湖北省农业面源污染负荷及评价系统设计与实现

摘要：湖北省农业面源污染负荷及评价系统的编码语言为C#语言，在Visual Studio 2010环境下编译，数据库通信及操作采用技术，Excel文件操作采用NPOI技术。该系统将湖北省农业面源污染数据及种植模式数据集中到一个平台进行数据管理，并从不同角度对农业面源污染数据进行展示、分析统计、评价。系统实现依据登录用户等级展示用户权限范围内的数据及分析评价结果。系统可以对不同农业污染源产生的污染负荷进行估算。系统的估算结果可以保存至文档，展示的数据都可以导出在Excel文件，用户可以通过导入Excel文件新增数据。

关键词：农业面源污染负荷；评价；C#语言；湖北省

中图分类号：X592；X84；TP311.5 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）24-6582-06

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.24.065

1 系统开发背景及意义

湖北省是r业大省，以不足全国2%的国土面积生产了全国8.4%的稻谷、6.3%的棉花、10.3%的油料、5.4%的猪肉和16.0%的淡水鱼，并为全国5.2%的乡村人口提供了生产和生活空间[1]。湖北省在生态气候和农作物种植模式处于南北过渡带，由平原水网区和山地丘陵区两大类型区构成。平原水网区地势平坦、土地肥沃、水热丰富、湖泊众多，历来是中国重要的“鱼米之乡”，是中国最重要的水稻主产区，棉、油商品基地，也是中国主要的畜禽养殖区和最主要的淡水养殖区。但其农业产业高度集约化，是农业面源污染防控重点区域，山地丘陵区山高坡大、降雨丰富、水土流失严重，农业种植模式较多，特色经济作物有优势[2]。

湖北省是千湖之省，惠于水也患于水，省内有2个国家重大水利工程项目，即三峡工程和南水北调中线工程，是中国水环境最为敏感的区域。2014年湖北省共评价河长9 405.5 km，其中，综合评价结果优于Ⅲ类水（含Ⅲ类水）的河长7 273.1 km，占77.3%。监测水库和湖泊水域75个水质断面，综合评价结果优于Ⅲ类水的断面49个，占65.3%。监测重点水功能区275个，218个达标，达标率79.3%。因此，湖北省面源污染防控任务仍然艰巨[3]。

自2007年全国开展第一次农业面源污染普查以来，初步获得了湖北省农业面源污染源（种植业源、畜禽养殖源、农村生活源和水产养殖源）中污染物的产生量、排放量和不同污染源对农业面源污染的贡献。近几年来，随着种植模式和生产方式的不断转变，污染普查数据需要逐年更新，因此，开发一个湖北省农业面源污染负荷及评价平台，统一存储、管理面源污染数据，实现对数据的分析和运用，得到面源污染的分析评价结果，对于构建湖北省资源节约型、环境友好型社会，建设生态和谐、幸福美丽乡村，均具有重要现实意义。

该系统采用.NET、NPOI和数据库技术，在专家研究成果和普查数据的基础上对湖北省农业面源污染数据进行整理录入、集中管理、统计分析，并且从不同角度对农业面源污染数据进行展示、分析和评价，便于更好地了解湖北省农业面源污染的趋势和状况，对防治农业面源污染提供决策支持，系统同时实现用户管理和污染物负荷估算。

2 系统功能设计

2.1 系统功能概述

系统的功能模块有农业面源污染现状、种植模式、农业面源污染评价、农业面源污染估算、数据文件导入导出、用户管理6个模块，其中用户管理功能模块只有超级管理员可以使用。农业面源污染现状、种植模式、农业面源污染评价3个模块将依据当前登录用户的权限分别展示不同的内容；数据文件导入导出模块根据当前登录用户的权限导出权限范围内的数据，该系统面向省、地市级、县市级3个层次的用户。系统功能结构如图1所示。

2.2 系统具体功能

2.2.1 农业面源污染现状 该模块分别从种植业源、农村生活源、畜禽养殖业源、水产养殖业源4个方面展示农业面源污染的相关数据。种植业源包括农田基本情况、化肥施用情况、地膜使用情况、农药使用情况、秸秆处理情况；农村生活源包括生活污水产生排放情况、生活垃圾产生排放情况；畜禽养殖业源包括总污染物产排情况、畜禽存出栏量、猪污染物产排情况、奶牛污染物产排情况、肉牛污染物产排情况、蛋鸡污染物产排情况、肉鸡污染物产排情况；水产养殖业源包括各种养殖方式情况、污染物产排情况。

