基于GIS的兩江新區(qū)健康水系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)構(gòu)建研究與實(shí)現(xiàn)

鄧仕虎，王小勇，朱俊豐1，，馮琳耀

(1.重慶市地理信息中心，重慶 401121； 2.重慶知行地理信息咨詢服務(wù)有限公司，重慶 401121)

基于GIS的兩江新區(qū)健康水系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)構(gòu)建研究與實(shí)現(xiàn)

鄧仕虎1，2*，王小勇2，朱俊豐1，2，馮琳耀2

(1.重慶市地理信息中心，重慶 401121； 2.重慶知行地理信息咨詢服務(wù)有限公司，重慶 401121)

由于城市規(guī)劃、建設(shè)對(duì)城市水環(huán)境約束考慮不足，水體污染得不到有效控制。為了能夠系統(tǒng)、全面、快速地對(duì)城市健康水系統(tǒng)進(jìn)行模擬及決策，本文以兩江新區(qū)為研究區(qū)域，基于GIS技術(shù)建立了兩江新區(qū)健康水系統(tǒng)構(gòu)建決策支持系統(tǒng)，對(duì)海量水系數(shù)據(jù)進(jìn)行集成管理，圍繞自然水循環(huán)和社會(huì)水循環(huán)過程，集成了水文響應(yīng)模型、水體環(huán)境模型以及健康度評(píng)價(jià)模型，研究了不同城市發(fā)展情景下水環(huán)境演變趨勢(shì)，為兩江新區(qū)健康水系統(tǒng)的構(gòu)建提供決策支持。

兩江新區(qū)；水環(huán)境；健康水系；決策支持系統(tǒng)

1 引 言

目前，全國(guó)水資源利用量逐年上升，2011年達(dá)到 6 107億m3，全國(guó)污廢水排放量逐年上升，2011年達(dá)到652億m3[1]。當(dāng)前我國(guó)水環(huán)境問題已日趨凸顯，防洪安全、內(nèi)澇安全缺乏保障，水資源的緊缺與用水的浪費(fèi)并存，水土資源過度開發(fā)造成對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，水環(huán)境惡化和水質(zhì)污染迅速擴(kuò)展。重慶兩江新區(qū)作為全國(guó)第四個(gè)國(guó)家級(jí)開發(fā)區(qū)近年來水環(huán)境日趨惡化[2，3]，主要表現(xiàn)在：①重慶主城最近33年建設(shè)用地增長(zhǎng)了500多平方千米，導(dǎo)致硬化下墊面快速增加，河流湖庫面積下降了22.1%，林草地面積下降了18.9%，是產(chǎn)生主城水環(huán)境惡化的重要原因之一；②重慶主城河流湖庫水面率下降22.17%，其中河流面積減少了12%(26 km2)，湖庫面積減少了58%(42 km2)；③多數(shù)小流域城市化后，其河流分支比、河網(wǎng)密度、河流發(fā)育系數(shù)、河流蜿蜒度、水面率受到人為干擾明顯，徑流調(diào)節(jié)作用減弱，人為加劇了城市的水環(huán)境問題；④在城市功能主導(dǎo)下的用地布局沒有重視水環(huán)境功能與容量的約束，部分小流域土地利用強(qiáng)度過大，超過水環(huán)境承載程度；⑤河源高強(qiáng)度開發(fā)與主城不透水面積的增大，進(jìn)一步導(dǎo)致徑流污染效應(yīng)、徑流峰值效應(yīng)等徑流綜合效應(yīng)。

探索快速城市化因素對(duì)區(qū)域城市水循環(huán)的影響機(jī)制和兩江新區(qū)城市水系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系，構(gòu)建基于水循環(huán)過程信息化的兩江新區(qū)城市健康水系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)兩江新區(qū)城市水體水質(zhì)改善、城市健康水系統(tǒng)構(gòu)建提供支持，是提升兩江新區(qū)水系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)與運(yùn)行管理技術(shù)水平重要手段。

