基于WebGIS的寧波市區(qū)河道調(diào)水管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

胥 昕,馬建良,佘亮亮

(寧波弘泰水利信息科技有限公司,浙江 寧波 315192)

1 問(wèn)題的提出

寧波市位于我國(guó)東南沿海季風(fēng)氣候區(qū),每年臺(tái)風(fēng)暴雨洪水和風(fēng)暴潮危害較為嚴(yán)重。市區(qū)內(nèi)屬于平原感潮河網(wǎng)地區(qū),水利工程眾多,人工干預(yù)強(qiáng)。寧波市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,工業(yè)化和城市化進(jìn)程加快,人口越來(lái)越密集,導(dǎo)致市區(qū)河道一方面要接納大量污水,另一方面因城市建設(shè)需要河道不斷被占用,導(dǎo)致水質(zhì)惡化。近年來(lái),寧波市采取截污、河道疏浚等方式治理河道污染,但由于市區(qū)河道水源補(bǔ)給主要靠雨水,河水流動(dòng)性差,總體水質(zhì)難有大的改觀。給河網(wǎng)補(bǔ)充“活水”,進(jìn)行跨區(qū)域、水域進(jìn)行調(diào)水、換水,無(wú)疑已成為改善水質(zhì)的首選。

寧波市的信息化建設(shè)尚不能滿足水資源綜合管理和水量統(tǒng)一調(diào)度需要。作為一項(xiàng)跨區(qū)域、跨水系、跨部門(mén)、跨行業(yè)的綜合性系統(tǒng)工程,有必要應(yīng)用GIS技術(shù)建立市區(qū)水資源綜合管理平臺(tái),通過(guò)河道調(diào)水相關(guān)環(huán)節(jié)與空間可視化及遠(yuǎn)程控制管理相結(jié)合,達(dá)到調(diào)水工作有效監(jiān)控、科學(xué)分析、精確調(diào)度、統(tǒng)一管理等。同時(shí),為寧波市水資源綜合利用、科學(xué)管理提供手段和科學(xué)依據(jù),為規(guī)范市區(qū)河道調(diào)水管理,切實(shí)改善市區(qū)河道水環(huán)境,為水政管理部門(mén)及調(diào)水決策者提供決策支持。

2 WebGIS及其開(kāi)發(fā)平臺(tái)概述

該系統(tǒng)采用SuperMap IS.Net 6.0作為WebGIS Server,Microsoft IIS 7作為Web服務(wù)平臺(tái),Visual Studio C#2010作為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境,SQL Server 2008作為空間信息和屬性信息數(shù)據(jù)庫(kù),并結(jié)合 Silverlight、JavaScript、HTML等語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

WebGIS,即互聯(lián)網(wǎng)地理信息系統(tǒng),指在Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,以支持標(biāo)準(zhǔn)Html的瀏覽器為統(tǒng)一的客戶端,通過(guò)Web Server向GIS Server提出GIS服務(wù)請(qǐng)求的網(wǎng)絡(luò)化GIS[1]。WebGIS采用的 HTTP協(xié)議是基于 B/S(Browser/Server)的請(qǐng)求/應(yīng)答機(jī)制,具有較強(qiáng)的用戶交互能力,可以傳輸并在瀏覽器上顯示圖形、圖像。用戶通過(guò)交互操作對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢分析,利用Web來(lái)尋找所需要的空間數(shù)據(jù),并且進(jìn)行地圖放大、縮小、漫游等各種操作。因此,與傳統(tǒng)的GIS相比,WebGIS具有明顯的優(yōu)勢(shì),具有大眾性、易擴(kuò)展性、跨平臺(tái)性、動(dòng)態(tài)性等優(yōu)勢(shì)[2]。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

寧波市區(qū)河道調(diào)水管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與集成采用B/S方式進(jìn)行,在該系統(tǒng)中采用3層結(jié)構(gòu)體系,分別是表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)層。平臺(tái)中各個(gè)子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)均是基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行,通過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的分解可分成基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用系統(tǒng)2大部分,系統(tǒng)總體框架見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

基礎(chǔ)設(shè)施部分:主要包括實(shí)時(shí)水雨情信息采集、取水口信息采集和實(shí)時(shí)工情信息采集。信息采集進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后存入對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。寧波市實(shí)時(shí)水雨情信息數(shù)據(jù)庫(kù)及取水口信息數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)建好,本次新增站點(diǎn)信息錄入現(xiàn)有水雨情數(shù)據(jù)庫(kù),取水口信息只做讀取集成,另新建實(shí)時(shí)工情信息、水域、水利工程和調(diào)水業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù),結(jié)合基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù),組成水資源綜合管理應(yīng)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

