針對南方湖區灌區現代化改造及數字化建設的分析與展望
——以漢壽縣西湖灌區大型灌區現代化改造為例

何賢駿，劉政宏，傅 坤，張 偉，彭 志

（漢壽縣西湖灌區管理局，湖南 常德 415900）

灌區是保障國家糧食安全的重要基礎設施，尤其是大型灌區，在當今社會經濟發展以及農業產業發展中起著舉足輕重的作用，有效保障了全國的糧食安全。近年來，水利部堅決落實黨中央、國務院關于國家糧食安全戰略部署和大中型灌區改造建設要求，重點改造農田水利設施基礎相對薄弱灌區，對工程標準低、配套不完善、老化失修嚴重、輸配水能力不足的灌區進行配套完善和現代化改造，利用先進技術與設備建設灌排工程，采用現代制度與先進手段增強管理能力，打造和社會發展相適應的基礎設施完善、管理制度先進、生態環境和諧、安全保障長效、灌溉用水高效的現代化灌區［1～5］。

西湖灌區為解決農業發展的后顧之憂，更好地適應鄉村振興戰略，筑牢國家糧食安全的根基，明確將實施大中型灌區續建配套與現代化改造作為一項重要任務，積極探索適合南方湖區灌區的現代化改造方向，并于2021 年全面開展大型灌區的現代化改造工作。針對灌區的特點，從水源工程、泵站工程、輸配水工程、田間工程、信息化建設等全領域，對西湖灌區存在的短板進行補充完善，提升灌區的現代化管理手段和生產效率。

1 改造前西湖灌區的基本概況

1）缺乏系統性規劃和穩定的投資渠道。西湖灌區始建于1954 年，在2011 年全國第一次水利普查時新增為大型灌區。灌區沒有進行過系統性規劃，缺乏一個長期指導灌區建設的依據，因而也就沒有獲得2000 年以來國家對大型灌區持續穩定的投資支持，工程建設不能作系統性安排，整合資金困難，逐漸拉大了與其他大型灌區之間的差距。

2）灌區工程設施存在明顯短板。西湖灌區是一個以提水灌溉為主的大型灌區，小型提水泵站數量多，分布廣。這些泵站大多修建于20 世紀70 年代，機電設備已嚴重老化；渠道方面則存在缺少襯砌、淤積垮塌嚴重等問題；渠道縱坡小、泥沙沉積快，水生植物生長茂盛，阻水嚴重；排水溝垮塌淤塞嚴重，水溝兩岸邊坡均未進行護砌，脫坡、垮塌現象比較嚴重。

3）缺少量測水設施，信息化建設滯后。西湖灌區信息化建設起步較晚，灌區僅于2019 年農業水價綜合改革項目中在試點區渠首和分水口安裝了24 套量測水計量設備，初步構建了灌區量測水監測體系，但只能達到局部節點流量監控及數據統計分析相關功能。精準的量測水覆蓋不到總需求的10%，用水數量統計較為片面，不能滿足灌區現代化管理要求。

4）水質污染嚴重，可持續發展問題多。由于西湖灌區河渠兼具蓄水、輸水、排水和沿線群眾生活用水等多項功能，灌溉回歸水和生活污水重新排回渠道，循環使用，導致水體富營養物質豐富，水生物繁殖快，生長茂盛，造成水流不暢，水質交替污染。

2 西湖灌區進行灌區現代化改造的必要性

1）保障國家糧食安全的需要。為確保西湖灌區在湖南省糧食生產中的重要地位，必須對灌區進行現代化改造提升，建立水源可靠、灌排設施完善的工程體系，不斷增強灌區水旱災害防控能力、水資源保障能力和管理服務能力，滿足糧食生產適時適量的灌溉要求。

2）建設節水型社會的需要。灌區現代化改造可減少灌溉用水的無效消耗，有效節約水資源有利于土壤改良、涵養水源、減少水土流失、增加生態系統的穩定性。節約的水量可部分用于維護生態環境，對保護生態系統、改善水環境具有重要作用。

3）推動灌區現代化和數字化管理的需要。通過改造，可實現取水、分水、用水、管水體系的自動化、智能化、主動化、科學化、精細化，配水調度從局部單一對象向多片區多渠道多閘泵聯合調度轉變，灌區決策方式從人為經驗向科學分析轉變，全面促進西湖全灌區現代化轉型。

