水利資源信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)初步探討

商治河

（河南省水利勘測(cè)有限公司 河南 鄭州 450008）

0 前言

應(yīng)該來(lái)說(shuō)，興水利、除水害，歷來(lái)是治國(guó)安邦的大事，改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)水利改革發(fā)展取得顯著成就。 但與經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的要求相比，水利投入強(qiáng)度明顯不夠，建設(shè)進(jìn)度明顯滯后，保障水平明顯偏低。 特別是在水利資源的信息化管理方面，更為落后。 因此，加快建設(shè)水利資源的信息化管理與利用，促進(jìn)水利可持續(xù)發(fā)展，是水利資源建設(shè)的迫切需要。

1 水利資源信息管理的技術(shù)需求

要解決水利資源的可持續(xù)發(fā)展以及水利災(zāi)害治理方案選定這類(lèi)涉及工程、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等諸因素，而又對(duì)水利投資綜合效益有很大影響的空間多目標(biāo)決策管理問(wèn)題，必需從理論依據(jù)、決策方法上來(lái)科學(xué)考慮，針對(duì)水利管理現(xiàn)狀，提出一套行之有效的數(shù)字化、規(guī)范化和科學(xué)化管理思路，借助3S 技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)，從數(shù)據(jù)采集、空間模型分析、支撐平臺(tái)及3S技術(shù)集成上進(jìn)行探討水利資源地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。

2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)基于ESRI 公司的地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS Engine 作為開(kāi)發(fā)的平臺(tái)，采用C# 語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)一套集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、管理、檢索、圖形編輯、空間模型分析、地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、水利設(shè)施管理、水文分析、三維動(dòng)態(tài)分析、成果圖形生成及輸出為一體的“水利信息管理信息系統(tǒng)”。 系統(tǒng)收集城市已有基礎(chǔ)地理、綜合地學(xué)、勘察監(jiān)測(cè)及施工等資料，對(duì)照實(shí)地工作成果和航測(cè)成果，按數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)則進(jìn)行相應(yīng)的綜合、整理、篩選、歸納及轉(zhuǎn)換，建立起以ArcGIS 為平臺(tái)的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)、綜合地學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)、水利設(shè)施數(shù)據(jù)庫(kù)等等，為城市水利事業(yè)大發(fā)展提供科學(xué)的數(shù)據(jù)和決策支持。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1 用戶(hù)管理功能

系統(tǒng)用戶(hù)大致可以劃分為如下幾類(lèi)：系統(tǒng)管理維護(hù)人員（系統(tǒng)管理員）、專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)管理用戶(hù)、專(zhuān)業(yè)應(yīng)用用戶(hù)、一般用戶(hù)、遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)用戶(hù)。 系統(tǒng)管理員：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的日常維護(hù)（如數(shù)據(jù)的備份、恢復(fù)等）。 并確保軟硬件系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行；同時(shí)，他們還具有賦予不同終端用戶(hù)不同數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限的能力。 這類(lèi)用戶(hù)如水利局信息中心有關(guān)人員。

專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)管理用戶(hù)： 是指各專(zhuān)業(yè)部門(mén)的數(shù)據(jù)管理人員，其中各專(zhuān)業(yè)部門(mén)的用戶(hù)負(fù)責(zé)對(duì)其專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)或解釋數(shù)據(jù)的維護(hù)管理，包括數(shù)據(jù)的錄入、更新、制圖，確保數(shù)據(jù)的正確性、完整性和一致性， 信息中心的有關(guān)人員則負(fù)責(zé)各類(lèi)資料的整合。

專(zhuān)業(yè)應(yīng)用用戶(hù)： 是指各專(zhuān)業(yè)部門(mén)的領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)工作人員，他們負(fù)責(zé)運(yùn)用系統(tǒng)提供的各種功能模塊進(jìn)行各專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)的查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)、分析等工作，并利用系統(tǒng)提供的有關(guān)分析應(yīng)用功能對(duì)日常工作、 水利管理等提供資料數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)，輸出分析、評(píng)價(jià)結(jié)果。