應(yīng)用系統(tǒng)部分:主要包括水雨情信息查詢、取水口實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息查詢、水域信息查詢、水利工程信息查詢和調(diào)水管理5個(gè)子系統(tǒng)。其中,水雨情信息查詢、水利工程信息查詢、水域信息查詢和調(diào)水管理4個(gè)子系統(tǒng)需新建或完善,取水口實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息查詢子系統(tǒng)采用集成的方式,建成寧波市水資源綜合管理平臺(tái),具有開(kāi)放性,方便后期功能的擴(kuò)展。平臺(tái)對(duì)照水利基礎(chǔ)設(shè)施條件,結(jié)合水資源管理和調(diào)水業(yè)務(wù)自身特點(diǎn),基于基礎(chǔ)設(shè)施的4類信息采集系統(tǒng),依托3層調(diào)水管理體系 (寧波市水利局水政監(jiān)察支隊(duì)、三江河道管理局及各區(qū)調(diào)水管理部門(mén)、各調(diào)水工程控制點(diǎn))實(shí)施寧波市區(qū)水資源管理及河道調(diào)水作業(yè)。

3.2 系統(tǒng)具體功能設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)具體功能設(shè)計(jì)包括水雨情信息查詢子系統(tǒng)、取水口實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及水質(zhì)信息查詢子系統(tǒng)、水域信息查詢子系統(tǒng)、水利工程信息查詢子系統(tǒng)、調(diào)水管理子系統(tǒng)等5個(gè)功能系統(tǒng),其功能框圖見(jiàn)圖2。

圖2 系統(tǒng)功能框圖

3.2.1 水雨情信息查詢子系統(tǒng)

水雨情信息查詢子系統(tǒng),以更加形象、直觀、開(kāi)放的形式,在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)圖形界面上顯示市區(qū)河網(wǎng)相關(guān)水雨情信息,并提供相關(guān)信息的查詢、分析、統(tǒng)計(jì)和預(yù)警等功能(見(jiàn)圖3),為調(diào)水工作提供實(shí)時(shí),準(zhǔn)確的參考依據(jù)和調(diào)水決策支持。具體實(shí)現(xiàn)功能主要有:

(1)查詢寧波市區(qū)范圍內(nèi)各大中型水庫(kù)的水情信息;

(2)查詢寧波市區(qū)范圍內(nèi)主要河網(wǎng)的水情信息;

(3)查詢寧波外江、外海的潮位信息;

(4)查詢寧波市區(qū)范圍內(nèi)各國(guó)家雨量站的雨情信息;

(5)實(shí)時(shí)繪制任意國(guó)家重點(diǎn)雨量站、任意時(shí)段的降水量等值線圖和等值面圖,全面直觀地顯示該區(qū)域降水分布及大小;

(6)調(diào)水相關(guān)要素預(yù)警功能。

圖3 水雨情信息查詢子系統(tǒng)界面圖

3.2.2 取水口實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及水質(zhì)信息查詢子系統(tǒng)

目前寧波市已建取水口實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),主要以統(tǒng)計(jì)圖、表格傳達(dá)數(shù)據(jù)信息。本次項(xiàng)目建設(shè)主要將相關(guān)取水口信息移至到WebGIS平臺(tái)上,實(shí)現(xiàn)圖形界面上取水口實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及水質(zhì)信息查詢。包括平臺(tái)上取水口位置的顯示、取水信息的查詢,水質(zhì)站點(diǎn)的分布及水質(zhì)信息的查詢和預(yù)警等。具體功能如下:

(1)在地圖上標(biāo)注寧波市各取水口分布,查詢包括取水口名稱、類型、所在地、所在流域等信息;

(2)查詢寧波市各取水口取水量情況,包括取水單位、取水口、數(shù)量、取水時(shí)間、當(dāng)月取水量和當(dāng)年取水量的統(tǒng)計(jì)值等;

(3)提供寧波市各分區(qū)取水量分析統(tǒng)計(jì)功能:以圖形或表格的形式,將鄞東南、鄞西和江北鎮(zhèn)海等各分區(qū)的取水量展示出來(lái);

(4)查詢寧波市重要水源地的水質(zhì)信息,在地圖上標(biāo)出相應(yīng)站點(diǎn)的信息,并以表格的形式顯示詳細(xì)信息;

(5)查詢寧波市重要水功能區(qū)的水質(zhì)信息,在地圖上標(biāo)出相應(yīng)站點(diǎn)的信息,并以表格的形式顯示詳細(xì)信息;