2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

國(guó)外對(duì)城市水循環(huán)過程信息化研究大致分為三個(gè)階段。①應(yīng)用起步期(1970s)：主要對(duì)水循環(huán)過程信息的統(tǒng)計(jì)與顯示；②初步發(fā)展期(1980 s～1990s)：主要研究基于數(shù)字高程模型的匯水流域分析，開發(fā)不同類型的水文單元，開展不同下墊面的降雨入滲過程研究；③快速發(fā)展期(1990 s～)：利用水循環(huán)過程信息耦合不同的水文模型，形成各種不同目標(biāo)的水循環(huán)過程地理信息系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)在20世紀(jì)90年代開始陸續(xù)開展有關(guān)地理信息系統(tǒng)在水資源領(lǐng)域應(yīng)用的研究。最初主要是一些有關(guān)國(guó)外地理信息系統(tǒng)在水資源領(lǐng)域應(yīng)用情況的介紹，之后開始進(jìn)行有關(guān)專門為水資源管理服務(wù)的地理信息系統(tǒng)開發(fā)和研制工作，同時(shí)地理信息系統(tǒng)在水資源環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用的嘗試和范圍也不斷擴(kuò)大。國(guó)內(nèi)不少城市基于地理信息系統(tǒng)建立了城市排水管網(wǎng)信息系統(tǒng)或城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)警系統(tǒng)，但是缺少社會(huì)水系統(tǒng)與自然水系統(tǒng)相互作用關(guān)系的水循環(huán)過程信息化系統(tǒng)[4～7]。

目前，但是缺少社會(huì)水系統(tǒng)與自然水系統(tǒng)相互作用關(guān)系的水循環(huán)過程信息化系統(tǒng)，雖然分別針對(duì)水資源利用與節(jié)制用水、污水再生回用及污泥綜合利用、雨水水文循環(huán)修復(fù)等技術(shù)開展了大量研究，鮮見城市流域健康水系統(tǒng)跨流域綜合技術(shù)研究的報(bào)道，還沒有開展基于水循環(huán)過程信息化的城市健康水系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)的研究[8～10]。

3 健康水系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)框架研究

3.1 決策支持系統(tǒng)邏輯框架

本系統(tǒng)建立一個(gè)以重慶兩江新區(qū)自然循環(huán)和社會(huì)水循環(huán)為基礎(chǔ)，以水系統(tǒng)信息的采集和輸入、編輯與更新、存儲(chǔ)與管理、查詢與分析為基本功能，實(shí)現(xiàn)不同流域的動(dòng)態(tài)用地類型、水環(huán)境功能設(shè)置、水環(huán)境容量計(jì)算以及水量平衡核算，在現(xiàn)有水環(huán)境健康綜合評(píng)估方法體系的基礎(chǔ)上，構(gòu)建兩江新區(qū)水系統(tǒng)的健康評(píng)價(jià)子系統(tǒng)，利用GIS技術(shù)進(jìn)行分布式水質(zhì)水量模型對(duì)兩江新區(qū)自然河流湖庫水系、城市社會(huì)水系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合分析的基礎(chǔ)上，確定不同城市發(fā)展情景、不同流域水系調(diào)水方案條件下水環(huán)境演變趨勢(shì)，以期構(gòu)建兩江新區(qū)健康水系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)，為兩江新區(qū)健康水系統(tǒng)技術(shù)方案提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、模型運(yùn)算及決策支持。根據(jù)系統(tǒng)所要具備的項(xiàng)目技術(shù)內(nèi)容，將系統(tǒng)分成5大子系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 決策支持平臺(tái)的模塊及其關(guān)系

(1)兩江新區(qū)水系空間信息管理子系統(tǒng)

本子系統(tǒng)提供了對(duì)兩江新區(qū)自然水系統(tǒng)、社會(huì)水系統(tǒng)的空間屬性數(shù)據(jù)庫進(jìn)行添加、查詢、編輯輸出的功能，能夠?qū)嵤╈`活高效的圖庫管理和方便的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，是一個(gè)功能較強(qiáng)的水系統(tǒng)地理空間信息管理系統(tǒng)。

(2)兩江新區(qū)水環(huán)境健康評(píng)價(jià)子系統(tǒng)

