滨州市沾化区农田节水信息化建设实践

卢 宁

（滨州市沾化区水利勘测设计室，山东 滨州 256800）

滨州市沾化区经过多年摸索，建成了农田节水信息系统，将信息化和农田节水建设相结合，成效显著。自2011年至今，实施小农水重点县项目覆盖高效节水管道灌溉面积1.18万hm2。以小农水项目区为依托，同山东农业大学合作，开发了基于物联网大数据技术的农业用水综合管理平台。

1 农田节水信息化建设整体架构设计

1.1 三系统

一是水肥一体化控制系统。利用物联网技术实现作物生长环境信息的自动采集，并通过大数据技术实现数据的存储、挖掘、处理等形成作物灌溉施肥大数据决策模型，对作物施肥灌溉时间、灌溉水量、施肥量进行指导。包括数据采集、数据挖掘、监控预警、决策服务、效益评估五部分。水肥一体化控制系统能够实现灌溉预报、水泵的远程控制、灌溉过程的动态管理、水肥一体化远程控制等功能。

二是农业用水计量系统。分别在泵站和田间出水口安装流量计进行水量计量，并将量测水量采用无线传输技术上传至目标数据库，实现水量水费的自动测算、余额显示、欠费预警提示等功能。包括系统展示、量测水管理监控系统、付费平台、水权交易、数据报表、用水情况反馈六部分。

三是农业灌溉水利用系数测算系统。根据不同时段内土壤墒情监测数据计算该时段内被作物吸收利用的实际水量，通过泵站出水口水量的自动计量实现渠首引入水量的计量，从而计算出该项目区内的灌溉水利用系数。在农业灌溉水有效利用系数测算分析中，综合考虑作物种类、灌溉方式、畦田规格、地形、土地平整程度、土壤类型、灌溉制度与方法、地下水埋深等方面，按照代表性、可行性和稳定性等原则选择样点。

1.2 四模块

一是量测水控制模块。分别在泵站和田间支管位置安装流量计进行水量的计量，并将量测水信息采用无线传输技术上传至目标数据库。量测水控制模块能够实现控制泵的启闭和支管的自动启闭以及测量泵站出口和田间支管的实时流量和一次灌溉累计水量。

二是水肥一体化技术模块。将物联网系统自动采集的水雨情、水源水质、地下水水质、地下水水位、土壤墒情等影响作物生长因子实时数据和历史数据，应用大数据技术进行加工处理、挖掘分析，形成大数据灌溉施肥决策模型，对农民灌溉施肥进行指导。对于作物产量与品质进行人工采集，并将采集数据录入数据库。

三是农业水计量付费管理模块。在田间支管位置安装IC卡控制器，农业水价付费管理系统通过IC卡控制器自动监测田间出水口水量，对用户用水量自动计量及水费的自动支付。农业水价付费管理系统能够实现用户个人信息、当前使用水量、当前水费、IC卡余额等信息的查询、IC卡充值管理、初始水权的分配、水权交易管理等功能。

四是灌溉水利用系数测算模块。农业灌溉水利用系数测算模块根据土壤墒情实测数据计算作物需水量，测算出项目区不同作物的灌溉水利用系数。农业灌溉水利用系数测算系统能够实现不同作物区典型田块毛灌溉水利用系数和净灌溉水利用系数的测算。

2 技术支撑

2.1 物联网技术

田间安装物联网气象信息智慧监测站、物联网墒情信息智慧监测站、水肥一体化机房以及管网智慧控制等，运用现代传感器技术、物联网技术和无线传输技术等先进技术，实现对水雨情信息、土壤墒情信息、泵站及管网流量信息、视频信息等数据进行快速、连续和精准的监测，并将监测的数据采用无线传输的方式自动上传至数据库，通过大数据技术实现数据的存储、挖掘、处理等形成作物灌溉施肥大数据决策模型。

2.2 大数据技术

监测采集的土壤温湿度、土壤养分、水文、气象等数据上传到山东农业大学大数据中心，对农田水利内部数据进行统一管理的平台，数据中心整合的数据是基于全局的、统一的、标准的数据，能够进行有效管理并提供上层业务系统使用。面对异构数据源，提供基于传统关系型数据库的数据仓库，也同时提供基于Hadoop体系的大数据存储能力。数据建设是大数据中心的重要组成部分，也是应用服务层的信息支撑平台，存储和管理各应用服务层业务模块所需的数据，为业务模块提供信息支持服务。按不同的主题建立数据集市，构建集数据存储、管理、交换、发布与应用服务等功能于一体，利用先进软件技术对数据资源进行统一规划和建设，实现数据资源的共享和软件的功能复用，避免重复开发和资源浪费，进而满足相关业务数据共享和进行灌溉综合决策的需要，提供灌区信息的社会化服务。

2.3 GIS技术

应用GIS技术查看项目区整体规划、不同作物分区种植情况、泵站位置、管网出水口分布、气象站以及田间墒情站的位置、当前气象站及墒情站监测的实时数据、管网出水口的实时流量和累积水量、水泵以及个出水口的工作状态等。

3 系统网络框架

根据总体思路，灌溉控制及监测系统的技术要求分析，整个系统设计为三层网络构成，第一层是大数据中心与外网的连接以及大数据中心计算机之间的连接；第二层是大数据中心与物联网信息处理终端之间构成数据通讯网络；第三层是物联网信息处理终端与水源地、管网和田间的监测执行机构构成监控网络。

4 建议

4.1 与农业水价综合改革工作相结合

目前，沾化区已完成了0．58万hm2的水价改革片区建设工作，取得了较好的成绩。但是，节水灌溉工程还在继续推进，农田节水信息系统数量还不能全覆盖。要以农业水价综合改革工作为推动，加大投资力度，拓宽投资渠道，继续发展农田节水信息系统。

4.2 加强合作

推动科研成果加速向农业生产力转化。不断增加数据采集点的数量，强化大数据的支撑作用，发挥系统一次投入后期低成本维护试用的优点，节省后期运行费用，降低灌溉成本，减轻用水户的水费负担。

4.3 与水利工程管护体制改革相结合

积极探索、创新体制、健全机制，成立了滨州市汇鑫农业服务有限公司，实行独立法人、自负盈亏运行模式，将0．20万hm2农业水价综合改革区实行公司化运行。真正落实好管护主体，实现工程的长久高效运行。

4.4 同基层水利服务组织相结合

依托乡镇水利站、防汛抗旱服务组织、农村水利专业服务组织，充实农田节水信息系统管理人员，加强技术培训，加快农田水利信息化知识的普及和技术人才的培养，使系统发挥最大作用。