基于水资源平台的农业用水监测体系设计与实现

王元珠 李静芳 朱晨轶 （上海市防汛信息中心，上海市长宁区 200050）

依据水资源的主要用途，我国总用水量可分为农业用水量、工业用水量和生活用水量三部分。目前全国总用水量约为5.5×1011m3，灌溉用水量约为3.6×1011m3，占全国总用水量的65%，其中农业灌溉用水量占全国总用水量的63%，是名副其实的用水大户[1]，因此，提高农业用水资源的利用率，是构建节水型社会的重要实现途径。为了拓宽取用水监控体系建设，提高对重点农业用水的监测水平，笔者按照“节水优先”的要求，以上海市重点灌区取用水为重点，对上海市水资源管理信息平台进行继续完善，同时，把监控能力建设成效作为最严格的水资源管理制度考核内容，并将其纳入年度和阶段考核体系中，以期在填补上海市水资源监控手段缺乏、改善水资源管理基础设施薄弱、提高水资源管理信息化水平等方面发挥重要作用。

1 上海市水资源管理信息平台系统体系架构

上海市水资源管理信息平台系统建设总体采用信息集中采集、应用集中部署的架构。上海市属监测点的监测信息和各区属监测点的监测信息统一传输到市中心节点。行业管理单位和各区根据职能建设业务应用系统，水资源综合管理系统集中部署在上海市水务局[2]，以B/S的方式供两级用户使用，并在上海本地部署国家三级通用软件系统作为前置数据库，完成与中央、流域及所辖各区系统的衔接，农业用水监测体系基于以上平台进行统一集成和部署。见图1。

图1 上海市水资源管理信息平台总体架构

本系统总体框架由六个层面、两大保障体系、五类服务对象共同构成。其中，六个层面包括信息采集传输、计算机网络、数据资源、应用支撑、业务应用和应用交互；两个保障体系包括信息安全体系和标准规范体系；五类服务对象包括水行政主管部门、科研规划设计中介机构、社会公众、管理对象和政府相关职能部门。同时，将农业用水监测功能纳入水资源监控平台，不仅有助于减少系统的重复性建设，还可做到系统模块的统一集成，形成一个平台、一个入口和一张图的应用体系。

2 上海市农业用水监测体系的结构设计

据相关资料统计，上海市共有灌区6 154个，其中：小型灌区6 153个、中型灌区1个；控制面积在133.33 hm2以上的灌区有10个、133.33 hm2以下的灌区有6 144个。上海市136个农业用水监测点的布设涉及到全市9个郊区，见表1，并涉及到水田、菜田、林果、鱼塘、水浇地5种类型的灌区，灌溉方式包括衬砌明渠灌溉、低压管道灌溉、喷微灌溉3种方式。

表1 上海市各区农业用水监测点布设数量（单位：个）

整个农业用水监测系统主要由监测仪表、数据采集传输终端（RTU）和服务器三部分组成，上海市农业用水监测系统拓扑结构见图2。

图2 上海市农业用水监测系统拓扑结构

设备终端是指各灌区的智能水表、电磁流量计和智能电表，且均带有RS485通讯接口，可与采集端相连接，实现数据的实时传输。(1)智能水表。采用喷微灌溉的灌区，要求智能水表安装位置前直管段长度大于管径10倍，仪器安装位置后直管段长度大于管径5倍。(2)电磁流量计。采用低压管道灌溉的灌区，要求电磁流量计前直管段长度大于管径5倍，仪器后直管段长度大于管径3倍。(3)智能电表。对于不适宜安装智能水表和电磁流量计的灌区，可安装智能电表，并观测同期的耗电量，进而确定耗电量与取水量之间的关系，并通过智能电表获取每日取水所用电量，最终换算出每日取水量。

3 上海市农业用水监测体系的功能模块设计

图3 农业用水监测功能模块设计

农业用水监测体系的功能模块主要分为用户管理、数据采集、数据处理、地图服务，见图3。（1）用户管理。用户是信息资源的主体，该体系针对用户管理主要采用角色模式，可对用户权限进行增加和修改，这不仅能减少重复性权限带来的工作量，还规范了用户管理模式。（2）数据采集。主要分为随机采集模式和自动采集模式，通过监测设备和在线监测系统进行管理，将获取的数据直接集成到监管系统中。同时，在线监测系统还可实现基于实时监测数据的预警分析。（3）数据处理。通过ETL技术，可实现经上报审批后的监测数据报表直接入库功能，这不仅有利于有效规范农业用水监测数据报表和提高数据质量，还可减少人工重复劳动、降低人工处理误差、提高工作效率。（4）地图服务。通过地图服务，可实现空间分析、空间定位分析、专题图制作。

4 上海市农业用水监测体系的应用情况

上海市农业节水样点灌区农业用水监测体系整合了全市89个样点的基础信息，如规模、名称等。其中，中型灌区1个样点、小型灌区88个样点，见图4。

图4 上海市农业节水样点灌区基础信息

水功能区监测可实现对11个水文自动监测站的在线监测。除可监测常规水质数据外，还可监测高锰酸盐指数、挥发酚、生物毒性等指标。每月定期上报217个水功能区的断面常规巡检水质数据和全因子、双因子评价结果数据，见图5。其中，断面监测是对重要的水体进行数据采集和整理，通过全因子、双因子了解水质的达标情况。见图6。

图5 上海市农业节水样点灌区水功能区评价结果

图6 上海市农业节水样点灌区水功能区断面评价信息

此外，用户实时水量监测的数据不仅是上海市农业节水样点灌区的数据，还是全市取水信息的汇集，可用来统计全市每月总水量的使用情况。见图7。

图7 用户实时监测水量信息

5 结 语

基于水资源平台的上海市农业用水监测体系的完成，实现了上海农业用水监管数据信息的集中存储和数据库的动态更新；同时，以分级负责制为依据，按照辖区实现了上海市农业用水监管数据信息的双向流动和分级管理，保证了各级监管机构可以通过此系统获取农业用水的全部监测数据和管理信息，将基础性、公益性的农业用水监管数据信息在国民经济相关行业进行了共享，基本实现了农业用水监管信息服务集群化，有助于相关部门制作并发布一批权威性的农业用水监管信息产品；此外，该体系的完成，为社会公众了解农业用水状况、监督农业用水节约型保护工作等创造了条件，引导了农业用水保护工作的舆论导向。