本子系統(tǒng)基于水環(huán)境健康評(píng)價(jià)指標(biāo)、技術(shù)、方法體系，健康度評(píng)價(jià)模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上，提供了對(duì)兩江新區(qū)水系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)運(yùn)算、顯示、輸出的功能。

(3)兩江新區(qū)分布式水質(zhì)水量聯(lián)合分析子系統(tǒng)

本子系統(tǒng)基于兩江新區(qū)水循環(huán)過程信息管理系統(tǒng)的空間屬性數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建水力、水質(zhì)、水量等不同類型的分布式聯(lián)合分析模型，實(shí)現(xiàn)不同流域的用地類型、水環(huán)境狀況、水環(huán)境容量計(jì)算以及水量平衡核算，為水環(huán)境健康評(píng)價(jià)子系統(tǒng)、水環(huán)境演變趨勢(shì)模擬子系統(tǒng)提供計(jì)算模型支持。

(4)兩江新區(qū)不同城市發(fā)展情景下水環(huán)境演變趨勢(shì)模擬子系統(tǒng)

本子系統(tǒng)基于兩江新區(qū)不同城市發(fā)展階段的空間數(shù)據(jù)，通過分布式水質(zhì)水量聯(lián)合分析子系統(tǒng)對(duì)時(shí)空尺度的水環(huán)境系統(tǒng)狀況進(jìn)行模擬計(jì)算，實(shí)現(xiàn)兩江新區(qū)水環(huán)境演變歷史回溯及不同發(fā)展情景的趨勢(shì)預(yù)測(cè)。

(5)兩江新區(qū)健康水系統(tǒng)決策方案構(gòu)建支持系統(tǒng)

根據(jù)兩江新區(qū)水系統(tǒng)自然循環(huán)、社會(huì)循環(huán)的調(diào)研結(jié)果，基于水環(huán)境健康評(píng)價(jià)模型、分布式水質(zhì)水量聯(lián)合模型，結(jié)合兩江新區(qū)的城市發(fā)展情景模式，提供兩江新區(qū)健康水系統(tǒng)的決策支持，為兩江新區(qū)健康水系統(tǒng)技術(shù)方案提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、模型運(yùn)算，為提升和保障兩江新區(qū)環(huán)境功能提供系統(tǒng)支撐。

3.2 決策支持系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)

為了保障系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)相互可獨(dú)立運(yùn)行，減少水環(huán)境模型之間的依賴，本系統(tǒng)總體上采用分層的架構(gòu)模式，每層之間采用組件模式。系統(tǒng)總體架構(gòu)模式如圖2所示，有設(shè)施層的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)等設(shè)備設(shè)施；數(shù)據(jù)層的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、專題數(shù)據(jù)庫和模型結(jié)果數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)中間件是為模型運(yùn)行提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，既提供模型運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)，也保存模型結(jié)果到數(shù)據(jù)庫中；模型層有流域水文模型、水體環(huán)境模型和水體健康度評(píng)價(jià)模型；表現(xiàn)層有信息管理系統(tǒng)、水質(zhì)水量聯(lián)合分析子系統(tǒng)、健康度評(píng)價(jià)系統(tǒng)、水環(huán)境演變趨勢(shì)模擬子系統(tǒng)和健康水系統(tǒng)決策方案構(gòu)建子系統(tǒng)。

(1)設(shè)施層

水環(huán)境模型的運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、計(jì)算量大、需求的數(shù)據(jù)量大，因此提供的基礎(chǔ)層須提供是普通PC機(jī)100倍以上的運(yùn)行效率的高性能服務(wù)器，提供24×7小時(shí)的不間斷運(yùn)行，保障模型運(yùn)行的穩(wěn)定性，提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫。

(2)數(shù)據(jù)層

兩江新區(qū)水系數(shù)據(jù)庫：存儲(chǔ)兩江新區(qū)的水系及其相關(guān)數(shù)據(jù)，針對(duì)流域水文模型、水體環(huán)境模型和健康度評(píng)價(jià)模型的輸入輸出數(shù)據(jù)，主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、模型標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫、輸出結(jié)果等數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)中間件與模型進(jìn)行交互，提供模型的輸入數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)模型的結(jié)果數(shù)據(jù)。

