农业用水智能计量管理系统建设的思考

裴永刚

（北京市郊区水务事务中心　北京　100195）

【摘　要】　本文根据北京市当前水资源形势和农业用水计量管理现状，阐述了加强农业用水计量管理的重要性。按照市政府“实施最严格的水资源管理制度”的要求，参考当前国内外农业用水计量技术和管理方面的经验，提出了建设北京市农业用水智能计量管理系统的构想，包括系统组成、特点和功能等。最后，依据试点建设取得的成效和经验，对下一步全市农业用水智能计量管理系统的推广提出了合理化建议。

【关键词】　农业用水　智能　计量　管理

农业是北京的用水大户，且具有一定的深度挖潜节水空间［1］。加强农业用水计量、以经济杠杆调整农业灌溉用水，是加强农业用水管理、促进农业节水、掌握全市用水结构的突破口，是落实市政府“实施最严格的水资源管理制度”要求、实现水资源精细化管理和农业用水量“日清月结”的基础。

计量设施是农业用水计量的主要硬件。传统的机械式水表易损坏，且人工抄表工作量大，漏报、错报率高。为降低计量管理的劳动强度，提高计量准确率，需要引进信息化、智能化的先进计量设施，以提高农业用水计量的科技水平，满足农业用水计量准确度和精确度的要求。用水户有了精确计量设施，会了解自己的用水状况，有利于执行科学的灌溉制度和提高节约用水意识。为此，作者提出了农业用水智能计量管理系统建设构想，并在通州区宋庄、西集等镇开展了农业用水智能计量管理试点。通过用电预付、计量用水、按序灌溉和用水管理等措施，达到较好的节水效果。

1　农业用水计量管理存在的主要问题

1.1　缺乏可靠准确的计量手段

由于受限于当时的技术条件，所选用的机械式水表难以适应农业生产的恶劣环境条件，主要表现在以下四个方面：

（1）农业机井间断式启动对水表形成“水锤”破坏。

（2）农业机井泥沙含量高，造成水表磨损而失效。

（3）田间温度环境变化大，易造成水表冻胀损坏。

（4）防护条件差，水表遗失、被盗现象时有发生。

1.2　计量统计管理工作难度大

目前，村级农业用水计量主要由管水员负责记录，一眼机井的受益用水户一般在50～80户。灌溉季节机井工作时间在20h以上，一名管水员负责多眼机井，统计每个用水户用水的工作量和工作难度都很大，容易出现漏报、错报现象。

此外，管水员采集上来的计量数据由水务站工作人员进行手工录入，每年平均每个水务站需要录入数据30多万条，且数据多数集中在灌溉高峰期（4月、5月和11月），录入时间紧、任务重，容易出现错录、漏录。

2　农业用水智能计量管理系统的建构

2.1　系统组成

系统由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括智能计量设备、红外线抄表机、用户智能卡、计算机，软件部分即基于互联网的信息管理平台，通过互联网实现数据传输，如图1所示。

2.1.1　硬件部分

（1）智能计量设备。智能计量设备是整个系统的核心硬件设备，采用非接触式计量设备，每眼机井安装一台，类型可以是超声波流量计、电磁流量计或根据水泵用电与取水量之间关系开发的相关计量设备等，精度则应达到国家规定标准。

（2）红外线抄表机。红外线抄表机即手持PDA，每村为管水人员配备一台，方便定期抄取机井计量设施存储的用户用水记录，包括时间、水量、电量和灌溉作物等。

（3）智能用户卡。每个用水户配备智能用户卡一张，卡里存储用户的基本情况、预购水量、用水量和剩余水量等信息，通过连接在电脑上的读写卡机对用水户进行开卡、注册和管理。智能用户卡一卡通用，一张卡可以开启本村不同机井进行灌溉，使用方便、灵敏、安全、稳定。

2.1.2　软件部分

软件部分即基于互联网设计的农业用水管理平台。管理平台设置行政村、水务站、区县水务局和市水务局四个不同级别的用户，各级用户根据自行权限登录固定的IP地址进行访问管理。建设思路是“一上一下，中间共享”的方式，即在行政村设立村级用水管理平台，负责用水户的注册、充值以及采集用水量信息；在市级设立市级用水管理平台，汇总各村采集的用水量信息、机井信息、运维信息等，并进行分析整理。区县水务局、水务站访问市级农业用水管理平台，实现信息共享和管理。

2.2　业务流程

系统建成后，农业灌溉业务流程为：IC卡初始化→农户注册开卡→充值买水→刷卡浇地→读取数据→数据上传→数据管理。

2.3　系统特点

（1）系统采用非接触式水表，能适应较恶劣的使用环境。解决了机械式水表“水锤”、泥沙磨损和冻胀问题。

（2）通过刷卡实现预付费。系统设置先预付电费后启动灌溉设备的功能，解决了部分用水户长期拖欠电费的难题，减少用水中电费矛盾纠纷；用水户能实时了解自己的用水明细，减少水量统计过程中的纠纷，从而提高节水意识，且用水便捷，直接刷卡就能用水，无需每次用水都找电工或机井管理人员。

（3）数据采集方便、快捷、准确。系统使用PDA采集数据，减小劳动强度，再通过互联网传输数据，做到了快捷、及时、准确；用水量后期查询、统计均可通过互联网登录管理平台实现；有条件的地方，还可以采用无线远传方式直接将水表读数传输到管理平台的数据库中。

