基于水資源平臺的農業用水監測體系設計與實現

王元珠 李靜芳 朱晨軼 （上海市防汛信息中心，上海市長寧區 200050）

依據水資源的主要用途，我國總用水量可分為農業用水量、工業用水量和生活用水量三部分。目前全國總用水量約為5.5×1011m3，灌溉用水量約為3.6×1011m3，占全國總用水量的65%，其中農業灌溉用水量占全國總用水量的63%，是名副其實的用水大戶[1]，因此，提高農業用水資源的利用率，是構建節水型社會的重要實現途徑。為了拓寬取用水監控體系建設，提高對重點農業用水的監測水平，筆者按照“節水優先”的要求，以上海市重點灌區取用水為重點，對上海市水資源管理信息平臺進行繼續完善，同時，把監控能力建設成效作為最嚴格的水資源管理制度考核內容，并將其納入年度和階段考核體系中，以期在填補上海市水資源監控手段缺乏、改善水資源管理基礎設施薄弱、提高水資源管理信息化水平等方面發揮重要作用。

1 上海市水資源管理信息平臺系統體系架構

上海市水資源管理信息平臺系統建設總體采用信息集中采集、應用集中部署的架構。上海市屬監測點的監測信息和各區屬監測點的監測信息統一傳輸到市中心節點。行業管理單位和各區根據職能建設業務應用系統，水資源綜合管理系統集中部署在上海市水務局[2]，以B/S的方式供兩級用戶使用，并在上海本地部署國家三級通用軟件系統作為前置數據庫，完成與中央、流域及所轄各區系統的銜接，農業用水監測體系基于以上平臺進行統一集成和部署。見圖1。

圖1 上海市水資源管理信息平臺總體架構

本系統總體框架由六個層面、兩大保障體系、五類服務對象共同構成。其中，六個層面包括信息采集傳輸、計算機網絡、數據資源、應用支撐、業務應用和應用交互；兩個保障體系包括信息安全體系和標準規范體系；五類服務對象包括水行政主管部門、科研規劃設計中介機構、社會公眾、管理對象和政府相關職能部門。同時，將農業用水監測功能納入水資源監控平臺，不僅有助于減少系統的重復性建設，還可做到系統模塊的統一集成，形成一個平臺、一個入口和一張圖的應用體系。

2 上海市農業用水監測體系的結構設計

據相關資料統計，上海市共有灌區6 154個，其中：小型灌區6 153個、中型灌區1個；控制面積在133.33 hm2以上的灌區有10個、133.33 hm2以下的灌區有6 144個。上海市136個農業用水監測點的布設涉及到全市9個郊區，見表1，并涉及到水田、菜田、林果、魚塘、水澆地5種類型的灌區，灌溉方式包括襯砌明渠灌溉、低壓管道灌溉、噴微灌溉3種方式。

表1 上海市各區農業用水監測點布設數量（單位：個）

整個農業用水監測系統主要由監測儀表、數據采集傳輸終端（RTU）和服務器三部分組成，上海市農業用水監測系統拓撲結構見圖2。

圖2 上海市農業用水監測系統拓撲結構

設備終端是指各灌區的智能水表、電磁流量計和智能電表，且均帶有RS485通訊接口，可與采集端相連接，實現數據的實時傳輸。(1)智能水表。采用噴微灌溉的灌區，要求智能水表安裝位置前直管段長度大于管徑10倍，儀器安裝位置后直管段長度大于管徑5倍。(2)電磁流量計。采用低壓管道灌溉的灌區，要求電磁流量計前直管段長度大于管徑5倍，儀器后直管段長度大于管徑3倍。(3)智能電表。對于不適宜安裝智能水表和電磁流量計的灌區，可安裝智能電表，并觀測同期的耗電量，進而確定耗電量與取水量之間的關系，并通過智能電表獲取每日取水所用電量，最終換算出每日取水量。

3 上海市農業用水監測體系的功能模塊設計

圖3 農業用水監測功能模塊設計

農業用水監測體系的功能模塊主要分為用戶管理、數據采集、數據處理、地圖服務，見圖3。（1）用戶管理。用戶是信息資源的主體，該體系針對用戶管理主要采用角色模式，可對用戶權限進行增加和修改，這不僅能減少重復性權限帶來的工作量，還規范了用戶管理模式。（2）數據采集。主要分為隨機采集模式和自動采集模式，通過監測設備和在線監測系統進行管理，將獲取的數據直接集成到監管系統中。同時，在線監測系統還可實現基于實時監測數據的預警分析。（3）數據處理。通過ETL技術，可實現經上報審批后的監測數據報表直接入庫功能，這不僅有利于有效規范農業用水監測數據報表和提高數據質量，還可減少人工重復勞動、降低人工處理誤差、提高工作效率。（4）地圖服務。通過地圖服務，可實現空間分析、空間定位分析、專題圖制作。

4 上海市農業用水監測體系的應用情況

上海市農業節水樣點灌區農業用水監測體系整合了全市89個樣點的基礎信息，如規模、名稱等。其中，中型灌區1個樣點、小型灌區88個樣點，見圖4。

圖4 上海市農業節水樣點灌區基礎信息

水功能區監測可實現對11個水文自動監測站的在線監測。除可監測常規水質數據外，還可監測高錳酸鹽指數、揮發酚、生物毒性等指標。每月定期上報217個水功能區的斷面常規巡檢水質數據和全因子、雙因子評價結果數據，見圖5。其中，斷面監測是對重要的水體進行數據采集和整理，通過全因子、雙因子了解水質的達標情況。見圖6。

圖5 上海市農業節水樣點灌區水功能區評價結果

圖6 上海市農業節水樣點灌區水功能區斷面評價信息

此外，用戶實時水量監測的數據不僅是上海市農業節水樣點灌區的數據，還是全市取水信息的匯集，可用來統計全市每月總水量的使用情況。見圖7。

圖7 用戶實時監測水量信息

5 結 語

基于水資源平臺的上海市農業用水監測體系的完成，實現了上海農業用水監管數據信息的集中存儲和數據庫的動態更新；同時，以分級負責制為依據，按照轄區實現了上海市農業用水監管數據信息的雙向流動和分級管理，保證了各級監管機構可以通過此系統獲取農業用水的全部監測數據和管理信息，將基礎性、公益性的農業用水監管數據信息在國民經濟相關行業進行了共享，基本實現了農業用水監管信息服務集群化，有助于相關部門制作并發布一批權威性的農業用水監管信息產品；此外，該體系的完成，為社會公眾了解農業用水狀況、監督農業用水節約型保護工作等創造了條件，引導了農業用水保護工作的輿論導向。