2.2.2 湖北省种植模式面积 该模块主要展示湖北省南方山地丘陵区和南方湿润平原区不同种植模式的面积，包括南方山地丘陵区种植情况、南方湿润平原区种植情况。

2.2.3 农业面源污染评价 该模块对农业面源污染现状中的数据从基本情况、总氮产生量与排放量、总磷产生量与排放量、COD（化学需氧量）产生量与排放量、农业面源污染物排放强度、农业面源污染负荷6个不同的角度进行汇总、统计、分析，从6个方面对农业面源污染现状进行评价。其中农业面源污染负荷比包括氮污染物等标负荷比、磷污染物等标负荷比、COD（化学需氧量）污染物负荷比等。

2.2.4 用户管理 用户管理模块只有超级管理员有权限操作，主要功能为查看、增加、删除用户信息，增加用户时实现对新增用户权限的设置。

2.2.5 数据文件导入导出 数据文件导入导出模块包括导入和导出两个功能。导出数据文件，用户可以选择导出种植业数据、农村生活数据、畜禽养殖业数据、水产养殖业数据、种植模式数据5种数据文件，系统将根据用户当前的权限范围导出数据文件。导入数据文件，用户可以选择导入种植业数据、农村生活数据、畜禽养殖业数据、水产养殖业数据、种植模式数据5种数据文件。

2.2.6 农业面源污染估算 农业面源污染估算模块包括种植业源、农村生活源、畜禽养殖业源、水产养殖业源、污染物总负荷5个子模块，通过估算各个源的污染负荷，来指导该地区应该重点防控的污染源。在污染总负荷中，可以查看各个污染源在污染总负荷中的贡献。

种植业源子模块中，用户选择不同的模式并手动输入氮用量和磷用量，系统根据地表径流总氮流失系数和地表搅髯芰琢魇系数分别计算氮和磷的流失量；农村生活源子模块中，用户选择不同的模式并手动输入人口数量，系统根据对应的排污系数，计算总氮、总磷、氨氮、COD（化学需氧量）的产生量；畜禽养殖业源子模块中，用户选择不同的模式并手动输入养殖量，系统根据对应的排污系数，计算总氮、总磷、氨氮、铜、锌、COD（化学需氧量）的产生量；水产养殖业源子模块中，用户选择不同的模式并手动输入水产品产量，系统根据对应的排污系数，计算总氮、总磷、铜、锌、COD（化学需氧量）的产生量；污染物总负荷子模块中，将种植业源、农村生活源、畜禽养殖业源、水产养殖业源4个源产生的氮、磷、铜、锌、COD（化学需氧量）5种主要污染物负荷量进行求和，同时计算4个源对氮、磷、铜、锌、COD（化学需氧量）5种主要污染物负荷的贡献。

3 系统数据库设计

系统数据库的关系表有用户表、市县归属表、种植业数据表、农村生活源数据表、畜禽养殖业数据表、水产养殖业数据表、种植模式数据表。用户表用来存储系统用户的信息；市县归属表存储市和县分别所归属于的上一级哪个行政地区的信息；种植业数据表存储种植业面源污染数据，包括农田基本情况数据、化肥施用情况数据、农药使用情况数据、地膜使用情况数据、秸秆处理情况数据；农村生活源数据表存储农村生活面源污染数据，包括生活垃圾产排数据、生活污水产排数据；畜禽养殖业数据表存储畜禽养殖业面源污染数据，包括畜禽总污染物产排数据、畜禽年存出栏量数据、猪污染物产排数据、奶牛污染物产排数据、肉牛污染物产排数据、肉鸡污染物产排数据、蛋鸡污染物产排数据；水产养殖业数据表存储水产养殖业面源污染数据，包括各种养殖方式数据、水产养殖总污染物产排数据；种植模式数据表存储南方丘陵区种植情况数据和湿润平原区种植情况数据。各个表的具体定义和内容说明如下表1所示。

4 系统实现

4.1 系统开发技术与及开发环境

系统使用C#语言进行整个系统的编码实现，数据库操作采用技术开发，Excel文件的导入导出采用NPOI技术开发[4-7]。系统开发环境为Visual Studio 2010+.NET Framework4.0+MySql+Microsoft Excel 2003及以上。