(3)數(shù)據(jù)中間件

提供模型層之間連接，建立便捷的通信機(jī)制，為各個(gè)模型提供輸入輸出功能，并控制模型的運(yùn)行。中間件有不更改現(xiàn)有模型而擴(kuò)展模型的功能特點(diǎn)，可簡(jiǎn)化模型的集成開發(fā)，降低開發(fā)難度和費(fèi)用，增加模型應(yīng)用的生命力。

(4)模型層

模型層提供模型的運(yùn)行環(huán)境，保障模型按照預(yù)定的順序執(zhí)行，調(diào)用數(shù)據(jù)中間件，為模型提供輸入數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)，為下一個(gè)模型提供輸入數(shù)據(jù)，并把各個(gè)模型運(yùn)行結(jié)果解析給數(shù)據(jù)中間件。

(5)表現(xiàn)層

表現(xiàn)層分別對(duì)應(yīng)的水循環(huán)過程空間信息管理子系統(tǒng)、城市水系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)子系統(tǒng)、分布式水質(zhì)水量聯(lián)合分析子系統(tǒng)、水環(huán)境演變趨勢(shì)模擬子系統(tǒng)、決策方案構(gòu)建支持系統(tǒng)。

圖2 決策支持平臺(tái)總體架構(gòu)

3.3 系統(tǒng)構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)

2018年，將要過去。對(duì)于2019年，我們可以肯定地說一句預(yù)測(cè)，那就是2019年肯定會(huì)比2018年好過，這一點(diǎn)，大家不要用慣性思維或者大眾思維去思考股市，就像很多人在2017年底以為2018年會(huì)好過一樣，大家也不要覺得2019年會(huì)像2018年一樣繼續(xù)難過。

(1)二三維一體化水環(huán)境管理技術(shù)

利用地理信息大數(shù)據(jù)技術(shù)，整合了地形、遙感影像、土壤、三維地形、氣象、現(xiàn)狀土地利用，7種城市發(fā)展情景土地利用等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，流域、河流、降水?dāng)?shù)據(jù)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、給水廠、污水處理廠、示范工程等自然與社會(huì)水?dāng)?shù)據(jù)，海量高精度的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，形成了三大類，22項(xiàng)的大數(shù)據(jù)水系統(tǒng)信息，網(wǎng)格數(shù)量達(dá)到450萬，且考慮網(wǎng)格水流拓?fù)潢P(guān)系，其網(wǎng)絡(luò)化徑流計(jì)算呈指數(shù)化增長(zhǎng)，總數(shù)據(jù)量達(dá)到 40 GB，最后構(gòu)建了城市水系統(tǒng)復(fù)雜、多樣、海量的城市水系統(tǒng)管理系統(tǒng)。

(2)構(gòu)建高精度地、覆蓋全域系統(tǒng)性地水質(zhì)水量聯(lián)合分析模型

水質(zhì)水量聯(lián)合分析模型是分布式模型，要對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格剖分，利用地形水流方向，形成網(wǎng)絡(luò)化的徑流路徑，實(shí)現(xiàn)徑流流量和污染物濃度匯流演算，采用隱式差分格式離散對(duì)一維水力水質(zhì)模型控制方程進(jìn)行離散，模擬河流水量流動(dòng)，污染物流動(dòng)、擴(kuò)散與衰減。在進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)格剖分時(shí)，可以選擇 5 m、10 m、20 m網(wǎng)格單位，形成高精度的網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)量可達(dá)到千萬級(jí)別，在考慮徑流關(guān)系計(jì)算過程，其計(jì)算空間復(fù)雜性非常高，通過耦合水文響應(yīng)模型和水體環(huán)境模型，全域覆蓋研究區(qū)域的“陸地、水體”，在演算過程同時(shí)進(jìn)行徑流流量和污染物匯流演算，一次運(yùn)行，得到水量水質(zhì)結(jié)果。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與成果應(yīng)用