4）實施鄉村振興戰略的需要。通過加快灌區產業融合發展，建設現代農業產業園、農業科技園。實施產業興村強縣行動，推行標準化生產，培育農產品品牌，保護地理標志農產品，不斷拓展農民增收的渠道，吸引農民回鄉創業，實現鄉村振興。

5）助力庫區移民后扶和脫貧攻堅的需要。西湖灌區承接了湖南省重大水利工程柘溪水庫建設移民5 萬多人，有建檔立卡貧困戶4 040 戶11 495 人。雖然灌區的基礎設施有了一定的改善，但還存在較多短板，制約了當地農業生產和經濟發展，為保障灌區的庫區移民和貧困人口增產增收，推進灌區現代化改造勢在必行。

6）解決工程長效運行問題的需要。通過現代化建設推進灌區水利設施提質達標，改變灌區工程灌溉潛力難以充分釋放的現狀。確保輸水暢通，供水穩定，實行水資源消耗總量和強度雙控行動，落實最嚴格水資源管理制度，是解決工程長效運行效率低的迫切需要。

3 西湖灌區現代化改造的特色

1）西湖內江開展清淤工程，增加調蓄能力。作為西湖灌區的主要灌溉水源之一的西湖內江，由于淤積嚴重，調蓄能力逐年減少，個別河段已經淤積到了死水位以上，影響調蓄庫容的運用，減少了調蓄庫容。本次改造完成了西湖內江清淤近400 萬m3，增加了調蓄庫容350 萬m3，相當于增加了一個?。á瘢┬退畮斓恼{蓄能力。

2）小水源連通互補，增加蓄水效率。西湖灌區作為湖區灌區代表，支流、河汊分布較多，具有蓄水和調蓄的作用。因為支流、河汊的主要作用是排水，所以在灌區改造時，西湖灌區將其列入排水工程進行小水源連通，同時實現灌溉兩用的排水、蓄水效率，解決了之前水源廣泛存在的“汛期水多”“旱期水少”“水不活”“水臟”的情況。

3）加強水源工程生態改造。加強水源工程生態改造，圍繞“生態護砌、分類施策”方略，對水源工程進行生態型綜合治理。主要措施如下：

在村民集居的渠段采用舒布洛克生態磚護砌，由于其有較好的滲水性，可以保持渠岸與水體之間的水分循環，有效抑制藻類的生長，提高渠道水體的自凈能力。針對灌排渠，進行連鎖預制塊護砌，該護砌形式邊坡整體穩定性好，坡面的抗剪切應力強，通過植草改善生態環境。過水斷面較大的干支渠則采用雷諾、格賓生態網格護砌，較好地實現了工程結構與生態環境的有機結合。

4）渠道邊坡采用預制波浪樁加固。西湖內江系明清時期的老河道，運行時間已有幾百年，多處出現堤身塌陷、滑坡等嚴重險情，尤其是渠道邊坡，在長期的水流侵蝕下，邊坡出現掏空垮塌情況。為此，西湖灌區管理局摒棄傳統加固思維，針對實際情況，采用了預制混凝土波浪樁。相比傳統護坡，波浪樁具備以下優點：經濟高效、節約成本、耐久性能突出、造型美觀、安裝周期短、運用靈活、無需圍堰截流、綠色環保零揚塵等。

5）推行小型泵站一體化、智能化改造。西湖灌區為典型湖區灌區，主要的灌排手段是依托于各小型泵站。灌區本次改造采用新型智能裝配式井筒泵站，該類型泵站相比于傳統泵站具有明顯的優勢：投資小，節省投資40%；工期短，泵站可以預制；不占耕地，泵站整體埋于地下；不擔心淤積，進水口有防淤措施；啟閉方便、智能化程度高，一鍵啟動，且可升級為遠程監測控制功能；維修簡便，打開井蓋即可取出水泵。

6）加強灌區信息化系統建設。西湖灌區信息化建設融合現代先進的信息技術，依據以水定需、量水而行、因水制宜原則，實現灌區智慧預警、智慧調控及智慧決策。西湖灌區信息化建設是在標準規范體系及安全運行維護保障體系框架下按照分層設計的思路進行，構建綜合性的灌區綜合信息管理平臺。如圖1 所示。

