智慧水利系统在灌区水资源优化配置中的应用

引言

水资源是人类生存和社会发展的重要基础，在灌区，水资源的合理配置直接关系到农业生产的稳定和生态环境的平衡。彭阳县多年平均水资源总量为 5148 万 m³/a ，其中地表水资源量和地下水资源量情况复杂，存在重复计算量。这使得该流域灌区的水资源管理面临诸多挑战，传统的水利管理方式难以满足精准、高效配置水资源的需求。智慧水利系统的出现为解决这些问题提供了新的途径，它利用现代信息技术实现对水资源的实时监测、科学分析和精准调控，对于灌区水资源的优化配置具有重要的现实意义。

一、智慧水利系统概述

1. 智慧水利系统的概念

智慧水利系统是将物联网、大数据、云计算、人工智能等先进技术与水利业务深度融合的综合管理系统。它通过在水利设施和水资源环境中部署大量的传感器，实时采集水位、流量、水质等各种数据，并将这些数据传输到数据中心进行分析处理。在灌溉渠道关键位置安装测控一体机，能够实时掌握该渠道水量，为水资源的管理和决策提供准确的数据支持。

2. 智慧水利系统的功能

智慧水利系统具有多种功能。一是实时监测功能，能够对水资源的数量、质量和分布情况进行全方位、实时的监测。在茹河流域，通过传感器可以实时监测地表水资源的流量和水位变化，以及地下水资源的水位和水质状况。二是数据分析功能，对采集到的大量数据进行深度分析，挖掘数据背后的规律和趋势。例如，通过分析茹河流域多年的水资源数据，可以预测不同季节、不同年份的水资源供需情况。三是精准调控功能，根据数据分析结果，对水利设施进行精准控制，实现水资源的优化配置。在茹河灌区，可以根据农作物的需水情况，精准调节灌溉水量和灌溉时间。

3. 智慧水利系统的优势

与传统水利系统相比，智慧水利系统具有明显的优势。它提高了水资源管理的效率和精准度，减少了人工操作的误差；智慧水利系统可以实时获取数据，及时做出决策和调整；智慧水利系统还能够实现水资源的动态管理，根据实际情况灵活调整水资源的分配方案，提高水资源的利用效率，保障灌区的用水安全。

二、灌区水资源优化配置的现状与问题

1. 灌区水资源的特点

彭阳县属典型大陆性季风气候，降水主要在6——9 月份。作物生长期降雨量偏少，水资源较为短缺，严重制约农业发展。水资源分布不均衡，需进一步开发；农业灌溉用水效率不高，节水技术推广进展缓慢，配套的测控一体化控制闸门测量精度息化管理水平较低。

2. 传统水资源配置方式的局限性

传统的水资源配置方式主要依靠经验和简单的计算方法，缺乏科学性和精准性。在茹河流域，以往的灌区水资源配置往往是根据历史数据和大致的用水需求进行分配，没有充分考虑到水资源的实时变化和农作物的实际需水情况。这种方式容易导致水资源的浪费和不合理分配，在水资源短缺的季节，可能无法满足灌区的用水需求，影响农业生产。传统的配置方式难以应对突发的水资源变化情况，如暴雨、干旱等自然灾害。

3. 灌区水资源优化配置面临的挑战

灌区水资源优化配置面临着诸多挑战。水资源总量有限，随着人口增长和经济发展，灌区的用水需求不断增加，水资源供需矛盾日益突出。在彭阳县茹河流域，农业灌溉用水占比较大，而水资源总量相对固定，如何在有限的水资源条件下满足灌区的用水需求是一个重要问题。水资源的管理和协调难度较大，涉及到多个部门和利益主体，如水利部门、农业部门、环保部门等，各部门之间的信息共享和协同合作存在一定困难，影响了水资源优化配置的效果。

三、智慧水利系统在灌区水资源优化配置中的应用

1. 实时监测与数据采集

智慧水利系统在灌区水资源优化配置中的首要应用是实时监测与数据采集。在彭阳县茹河流域，通过在河流、水库、水井等水源地以及灌溉渠道、农田等用水区域安装各种传感器，能够实时获取水资源的相关数据。例如，水位传感器可以实时监测河流和水库的水位变化，流量传感器可以测量水流的流量，水质传感器可以检测水质的各项指标。这些数据通过无线通信技术传输到数据中心，为后续的数据分析和决策提供基础。通过实时监测，能够及时发现水资源的异常变化情况，如水位突然下降、水质恶化等，以便采取相应的措施进行处理。

2. 数据分析与决策支持

智慧水利系统可以对采集到的大量数据进行深入分析，为灌区水资源优化配置提供决策支持。利用大数据分析和人工智能算法，对茹河流域的水资源数据进行挖掘和分析，能够预测不同时间段的水资源供需情况。例如，根据历史数据和气象预报信息，预测未来一周或一个月内灌区的用水需求和水资源供给量。通过分析农作物的生长周期和需水规律，结合土壤湿度、气象条件等因素，制定科学合理的灌溉方案。

3. 精准调控与优化配置

基于数据分析和决策支持，智慧水利系统可以实现对灌区水资源的精准调控和优化配置。在彭阳县茹河流域的灌区，通过远程控制技术，能够对灌溉渠道的闸门、水泵等水利设施进行实时控制。根据农作物的需水情况和水资源的供给情况，精准调节灌溉水量和灌溉时间。例如，当某一区域的农作物需要灌溉时，系统可以自动打开相应的闸门，按照预设的水量和时间进行灌溉，避免水资源的浪费。

4 水量平衡与水权上市交易

智慧水利系统将彭阳县灌溉用水量与自治区“四水四定”管控方案分配的农业、生态取水总量控制指标进行对比，开展水量平衡分析。当农业、生态取水总量低于“四水四定”管控方案分配的农业、生态取水总量时，剩余水量用于水量调度管理或政府收储；当农业、生态取水总量超过“四水四定”管控方案分配的农业、生态取水总量时，采取种植结调整、灌溉面积压减等措施，确保全县的用水量之和小于等于彭阳县取水总量指标。

智慧水利系统在灌区水资源优化配置中具有不可替代的作用。通过实时监测、数据分析和精准调控等功能，智慧水利系统能够有效解决传统水资源配置方式存在的问题，提高灌区水资源的利用效率和管理水平。然而，智慧水利系统的应用还面临一些挑战，如技术成本较高、数据安全保障等问题。未来，需要进一步加大对智慧水利系统的研发和投入，完善相关技术和标准。要加强对智慧水利系统应用的宣传和培训，提高管理人员操作能力。

参考文献：

[1]陈海牛.基于智慧水利的水资源数据融合与价值提升[J].河南水利与南水北 调,2023,52(07):118-119.

[2]权成林.水利智能信息化技术在灌区节水灌溉工程中的应用[J].智慧中国,2023,(05):85-86.

[3] 罗朝传, 代伟嵩, 肖熊, 等. 智慧灌区管理系统的设计与实现[J]. 四川水利,2019,40(06):133-137+150.