用通用作物需水模型会导致灌溉阈值偏差。项目团队结合灌区气象站、土壤墒情站和田间试验，建立小麦—玉米轮作灌溉制度。例如，小麦返青期适宜土壤含水率控制在18%至22%，拔节期提高至20%至24%。平台通过ET0蒸散发计算、墒情反馈和闸门开度联动，形成面向不同轮灌组的灌溉建议。

四、解决方案：感知、平台与调度闭环

项目形成“感知层—传输层—平台层—应用层”四层架构。感知层包括渠首流量计、水位流量监测设备、闸门开度计、斗口电动闸、土壤墒情站等。应用层包括配水计划、闸门控制、量测水统计、灌溉服务等模块。平台以GIS一张图为底座，将渠道、建筑物、用水户、水权和实时数据关联，实现从渠首到斗口的过程可视化。

在智能灌溉方面，平台将配水计划、闸门开度和田间墒情数据联动。现场电动闸接收指令后，远程指令响应时间平均15秒以内。遇到设备离线、流量异常等情况，系统在一分钟内向运维人员和管理人员推送告警。

五、实施过程：勘测、率定、联调与培训

项目于2022年10月完成可行性研究和初步设计，2023年3月正式开工。经过现场勘测、设备安装和系统联调，2023年9月至10月进入试运行。试运行期间，数据完整率达到99.4%，闸门远程控制成功率达到98.7%。2024年3月至5月春灌期间，系统完成首轮配水闭环验证，涉及12个轮灌组、86处斗口和约11.6万亩灌溉面积。2024年6月，项目通过验收。

培训与推广是关键环节。项目累计组织培训32场，参与人数1260人次。农户端主要通过微信小程序和村级公告屏查询报闸状态、灌溉进度和用水明细。系统上线后，农户报闸平均耗时由原来的约3天缩短至2小时以内，减少了重复沟通成本。

六、最终效果：节水、增效与用水管理改善

从2024年夏灌复核数据看，灌区农业灌溉用水量由改造前约0.90亿立方米降至约0.67亿立方米，节水量约0.23亿立方米，节水率约25%。这一变化与渠道衬砌率由72%提升至86%、斗口计量和闸门控制闭环共同相关。

管理效率也出现明显改善。管理处人工巡渠人员由18人减少至11人，日均巡渠时间由约6小时降至2.5小时。年运维成本由约420万元降至约345万元，下降约17.8%。经济效益方面，亩均灌溉水费及相关用水成本由约68元降至约52元，农户实际用水成本下降约23%。以32万亩灌溉面积测算，年度用水成本减少约512万元。

七、案例启示：量测水与智能灌溉如何形成协同

灌区信息化不能停留在“装设备、看数据”层面，而应将量测水、闸门控制、配水计划和用水服务形成闭环。

量测水是基础，没有斗口以上稳定计量，智能灌溉容易失去执行依据；智能调度是手段，若不能将数据转化为配水指令和农户行动，信息化系统仍会回到报表层面。项目通过“计量—控制—反馈—修正”机制，使管理处能够根据上游来水、渠道水位、土壤墒情和农户报闸需求进行动态配水。

另一个启示是节水效果来自管理协同。灌区将计量数据与水价改革、用水户协会管理结合起来，使农户从“按面积分摊”转向“按量计量、按方收费”。当用水户能够看到斗口流量、累计用水量和费用明细时，主动控制灌溉时长的意愿明显增强。2024年夏灌期间，示范片区农户平均报闸时长较改造前缩短约35%。

八、后续展望：从信息化灌区迈向智慧灌区

下一阶段，该灌区计划围绕数字孪生灌区、需水预测、遥感监测和老旧设备更新继续提升。管理处拟在2025年至2027年间完善干渠和重要支渠三维模型，接入无人机巡渠、卫星遥感蒸散发估算和地下水位监测数据，形成更精细的作物需水预测能力。

目标是将灌溉水有效利用系数提升至0.65，亩均用水量控制在190立方米左右，并将计量服务向末级渠系和田块延伸，力争田块级计量覆盖率达到60%以上。从行业实践看，灌区信息化正从单点监测走向全过程管理，从水量统计走向智慧决策。