圖1 西湖灌區信息化系統總體邏輯架構圖

針對本次西湖灌區現代化數字灌區的要求，西湖灌區重點打造伍家灣現代化灌溉示范區，在示范區內建設有集農業氣象監測系統、量測水在線監測系統、自動化閘門遠程控制系統、自動化泵站遠程控制系統、視頻遠程監控系統功能于一體的現代化灌區信息化測控系統，建設西湖灌區綜合信息管理平臺，如圖2 所示。

圖2 西湖灌區綜合信息管理平臺

通過建立西湖灌區數字化灌區，可實現取水、分水、用水、管水體系的自動化、智能化、主動化、科學化、精細化，閘泵開閉從人工手動操作向遠程自動化控制轉變、防災監管從被動響應向主動決策轉變、灌區決策從人為經驗向科學分析轉變、灌區管理從粗放向精細轉變，實現灌區設施監控現代化、管理方式現代化、創新能力現代化，并全面促進西湖全灌區現代化轉型。

7）深入落實灌區水價改革政策。在本次現代化改造中，西湖灌區圍繞遠程用水計量數據采集等技術，建立了農業灌溉用水總量控制和限額管理機制，加強農業用水收費管理。加強基層用水戶協會建設，建立健全水價形成機制，完善工程建設和管護機制，建立精準補貼和節水獎勵機制，強化用水管理機制，建立了完善的農業水權制度。

4 西湖灌區進行現代化改造的進展和效益

1）完善灌排功能，提高灌溉保證率和設施完好率。通過現代化改造，西湖灌區已基本建成為“設施完善、管理科學、用水高效、生態健康、特色明顯、環境優美”的現代化灌區。灌溉水源工程已經達到設計要求，保證了有效的灌溉面積[6]。其中，灌溉保證率達到90%，骨干灌排設施完好率達到95%，“兩費”落實率達到98%，灌溉水利用系數達到0.66。

2） 提高灌區水環境質量，實現生態化灌區。通過灌區生態改造，建立快捷的水源輸送和調度體系，完成排水工程的生態化改造；完成田間節水工程配套改造，初步實現了按需灌溉、定量灌溉的高效灌溉方式，有效減少了化肥農藥等隨著灌溉水回流水源的情況，顯著改善了灌區范圍內的水體環境，將節約的灌溉水下泄補充生態用水，使水環境得到了改善和提高。

3）深化灌區體制機制改革創新，完善工程建設和管護機制。西湖灌區深化灌區體制機制改革創新，按照專管和群管相結合的原則，實行分級管理，明確斗渠以下群眾管護主體責任，實現小型水利工程“有人建、有人管、用得上、用得久”的目標。落實灌區管護人員經費和維修養護經費，保障正常的供水成本，推進灌區管理的標準化和規范化管理[7]。

4）推進信息化建設，完善灌區數字化管理水平。西湖灌區信息化系統是以水雨情實時監測、視頻監控、自動化控制、供用水管理、防汛預警、水費計收、工程運維、移動應用等為主要功能的灌區綜合信息管理平臺，促進灌區用水管理工作由被動向主動轉變、信息記錄工作由手動向自動轉變、閘泵控制與調度由傳統向現代轉變，提高灌區信息化、現代化及智慧化水平。

5 結 語

隨著社會經濟的發展和轉型，農業人口的相對減少，灌區的自身發展也進入到新的階段。如何推動灌區現代化的發展，破解制約灌區自身發展的瓶頸，全面建成“高效節水、設施完善、管理科學、生態良好”的現代化灌區，將會是接下來灌區建設的核心工作。灌區現代化的建設是全方位、多方面的系統性工作。在改造前后，一定要對灌區的特點有充分的認識，量身定制適合本灌區發展的可行性方案。同時兼顧基礎設施、水資源利用、信息化管理、生態環境、經濟效益等方面，在全局層面進行統籌。灌區現代化建設一定要站在可持續發展的高度，站在灌區為糧食安全戰略保障和支撐地位角度，從灌區實際需求出發，因地制宜，量力而行，差別化落實，才能做好現代化灌區建設工作。