背景与目标
当前我国已进入现代化建设的新阶段，在实现“两个一百年”奋斗目标交汇之际，党的十九大就国家现代化建设作出部署，明确了从2020年到本世纪中叶分两个阶段全面建设现代化国家的新的奋斗目标。第一个阶段，从2020到2035年，在全面建成小康社会的基础上，再奋斗十五年，基本实现现代化；第二个阶段，从2035年到2050，在基本实现现代化的基础上，再奋斗十五年，把我国建成富强、文明、和谐、美丽的现代化强国。
灌区现代化建设是国家现代化建设的重要组成部分，目前，我国灌区正面临如下变化：
1.随着我国城镇化率提升农村劳动力老龄化、劳动力短缺，2021年5月11日公布的第七次全国人口普查结果，过去10年间我国城镇人口比重上升14.21个百分点，我国城镇化率达到63.89%，过去10年有1亿多人从农村流向城镇，到2028年城镇化率可望达到70%。农村人口减少和老龄化将促进信息化、智慧化和自动化技术在农业生产中的应用，将大大提振乡村经济发展。
2.我国农业正在向规模化现代农业方向发展，规模化和现代化农业对灌溉供水保证率和服务水平会提出更高要求。为了适应种植结构的调整和农户在需水上的变化，需要进一步提高灌区供水的灵活性和服务水平，推进灌区的现代化建设进程。
3.大型灌区用水户及功能和价值在不断拓展延伸，大型灌区从最初建设时期仅为农业灌溉供水发展到既为农业灌溉供水，也为城镇生活供水、工业供水和生态供水等多功能供水服务，对供水的保证率和水量水质提出了更高的要求。
4.随着我国现代化发展进程的加快，信息化、智能化和自动化技术正在各个行业得以快速应用，大大提高了对工程设施和资源的精准管理和利用水平。目前，灌区现代化管理建设相对落后，灌区管理也需要从依靠人工管理向机械化、信息化、智能化和自动化管理方向发展。
针对大型灌区存在的以上问题和面临的变化环境，需要通过灌区续建配套与现代化改造，解决存在的问题进一步改造完善工程设施、提升管理能力和水平，为农业灌溉和其他用水户提供安全、可靠、高效、灵活、公平和可持续的供水服务。
现代化改造方法
灌区现代化改造方案的制定要统一规划、整体集成、精细设计、分步实施。首先要对灌区的状况进行全面系统的评估，对反映灌区水土资源状况、工程状况、灌溉效率效益情况、灌区管理及生态环境状况的综合指标和反映灌区内部管理服务水平、灌排渠系和建筑物等硬件设施状况的细部指标进行全面调查评估，提出灌区在资源配置、工程设施、管理技术、管理体制机制、安全运行、供水能力、生态环境等方面存在的问题，特别是要对灌排系统供水排水能力和关键问题进行系统分析。
在对灌区状况进行调查评估的基础上，全面展望灌区所服务的区域农业、城镇生活、工业发展和生态环境保护对水的需求，以灌区现代化改造要实现的目标为导向，有针对性地制定灌区现代化改造整体规划方案，包括水资源配置、骨干工程改造、田间工程改造及管理单元合理划分、管理体制机制改革、管理能力提升、数字化智慧灌区建设、生态环境建设与保护、灌溉遗产保护与利用等方面。
灌区现代化改造不是简单的工程设施改造，而是在整体规划方案的基础上，综合选择应用适宜的工程、技术和管理措施，特别是要注重工程措施与现代化管理技术和模式之间的结合和相互促进作用，把输配水网与信息网和服务网三网紧密融合，加强水利专业技术与信息化专业技术相结合。
进一步改造完善灌区骨干输配水系统、进一步改造改善控制建筑物及设备、建设完善水量计。
智慧灌区技术
灌区是由取引水枢纽、输配水渠系、节制闸及分水闸、调节水库等建筑物构成的供水系统和种植的作物组成的复杂大系统。