基于健康水系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)建設(shè)框架，本文采用C#語言和Oracle數(shù)據(jù)庫，利用ArcGIS Engine10.0二次開發(fā)進(jìn)行了系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)兩江新區(qū)健康水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化管理，構(gòu)建了集水文響應(yīng)模型、水體環(huán)境模型、水體健康度評(píng)價(jià)模型為一體的綜合水質(zhì)水量分析體系，根據(jù)兩江新區(qū)現(xiàn)勢(shì)數(shù)據(jù)及發(fā)展?fàn)顩r，本文建立了現(xiàn)狀情景、底限情景、理想情景、規(guī)劃情景共四種發(fā)展模式，對(duì)不同發(fā)展情景下自然水與社會(huì)水循環(huán)過程進(jìn)行模擬、趨勢(shì)分析與對(duì)比，為兩江新區(qū)健康水構(gòu)建提供了決策支持。

4.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

建立涉及兩江新區(qū)水循環(huán)過程信息的綜合數(shù)據(jù)庫，搭建海量數(shù)據(jù)可視化管理平臺(tái)，數(shù)據(jù)包括地形、遙感影像、氣象土壤、土地利用等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(如圖3(a)所示)，流域、河流湖庫基礎(chǔ)資料、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、社會(huì)水系統(tǒng)等水系統(tǒng)空間及屬性數(shù)據(jù)，為健康水系統(tǒng)構(gòu)建提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)海量數(shù)據(jù)的便捷管理，提供了查詢、編輯等豐富的管理工具。利用地理信息二三維一體化技術(shù)，進(jìn)行水系統(tǒng)格局的多層次、多角度、高精度的全面展示呈現(xiàn)(如圖3(b)所示)。

圖3 數(shù)據(jù)可視化管理

(2)基于軟件中間件的模型實(shí)現(xiàn)與集成

基于地形水流方向[11]和空間拓?fù)潢P(guān)系，形成了支持大數(shù)據(jù)算法的城市下墊面高精度網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)格徑流路徑，通過分析挖掘不同土地利用、不同土壤質(zhì)地、不同坡度類型的水文響應(yīng)徑流參數(shù)，構(gòu)建了支持大數(shù)據(jù)算法的城市下墊面水文響應(yīng)模型，實(shí)現(xiàn)了水文響應(yīng)模型沿高精度網(wǎng)格徑流路徑進(jìn)行徑流流量和污染物濃度匯流演算(如圖4所示)，通過水文響應(yīng)模型，可以快速得到地表的污染物負(fù)荷分布，定位污染源頭，便于進(jìn)行針對(duì)性治理，同時(shí)，也為水體環(huán)境模型提供模型輸入。

圖4 水文響應(yīng)模型

根據(jù)一維水力水質(zhì)模型[12]，構(gòu)建了適用于大數(shù)據(jù)分析的水體環(huán)境模型，采用隱式差分格式離散對(duì)水力水質(zhì)模型控制方程進(jìn)行離散，通過水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料[13]對(duì)水環(huán)境模型進(jìn)行參數(shù)率定，實(shí)現(xiàn)城市流域的水環(huán)境模擬。水體環(huán)境模型將城市河流進(jìn)行斷面劃分，計(jì)算每個(gè)斷面的污染物濃度，得出全河平均水質(zhì)及河口水質(zhì)情況(如圖5所示)。

圖5 水體環(huán)境模型

利用水文響應(yīng)模型、水體環(huán)境模型，綜合考慮流域的生態(tài)、物理生境、管理水平、社會(huì)經(jīng)濟(jì)水文等信息，構(gòu)建了流域健康度評(píng)價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)河流水質(zhì)指標(biāo)劃分，建立完整的水質(zhì)評(píng)價(jià)體系，通過權(quán)重運(yùn)算得到水環(huán)境的健康狀態(tài)，如圖6所示。

圖6 流域健康度評(píng)價(jià)模型

4.2 系統(tǒng)特色

傳統(tǒng)的水環(huán)境分析與健康水構(gòu)建，主觀性較強(qiáng)，模型支撐不足，無法綜合考慮地形、下墊面、水文、土壤等條件，水質(zhì)水量指標(biāo)難以量化，兩江新區(qū)健康水系統(tǒng)決策支持平臺(tái)以城市自然水循環(huán)和社會(huì)水循環(huán)為基礎(chǔ)，建立了流域“水文響應(yīng)模型—水體環(huán)境模型—流域健康度評(píng)價(jià)模型”自動(dòng)化運(yùn)行模型鏈，采用綜合空間分析的方法，可以模擬地表徑流、點(diǎn)源排放、河流污染衰減整個(gè)過程，形成完整的“設(shè)定方案—平臺(tái)決策支持—方案構(gòu)建”的健康水系統(tǒng)構(gòu)建方法體系，實(shí)現(xiàn)“陸地”與“水域”的空間全覆蓋，也實(shí)現(xiàn)了從降雨、到地表徑流、到河流、到流域生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)的全過程。