一般用戶(hù)：是指水利局內(nèi)部各專(zhuān)業(yè)部門(mén)之外允許使用該系統(tǒng)的用戶(hù)， 包括關(guān)聯(lián)單位領(lǐng)導(dǎo)和其他有關(guān)部門(mén)的工作人員，他們主要通過(guò)局域網(wǎng)查詢(xún)、瀏覽系統(tǒng)提供的水利資料和信息。 一般情況下他們不需要修改、更新資料和信息，所使用功能也比專(zhuān)業(yè)用戶(hù)簡(jiǎn)單。

遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)用戶(hù)：泛指水利以外的所有需要通過(guò)廣域網(wǎng)或Internet 網(wǎng)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)使用本系統(tǒng)的用戶(hù)，包括主管部門(mén)、相關(guān)政府職能部門(mén)（城市規(guī)劃、建設(shè)、管理等部門(mén)）及社會(huì)公眾，該類(lèi)用戶(hù)通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)網(wǎng)或Internet 網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)相關(guān)城市水利信息資源。

3.2 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

水利基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)一般包括行政規(guī)劃信息、 道路信息、線(xiàn)（面）狀水系信息、行政規(guī)劃圖、地形圖等空間數(shù)據(jù)以及歷年每日光照信息、日照信息、氣溫信息、降雨信息等屬性數(shù)據(jù)。 基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)不僅可以查詢(xún)各種已有信息，也可以對(duì)已有信息按照時(shí)間段或者范圍值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)歸納、 報(bào)表生成，使當(dāng)前繁瑣厚重的紙質(zhì)資料電子化，系統(tǒng)化。 可以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的放大、縮小、漫游等，可以對(duì)相關(guān)的各類(lèi)交互查詢(xún)，包括空間對(duì)屬性、屬性對(duì)空間、熱鏈接系統(tǒng)查詢(xún)，也可以實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)編輯、 屬性數(shù)據(jù)修改以及各種比例尺地圖、報(bào)表、圖表的輸出打印等，系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)各種面積、周長(zhǎng)、距離量算等。

3.3 地表水資源管理： 地表水資源管理包括水庫(kù)、 大壩、河流、水渠、水井等水利信息的查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)、分析和報(bào)表輸出

通過(guò)將所有紙質(zhì)資料均為紙質(zhì)資料信息化、 空間化，建立水利設(shè)施管理數(shù)據(jù)庫(kù)，并能夠統(tǒng)計(jì)水庫(kù)庫(kù)容、大壩壩體、河流、溝渠、灌溉井分布及范圍、安全性等信息，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)信息的更新和統(tǒng)計(jì)（包括報(bào)表統(tǒng)計(jì)和圖形化統(tǒng)計(jì)）。

針對(duì)當(dāng)前農(nóng)村地區(qū)靠天吃飯的問(wèn)題，采用空間分析方法科學(xué)合理地布置新的灌渠、灌溉井位置，努力實(shí)現(xiàn)位置最優(yōu)，總體灌溉面積最大，疊加基本農(nóng)田信息，可以統(tǒng)計(jì)出灌溉區(qū)域基本農(nóng)田的面積。

3.4 地下水資源監(jiān)測(cè)管理：地下水資源信息包括地下地下水水質(zhì)與水量信息，主要是監(jiān)測(cè)地下水水質(zhì)、水量動(dòng)態(tài)變化。 過(guò)去幾十年人類(lèi)活動(dòng)加劇了地下水污染、含水層枯竭以及地下水生態(tài)環(huán)境的惡化，地下水監(jiān)測(cè)顯得更為重要。 氣候變化與人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地下水水質(zhì)、水量的影響只有從監(jiān)測(cè)網(wǎng)所獲取的信息評(píng)價(jià)。 地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)也可監(jiān)測(cè)由于地下水資源的開(kāi)發(fā)對(duì)環(huán)境的影響。 其它水文地質(zhì)工作也應(yīng)用地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。 建立一個(gè)優(yōu)化的地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)是獲取地下水的最有效的途徑。