依靠传统的人工经验管理方式难以对灌区工程系统进行安全、及时、高效、精准和经济的运行管理，也难以实现水资源的优化配置和高效利用。灌区农业现代化以及多功能、多用途发展对供水服务提出了更高的要求，这就迫切需要通过应用信息化、数字化、智能化和自动化技术提升灌区管理能力和水平。同时，随着物联网、大数据、云计算、人工智能等新兴信息技术的迅速发展和深入应用，全国水利信息化建设亦进入了全方位、多层次发展的新阶段，为数字灌区、智慧灌区的建设奠定了基础。
要按照“需求牵引、应用至上”的要求，规划设计数字灌区智慧灌区建设，加快灌区计量设施、智慧决策系统、闸门自动化监控系统、信息化管理系统建设进程。实现灌区管理由依靠人工经验向数字化、智慧化管理的转变，对于灌区灌溉、抗旱和防洪由事中事后被动应对向事前主动预测、预报、预警和预案转变，实现灌区管理智慧化科学决策和优化运行调度。
数字灌区智慧灌区主要规划建设内容应当包括如下方面：
1.提升物联感知能力
扩大灌区渠系、水利工程设施的监测范围，提升水利管理活动的动态感知能力；积极推进灌区水位、流量、降雨、水质等水情、工情和水事等前端物联感知能力建设。
2.提升远程监控能力
提升灌区控水设备设施自动化程度和远程控制水平。根据“无人值班，少人值守”的原则，面向灌区闸门、泵站、分水洞等工程设施，按照智能调水与人工远程调水相结合的方式，进行灌区控水工程的远程控制改造。
3.提升灌区网络系统
在现有网络基础上，逐渐完善灌区水利数据中心网，优化功能分区及网络架构，扩展覆盖范围、扩充带宽，形成覆盖都江堰灌区及各管理处的水利信息业务网。
4.开发应用灌区管理“智慧大脑”
在感知到的和其他相关数据资源的基础上，基于对供水和需水动态变化的预测分析，开发应用数字灌区和智慧灌区管理系统，为灌区工程设施运行调度提供数字化、智能化组件、算力、算法等支撑。构建灌区水利模型和算法模型库，研究应用深度挖掘、智能学习等技术，建设可扩展的云端超算能力，提高灌区数据处理分析及业务应用能力，为灌区实现水资源优化配置管理及防汛抗旱预测、预报、预警和预案提供技术保障。根据灌区的渠系、闸门等硬件设施的特性，以及灌区水量供需平衡情况和预报数据，对渠系输配水过程的模拟和优化，提供最佳输配水方案，为工程设施优化运行调度提供决策支持。
5.开发应用灌区管理决策支持和自动化监控管理系统
灌区改造的最终目标是实现高效用水和资源的可持续利用，灌区工程能力的提升仅仅是为其提供了基础条件，而要真正实现高效用水、提高灌区服务水平，还必须要有科学的决策。
灌区作为一个综合的服务系统，具有工程的分散性、农作物需水的时效性、灌溉供水的动态性、渠道输水的时滞性等方面的特点，导致了灌区水高效管理的复杂性，故其运行调度决策系统需要将作物科学、管理学、计算机科学、计算水力学及控制论等学科相融合，通过构建基于多学科的灌区运行决策系统，实现灌区的多目标调度及现代化运行管理。
根据灌区的渠系、闸门等硬件设施的特性，以及灌区水量供需平衡情况和预报数据，进行渠系输配水过程的模拟和优化，提供最佳输配水方案，为优化运行调度提供决策支持，实现对闸门等控制建筑物的自动化运行监控管理。
国外技术介绍
美国灌区自动化管理理论与技术
灌区输配水渠道主要依据最大过流量设计，在工程建成投入运行后，必须依据供需水情况对输配水渠道进行灵活调度。在保证工程设施安全运行的情况下，最大程度地满足各个用水户的用水需求，最大程度地提高灌溉用水效率和效益。1971年美国垦务局组建了渠道自动化跨学科综合研究小组，渠道自动化控制技术已在美国获得普及应用，灌区管理人员在0.6人/万亩以下，近年来信息化、智能化技术的应用进一步提升了渠道自动化管理技术。
澳大利亚灌区渠道控制管理先进技术
2000年以来，为了解决水资源短缺和配置公平及效率问题，澳大利亚实施了流域水资源统一管理，系统开展了水资源高效利用和配置研究。在灌区用水管理方面，澳大利亚RUBICON公司研究形成了全渠道控制系统，在渠道测控一体化技术和管理软件研究和应用方面取得了突破性进展，取得了良好的应用效果。