(6)河道水質(zhì)劣于指定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)警。

3.2.3 水域信息查詢子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)結(jié)合地理信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)寧波市區(qū)內(nèi)主要河道、水庫(kù)、湖泊、山塘等水域信息的顯示與查詢。通過(guò)該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn):

(1)在地圖上顯示寧波市區(qū)水域分布圖,包括主要河道、大中型及小(1)型水庫(kù)、湖泊、海塘等;

(2)能夠查詢到省市區(qū)級(jí)河道(包括3條省級(jí)河道、1條市級(jí)河道、75條區(qū)級(jí)河道等)相關(guān)信息,包括各級(jí)河道的名稱、長(zhǎng)度、起止點(diǎn)、斷面資料、水域面積、水域容積、正常高水位水域面積、正常高水位水域容積等;

(3)能夠查詢到市區(qū)范圍內(nèi)1座大型水庫(kù)、7座中型水庫(kù)、28座小(1)型水庫(kù)的相關(guān)信息,包括各級(jí)水庫(kù)的名稱、水庫(kù)類型、興建時(shí)間、水域面積、水域容積、庫(kù)容曲線等;

(4)能夠查詢到市區(qū)范圍內(nèi)山塘(共計(jì)428座)、海塘的相關(guān)信息,包括其名稱、興建時(shí)間、水域面積、水域容積等。

3.2.4 水利工程信息查詢子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)集合地理信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)寧波市區(qū)主要水庫(kù)、河道、水閘、泵站及海塘等工程信息的顯示與查詢(見(jiàn)圖4)。具體顯示與查詢?nèi)缦?

(1)在地圖上顯示寧波市區(qū)調(diào)水相關(guān)的水利工程分布圖,包括主要河道、水閘、泵站和大中型水庫(kù)、小(1)型水庫(kù)及海塘等;

(2)河道信息查詢:通過(guò)點(diǎn)選地圖上的河道即可以方便地查詢到市區(qū)范圍內(nèi)79條各級(jí)河道的詳細(xì)信息:包括河道基本情況、特征值等,例如河道長(zhǎng)度、平均面寬、平均水深、起止點(diǎn)等工程信息;

(3)水閘信息查詢:通過(guò)點(diǎn)選地圖上的水閘即可方便地查詢到市區(qū)范圍內(nèi)主要31座水閘的詳細(xì)信息:包括水閘基本情況、特征值等,例如閘門(mén)寬度、最大開(kāi)度、開(kāi)度流量關(guān)系、閘門(mén)用途等工程信息;

(4)泵站信息查詢:通過(guò)點(diǎn)選地圖上的泵站即可以方便地查詢到市區(qū)范圍內(nèi)每座泵站的詳細(xì)信息,包括泵站基本情況、特征值等,例如泵站用途、功率、泵的臺(tái)數(shù)等工程信息;

(5)水庫(kù)信息查詢:通過(guò)點(diǎn)選大中型、小(1)型水庫(kù)即可以方便地查詢到各水庫(kù)的詳細(xì)信息:包括水庫(kù)基本情況、特征值等,例如水庫(kù)特征水位、特征庫(kù)容、特征曲線、泄流能力曲線、水庫(kù)類型等工程信息;

(6)海塘信息查詢:通過(guò)點(diǎn)選海塘即可以方便地查詢到各海塘的詳細(xì)信息:包括基本情況,海塘波浪特征、海塘工程特征、海塘斷面特征、海塘水文特征、海塘效益指標(biāo)(受益情況、歷史水沒(méi)情況)、海塘工程量及配套設(shè)施,海塘上水閘情況等。

圖4 水利工程信息查詢子系統(tǒng)界面圖

3.2.5 調(diào)水管理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)以寧波市區(qū)工情及流量采集信息為主要來(lái)源,借助GIS平臺(tái),以圖形或表格等形式顯示寧波市區(qū)調(diào)水相關(guān)河網(wǎng)的水位、引排水流量和水量以及調(diào)水工程的運(yùn)行情況等信息,并可進(jìn)行相關(guān)信息的分析、統(tǒng)計(jì),實(shí)現(xiàn)寧波市區(qū)河道調(diào)水的監(jiān)管和輔助分析功能。具體實(shí)現(xiàn)的功能主要有:

(1)各調(diào)水線路及調(diào)水工程位置及工程概況信息查詢與顯示;

(2)各調(diào)水工程運(yùn)行及工況信息監(jiān)測(cè):各調(diào)水使用中的水閘、泵站運(yùn)行情況;

(3)河道流量監(jiān)測(cè):使用ADCP等測(cè)流儀測(cè)流的河道,顯示測(cè)流儀名稱、型號(hào)、測(cè)時(shí)水位、流量等;