2.4　系统功能

（1）水量查询。系统可对村级农业用水管理平台上传的农业用水量进行统计分析，可以统计一定时间范围内各行政区划的农业用水总量及不同灌溉方式（微灌、管灌、渠道衬砌和喷灌等）的用水量。

（2）水权管理。根据对区县分配的用水总量和用水限额，实现农业用水累进加价管理和用水指标控制。

（3）机井管理。实现农业机井的信息管理功能，包括增加、删除、修改、查询和统计。可以根据每眼机井采用的灌溉方式、成井年份及配套设施（有无井房、有无变频设备、有无计量设备、有无取水许可证等）情况进行统计。

（4）信息管理。主要包括对地块信息、农户信息、IC卡信息和管水员信息的增加、删除、修改、查询和统计等。

（5）督报管理。实现村级农业用水管理平台数据传输统计、督报设置和督报人员的管理。

3　农业用水智能计量管理系统试点建设及效益

根据设想，在通州区漷县、西集、宋庄3个乡镇80个村进行了农业用水智能计量管理系统试点建设，涉及1454眼农业灌溉井。主要建设内容为：每村安装1台计算机、1个读写卡机、配备1个红外线抄表机；每眼井安装1套智能计量设备；每个用水户一张智能卡；开发建设了村级农业用水管理平台和市级农业用水管理平台。该示范工程经过一年试运行已初步取得成效，得到管理者和用水户的认可。

（1）对用水户来说，购水、用水便捷程度大大提升，实现农业分户自动计量，用水缴费比例实现100%，促进了节水意识的提升，初步估算亩均用水量减少了17m3，约10%左右。

（2）对村委会和水务站来说，预收电费解决了村委会用水收费率低的难题，采用PDA传输数据，减少了数据抄录工作量，避免了错报漏报的问题。例如，西集水务一所原来每月需要3人录10天左右，现在只需要1个人半天就能完成数据录入和上传。对于缓解干群矛盾、降低计量设施维护成本、减少村委会工作量、提高数据统计效率和准确率起到了很好的作用。

（3）对管理者来说，系统的建设实现了市、区、镇、村四级农业用水数据一体化管理，形成了分级统计分析，为市、区水务部门开展水资源管理提供了数据支持，为落实2011年中央一号文件中“用水总量控制和用水效率控制”提供了技术支撑，为最终引导农业产业结构调整，实现农业用水“以供定需”的目标打下了良好的基础。

4　建设全市农业用水智能计量管理系统的建议

农业用水智能计量系统试点建设取得良好成效，具有较强的推广价值和意义，但也存在一些不足，在全市推广过程中还需加强以下几个方面的工作：

（1）重点先行，分步实施。结合全市第一次水务普查成果，应具体研究全市分区域、分层次农业灌溉机井总体数量和分布，在应急水源地区、严重超采区、积极性高的地区可先行重点建设。同时，做好项目前期勘察与设计，落实机井、安装条件等基础信息，便于项目实施。

（2）制定系统统一的数据接口标准。在通州农业用水计量试点建设的同时，部分区（县）也已建设了类似的计量管理系统。因此，需要尽快制定《北京市农业用水智能计量管理系统建设标准》，规范各区（县）自建计量管理系统的数据传输接口标准，便于先建与后建系统的数据传输和全市系统的整合。

（3）完善基础配套设施，加强防护。在试点出现过有井无泵，用户浇地自带水泵的情况，此种情况占总数的17%；计量设施长久运行要求有一定的安全防护措施，试点中90%机井没有井房，94%的设备安装在野外电杆上，所以造成了以下问题：①偷盗问题；②每年冬季拆装问题；③还有部分机井首部保护装置数量少且不统一，出水口设备老化。因此，在新推广地区，建议增加预算，在系统建设前，先安装水泵、建设井房和改造机井首部，完善基础配套设施。

（4）加强科技支撑，实现高水平建设。

1）选择先进适用的计量设备。在年度地下水位变化大和安装变频设备的区域，因地制宜地采用多种形式的计量设备，如超声波流量计、智能水表等，并在设备中安装GPRS数据远传模块。

2）改进数据采集与上传方式。对于那些管水人员经常更换，且缺乏电脑知识和技能的村，以及地下水重点超采区和应急水源地区域，可适当布设GPRS远程抄表系统，实现实时传输与监控。

（5）做好信息采集和基础数据的录入。基础数据是支撑农业用水计量管理系统运行的根本，数据采集要保证准确、完整。建议结合普查，以村为单位，在村地形图上进行机井布置，由数据采集人员对照地图填写每个用户的地块信息。

（6）推进水权分配管理。通过宣传，增强用水户节水用水意识和用水缴费意识，逐步推进水权分配管理。对用水户实行定额用水管理时，在充分考虑当地地下水资源状况的情况下，以“亩”为单位进行定额水量分配，体现出水权的公平性。

（7）完善建后管护机制。在充分调研的基础上，应研究制定《北京市农业用水智能计量管理系统运行管理办法》，明确产权主体、管理主体和运行维护标准，组建专门的运行维护队伍，落实运行维护费用，保障系统可持续运行。

参考文献

［1］　北京市水务局.2011北京市水务统计年鉴［R］．2012．