4.2 系统流程

系统流程如图2所示。

4.3 系统各部分具体实现

4.3.1 系统登录页面实现 根据系统功能设计，登录界面主要完成用户的登陆验证，验证当前用户是否为系统用户及密码是否正确。登录界面采用Winfrom窗体，体现简洁明了的界面风格，如图3所示。使用的控件有TextBox、PictureBox、Lable、Button。用户登录成功后，获取当前用户的权限级别和权限地区，进入系统主页面。

4.3.2 系统主页面 用户登录成功后，系统主页面获取从登录界面获取当前用户的权限级别和权限地区。系统将根据当前的用户的权限级别和权限地区进行不同的处理。如果当前用户权限级别为省级，则显示用户管理功能模块，否则不显示。

导航栏部分分别对应系统的农业面源污染现状、种植模式、农业面源污染评价、农业面源污染估算、用户管理5个功能模块，通过ToolBar控件实现。中间部分左边用来显示各个功能模块下的子模块。中间部分右边为各个功能模块的展示区或操作区，通过控件Panel实现。最下面显示当前用户的权限地区和当前时间，用到的控件是StatusStrip。整个界面风格体现务实、易用，如图4所示。

4.3.3 农业面源污染现状 根据系统功能设计，农业面源污染现状模块主要用来展示农业面源污染的相关数据，采用DataGridView控件来显示数据。页面风格简洁、明快，如图5所示。点击左侧按钮，可以查看农业面源污染中不同分类的数据。点击年份下拉框，可以选择查看不同年的数据，如果系统没有该年数据，系统会跳出提示框，如图6所示。当前显示地区过多，需要查找某一具体地区数据时，可以在地区后的文本框中输入待查询地区的行政名，显示该地区数据的行即可被选中，如图7所示。

4.3.4 农业面源污染物估算模块 根据系统功能设计该模块主要实现污染物的估算。以Lable控件来标识不同的估算类型，以Combox下拉框控件来显示每种类型下的参数种类，如图8所示。用户在TextBox文本框控件中手动输入相应数值，点击计算按钮，即可得到污染物估算结果，如图9所示。点击“结果保存按钮”，计算结果会保存在剪贴板中，粘贴在准备好的文档即可。

点击污染物总负荷按钮，可查看污染物总产生量，如图10所示。点击“不同来源”按钮，可以查看4个源对污染物贡献，如图11所示。

4.3.5 用户管理模块 用户管理模块界面设计如图12所示。通过控件TabControl选项卡实现，在用户列表选项页中用DataGridView控件显示系统所有用户的信息，并可以选中来删除用户，选中“xingshan”用户如图13所示，点击删除按钮，结果如图14所示。添加用户，选项页如图15所示，输入用户信息，当点击“确定”按钮，结果如图16所示。添加用户时，等级分为“省级”、“市级”、“县级”三级，地区是用户的权限地区，即用户登录系统后只能查看自己权限地区内的数据；当等级为省级时，地区只有湖北省；等级为市级时，在地区下拉框中选择具体哪个市；等级为“县级”时，在等级后会多出来一个下拉框，需要先选择市，再从地区下拉框中选择一个县。

4.3.6 数据文件导入导出模块设计 数据文件导入导出模块界面如图17所示。在数据文件下有数据导出和数据导入两个子按钮。数据导出中可以导出当前用户权限地区的种植业数据、农村生活源数据、畜禽养殖业数据、水产养殖业数据、养殖模式数据，系统采用NPOI方式将数据导出到Excel为念中方便用户查看；数据导入通过NPOI方式实现将数据从Excel文件中读入到数据库。

参考文献：

[1] 湖北省三农问题研究会.湖北省农业综合生产能力研究报告[N].湖北日报，2014-11-19（5）.

[2] 李海燕，蔡银莺.湖北省生态环境可持续性动态分析[J].华中农业大学学报（社会科学版），2012（4）：82-88.

[3] 刘双圆，孙小舟，汪冰寒.湖北省水资源供需平衡及其承载力[J].中国农学通报，2014，30（29）：192-196.

[4] 徐安东.Visual C#程序设计基础[M].北京：清华大学出版社，2012.

[5] 吴沧舟，兰逸正，张 辉.基于MySQL数据库的优化[J].电子科技，2013，26（9）：182-184.

[6] 孙仁鹏在多层模式下应用的研究[J].计算机工程与设计，2010，31（16）：3621-3624.

[7] 陈 峰.使用NPOI有效读写Office文件[J].金融科技时代，2011（6）：69.