基于水資源平臺的農(nóng)業(yè)用水監(jiān)測體系設計與實現(xiàn)

王元珠 李靜芳 朱晨軼 （上海市防汛信息中心，上海市長寧區(qū) 200050）

依據(jù)水資源的主要用途，我國總用水量可分為農(nóng)業(yè)用水量、工業(yè)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(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)用水資源的利用率，是構建節(jié)水型社會的重要實現(xiàn)途徑。為了拓寬取用水監(jiān)控體系建設，提高對重點農(nóng)業(yè)用水的監(jiān)測水平，筆者按照“節(jié)水優(yōu)先”的要求，以上海市重點灌區(qū)取用水為重點，對上海市水資源管理信息平臺進行繼續(xù)完善，同時，把監(jiān)控能力建設成效作為最嚴格的水資源管理制度考核內(nèi)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(jiān)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(fā)揮重要作用。

1 上海市水資源管理信息平臺系統(tǒng)體系架構

上海市水資源管理信息平臺系統(tǒng)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(jiān)測點的監(jiān)測信息和各區(qū)屬監(jiān)測點的監(jiān)測信息統(tǒng)一傳輸?shù)绞兄行墓?jié)點。行業(yè)管理單位和各區(qū)根據(jù)職能建設業(yè)務應用系統(tǒng)，水資源綜合管理系統(tǒng)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(tǒng)作為前置數(shù)據(jù)庫，完成與中央、流域及所轄各區(qū)系統(tǒng)的銜接，農(nóng)業(yè)用水監(jiān)測體系基于以上平臺進行統(tǒng)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(tǒng)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(wǎng)絡、數(shù)據(jù)資源、應用支撐、業(yè)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(guī)范體系；五類服務對象包括水行政主管部門、科研規(guī)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(nóng)業(yè)用水監(jiān)測功能納入水資源監(jiān)控平臺，不僅有助于減少系統(tǒng)的重復性建設，還可做到系統(tǒng)模塊的統(tǒng)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(nóng)業(yè)用水監(jiān)測體系的結構設計

據(jù)相關資料統(tǒng)計，上海市共有灌區(qū)6 154個，其中：小型灌區(qū)6 153個、中型灌區(qū)1個；控制面積在133.33 hm2以上的灌區(qū)有10個、133.33 hm2以下的灌區(qū)有6 144個。上海市136個農(nóng)業(yè)用水監(jiān)測點的布設涉及到全市9個郊區(qū)，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(qū)，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(qū)農(nóng)業(yè)用水監(jiān)測點布設數(shù)量（單位：個）

整個農(nóng)業(yè)用水監(jiān)測系統(tǒng)主要由監(jiān)測儀表、數(shù)據(jù)采集傳輸終端（RTU）和服務器三部分組成，上海市農(nóng)業(yè)用水監(jiān)測系統(tǒng)拓撲結構見圖2。

圖2 上海市農(nóng)業(yè)用水監(jiān)測系統(tǒng)拓撲結構

設備終端是指各灌區(qū)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(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸。(1)智能水表。采用噴微灌溉的灌區(qū)，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(qū)，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(qū)，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(nóng)業(yè)用水監(jiān)測體系的功能模塊設計

圖3 農(nóng)業(yè)用水監(jiān)測功能模塊設計

農(nóng)業(yè)用水監(jiān)測體系的功能模塊主要分為用戶管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)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(guī)范了用戶管理模式。（2）數(shù)據(jù)采集。主要分為隨機采集模式和自動采集模式，通過監(jiān)測設備和在線監(jiān)測系統(tǒng)進行管理，將獲取的數(shù)據(jù)直接集成到監(jiān)管系統(tǒng)中。同時，在線監(jiān)測系統(tǒng)還可實現(xiàn)基于實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的預警分析。（3）數(shù)據(jù)處理。通過ETL技術，可實現(xiàn)經(jīng)上報審批后的監(jiān)測數(shù)據(jù)報表直接入庫功能，這不僅有利于有效規(guī)范農(nóng)業(yè)用水監(jiān)測數(shù)據(jù)報表和提高數(shù)據(jù)質(zhì)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(xiàn)空間分析、空間定位分析、專題圖制作。

4 上海市農(nóng)業(yè)用水監(jiān)測體系的應用情況

上海市農(nóng)業(yè)節(jié)水樣點灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水監(jiān)測體系整合了全市89個樣點的基礎信息，如規(guī)模、名稱等。其中，中型灌區(qū)1個樣點、小型灌區(qū)88個樣點，見圖4。

圖4 上海市農(nóng)業(yè)節(jié)水樣點灌區(qū)基礎信息

水功能區(qū)監(jiān)測可實現(xiàn)對11個水文自動監(jiān)測站的在線監(jiān)測。除可監(jiān)測常規(guī)水質(zhì)數(shù)據(jù)外，還可監(jiān)測高錳酸鹽指數(shù)、揮發(fā)酚、生物毒性等指標。每月定期上報217個水功能區(qū)的斷面常規(guī)巡檢水質(zhì)數(shù)據(jù)和全因子、雙因子評價結果數(shù)據(jù)，見圖5。其中，斷面監(jiān)測是對重要的水體進行數(shù)據(jù)采集和整理，通過全因子、雙因子了解水質(zhì)的達標情況。見圖6。

圖5 上海市農(nóng)業(yè)節(jié)水樣點灌區(qū)水功能區(qū)評價結果

圖6 上海市農(nóng)業(yè)節(jié)水樣點灌區(qū)水功能區(qū)斷面評價信息

此外，用戶實時水量監(jiān)測的數(shù)據(jù)不僅是上海市農(nóng)業(yè)節(jié)水樣點灌區(qū)的數(shù)據(jù)，還是全市取水信息的匯集，可用來統(tǒng)計全市每月總水量的使用情況。見圖7。

圖7 用戶實時監(jiān)測水量信息

5 結 語

基于水資源平臺的上海市農(nóng)業(yè)用水監(jiān)測體系的完成，實現(xiàn)了上海農(nóng)業(yè)用水監(jiān)管數(shù)據(jù)信息的集中存儲和數(shù)據(jù)庫的動態(tài)更新；同時，以分級負責制為依據(jù)，按照轄區(qū)實現(xiàn)了上海市農(nóng)業(yè)用水監(jiān)管數(shù)據(jù)信息的雙向流動和分級管理，保證了各級監(jiān)管機構可以通過此系統(tǒng)獲取農(nóng)業(yè)用水的全部監(jiān)測數(shù)據(jù)和管理信息，將基礎性、公益性的農(nóng)業(yè)用水監(jiān)管數(shù)據(jù)信息在國民經(jīng)濟相關行業(yè)進行了共享，基本實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)用水監(jiān)管信息服務集群化，有助于相關部門制作并發(fā)布一批權威性的農(nóng)業(yè)用水監(jiān)管信息產(chǎn)品；此外，該體系的完成，為社會公眾了解農(nóng)業(yè)用水狀況、監(jiān)督農(nóng)業(yè)用水節(jié)約型保護工作等創(chuàng)造了條件，引導了農(nóng)業(yè)用水保護工作的輿論導向。