(4)引水口和排水口過(guò)水流量及過(guò)水量信息統(tǒng)計(jì):以表格的形式統(tǒng)計(jì)調(diào)水過(guò)程中各閘門(mén)或泵站的過(guò)水流量、開(kāi)啟時(shí)間等;

(5)分區(qū)水量平衡分析統(tǒng)計(jì):進(jìn)行調(diào)水水源地供水水量統(tǒng)計(jì)、各閘泵引水或排水統(tǒng)計(jì)、分區(qū)引排水量統(tǒng)計(jì),并能以報(bào)表的形式匯總輸出等;

(6)建設(shè)區(qū)域上邊界 (如東錢(qián)湖、姚江等)如上游山區(qū)水庫(kù)水雨情、蓄水量及可供水量等;

(7)下邊界如下游外江(外海)水位(潮位)信息等;

(8)寧波市八庫(kù)一江水雨情等信息查詢;

(9)統(tǒng)計(jì)功能:調(diào)水成果輸出、報(bào)表統(tǒng)計(jì);

(10)輸出功能:報(bào)表及各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)信息能以Excel的格式輸出,以供編輯和打印等;

(11)專題地圖生成:包括主要水利工程分布圖、調(diào)水相關(guān)河網(wǎng)分布圖和水域相關(guān)分布圖等,以供編輯與打印。

4 系統(tǒng)運(yùn)行

在各子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)分析和集成,系統(tǒng)集成包括功能集成和數(shù)據(jù)集成,解決各子系統(tǒng)兼容性、整體性和高效性問(wèn)題,保證市區(qū)河道調(diào)水系統(tǒng)的運(yùn)行。本次系統(tǒng)運(yùn)行需要進(jìn)行集成的功能包括水雨情及水質(zhì)信息、取水信息、水域信息、監(jiān)測(cè)信息等集成。

數(shù)據(jù)集成則是跳過(guò)界面和業(yè)務(wù)邏輯層,直接從應(yīng)用軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)開(kāi)始集成。由于現(xiàn)在寧波市水利局各業(yè)務(wù)系統(tǒng)都有各自不同的數(shù)據(jù)庫(kù),數(shù)據(jù)源各不相同。新增水雨情采集信息集中輸入原寧波市水文站水雨情信息數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ);新增水質(zhì)采集信息數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)水質(zhì)信息;新增工情采集信息數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)相關(guān)實(shí)時(shí)工情信息;集成應(yīng)用現(xiàn)有取水信息數(shù)據(jù)庫(kù)信息。

系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以將空間信息和調(diào)水相關(guān)信息傳至各客戶端,同時(shí)Web GIS體系又可以跨平臺(tái)運(yùn)行,減小系統(tǒng)的維護(hù)成本。寧波市區(qū)河道調(diào)水GIS管理系統(tǒng)軟件安裝在寧波市水利局機(jī)關(guān)辦公樓內(nèi),機(jī)房建設(shè)及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境都已建設(shè)完成(見(jiàn)圖5),可充分利用現(xiàn)有環(huán)境設(shè)備避免重復(fù)建設(shè)。

圖5 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境示意圖

5 結(jié) 語(yǔ)

該系統(tǒng)基于Web GIS技術(shù),通過(guò)先進(jìn)的電子信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、空間信息等技術(shù)構(gòu)建寧波市區(qū)河道調(diào)水管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了寧波市區(qū)河道調(diào)水的有效監(jiān)控和科學(xué)調(diào)度,使有限的水資源得到最科學(xué)、合理、有效的利用,實(shí)現(xiàn)了水管部門(mén)長(zhǎng)期以來(lái)粗放式管理向精細(xì)化管理轉(zhuǎn)變。同時(shí),借助Web GIS平臺(tái)的資源信息系統(tǒng),可以方便地解決海量數(shù)據(jù)的管理和客戶端臃腫的問(wèn)題,有效地解決空間數(shù)據(jù)的可視化問(wèn)題,提高了數(shù)據(jù)的使用效率,實(shí)現(xiàn)圖層信息的快速查詢,達(dá)到水資源管理的科學(xué)化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化,提高了管理工作的效率和質(zhì)量[3]。相信隨著技術(shù)的不斷升級(jí),Web GIS將更為廣泛地應(yīng)用在水利部門(mén)的管理工作中,成為高效可靠的管理工具和現(xiàn)代化的管理手段。

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[2]劉南,劉仁義.WebGIS原理及其應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2005.

[3]李颯,楊勇.基于Web GIS農(nóng)業(yè)土地資源信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息,2008(12):16-18.