為掌握地下水水位、水質(zhì)、水溫等變化動(dòng)態(tài)，城市在劃定的區(qū)域范圍內(nèi)利用測(cè)井對(duì)一定數(shù)量的地下水控制水點(diǎn) （露頭）進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)，這些水點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)。地下水監(jiān)測(cè)主要針對(duì)測(cè)井而言，具體來(lái)說(shuō)需要收集當(dāng)前已有測(cè)井的埋深、位置、水質(zhì)等各類(lèi)信息，能夠統(tǒng)計(jì)在一定時(shí)間段內(nèi)的測(cè)井信息，并專(zhuān)題化查詢(xún)和輸出；對(duì)于每口測(cè)井，分析其一段時(shí)間以來(lái)的水質(zhì)變化情況，分析其變化原因，為后續(xù)的科學(xué)決策提供依據(jù)；另外，系統(tǒng)可以自動(dòng)地以當(dāng)前測(cè)井分布為依據(jù)，科學(xué)合理地布置新測(cè)井的位置，并能對(duì)每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的測(cè)井分布情況和水質(zhì)情況進(jìn)行評(píng)估，對(duì)于污染水域，能夠提供合理的解決途徑。

3.5 水文分析功能：主要包括水流方向、匯集量累積、水流長(zhǎng)度、河網(wǎng)提取、等高線(xiàn)提取、流域盆地計(jì)算等幾個(gè)部分，這些功能的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)為城市的高精度DEM 數(shù)據(jù)，通過(guò)水文分析，希望達(dá)到為后續(xù)的淹沒(méi)分析、潰堤分析、河道改擴(kuò)建等工作提供科學(xué)的決策支撐。 主要包括：①水流方向計(jì)算；②匯集量累積計(jì)算； ③水流長(zhǎng)度計(jì)算； ④河網(wǎng)提取； ⑤等高線(xiàn)提取；⑥流域盆地計(jì)算； ⑦淹沒(méi)分析； ⑧其它功能。

4 數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)主要包括基礎(chǔ)資料建設(shè)、 數(shù)學(xué)基準(zhǔn)建設(shè)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)、屬性數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)等。

4.1 基礎(chǔ)資料

主要包括一些基本的地理信息要素，具體的有： ①道路、行政、水系等地理圖； ②河流、溝渠、灌溉井、測(cè)井、水庫(kù)等水利設(shè)施圖； ③地形圖； ④日照、溫度、降雨量等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；⑤彩色正攝影像圖； ⑥相關(guān)的文本資料、統(tǒng)計(jì)表格。

4.2 數(shù)學(xué)基準(zhǔn)建設(shè)

（1）數(shù)學(xué)基準(zhǔn)設(shè)計(jì)

平面坐標(biāo)基準(zhǔn)：以相應(yīng)比例尺地形圖坐標(biāo)為參考，采用2000 國(guó)家坐標(biāo)系；出現(xiàn)跨帶，以中間帶中央經(jīng)線(xiàn)為參考； 高程基準(zhǔn)：采用1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)。 投影：高斯克呂格投影。

（2）文件格式設(shè)計(jì)

圖像格式：JPEG/PNG； 數(shù)字地形模型：TIN/GRID； 矢量格式：ESRI 公司的通用數(shù)據(jù)格式Shapefile/Coverage/Geodatabase。

4.3 空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

城市水利信息系統(tǒng)資料應(yīng)包括以下三類(lèi)（1）基礎(chǔ)地理信息，包括水系、行政區(qū)劃、地理標(biāo)注、道路等內(nèi)容。 （2）水利設(shè)施信息，包括地下水、測(cè)井、灌溉井、水庫(kù)、大壩等要素。 （3）監(jiān)測(cè)資料，包括收集到的地形測(cè)量、水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、日照、降水、氣溫等。

4.4 水利基礎(chǔ)地理信息

主要是指水利相關(guān)基礎(chǔ)信息包括： ①光照、氣溫、降雨量等信息； ②水庫(kù)信息； ③灌溉井信息； ④河流信息； ⑤水渠信息； ⑥其他水利基礎(chǔ)設(shè)施信息；

4.5 地下水資源信息主要包括： ①測(cè)井信息； ②地下水位信息； ③地下水質(zhì)信息； ④地下水污染范圍；⑤其它相關(guān)信息。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)單介紹了水利資源信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能，提出了水利資源信息管理應(yīng)實(shí)現(xiàn)的一些具體功能和設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的一般建設(shè)結(jié)構(gòu)，不足之處請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正，為共同做好水利資源的信息化建設(shè)提供服務(wù)。

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