4.3 成果應(yīng)用

重慶兩江新區(qū)是一個(gè)國(guó)家級(jí)開發(fā)開放新區(qū)，管轄渝北區(qū)、江北區(qū)、北碚區(qū)3個(gè)行政區(qū)域，面積 1 200 km2，人口221萬人。兩江新區(qū)分為20河流流域和20個(gè)濱江流域。

通過對(duì)水環(huán)境與土地使用相互關(guān)系的可知，基于水環(huán)境目標(biāo)的土地使用規(guī)劃受多個(gè)層面影響：現(xiàn)狀發(fā)展、底限發(fā)展、理想發(fā)展、規(guī)劃發(fā)展四個(gè)模式，四個(gè)模式對(duì)應(yīng)了城市不同的生態(tài)目標(biāo)，也對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)策略及管制要求提出了不同標(biāo)準(zhǔn)與參考方向?，F(xiàn)狀發(fā)展情景主要根據(jù)近年來兩江新區(qū)快速城市化的開發(fā)過程，推演2020年左右兩江新區(qū)土地利用情景；規(guī)劃發(fā)展則立足于兩江新區(qū)總體規(guī)劃，展望2020年左右土地利用開發(fā)狀況；底限發(fā)展情景著重關(guān)注社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，在滿足法律法規(guī)、防護(hù)安全的前提下不限制建設(shè)用地侵占城市河流湖庫等；理想發(fā)展情景側(cè)重于生態(tài)環(huán)境保護(hù)，犧牲經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度換取城市水系統(tǒng)健康，如圖7所示。

圖7 基于不同城市發(fā)展構(gòu)建的發(fā)展情景方案

根據(jù)不同城市發(fā)展情景，通過健康水系統(tǒng)構(gòu)建決策支持系統(tǒng)，對(duì)情景進(jìn)行模擬分析，其模擬結(jié)果如圖8和表1所示。

根據(jù)不同模擬結(jié)果，可以得出：現(xiàn)狀發(fā)展情景，重要河水水系、山體，潛在的徑流通道消失嚴(yán)重，河道呈現(xiàn)干涸和洪澇的二元現(xiàn)象；河流水源涵養(yǎng)區(qū)等重要生態(tài)敏感區(qū)面臨嚴(yán)重挑戰(zhàn)。底限發(fā)展情景具有保護(hù)中等風(fēng)險(xiǎn)及生態(tài)功能的水文徑流通道；融入具有調(diào)洪、游憩等功能的雨洪公園等，有較為充足的濕地系統(tǒng)，河道水量充足，抗洪澇能力較強(qiáng)。理想發(fā)展下重要的潛在泄洪通道需要恢復(fù)，能容納一定程度的洪澇，城市游憩與景觀功能難以適應(yīng)城市發(fā)展需求；地災(zāi)等重要生態(tài)敏感區(qū)及重要生態(tài)廊道得以有機(jī)保護(hù)。規(guī)劃發(fā)展情景，潛在的徑流通道消失較嚴(yán)重，地表徑流較大改變，生態(tài)服務(wù)能力較低，河道水量較少和易洪澇的影響，水土流失等重要生態(tài)敏感區(qū)得到初步緩解與控制。通過將不同情景方案的水環(huán)境演變趨勢(shì)進(jìn)行對(duì)比與分析，需要將理想情景和規(guī)劃發(fā)展情景進(jìn)行整合，形成綜合發(fā)展方案，既滿足城市功能需要，又最大限度保障水環(huán)境的健康循環(huán)，為城市規(guī)劃提供輔助決策。

圖8 不同城市發(fā)展情景下水質(zhì)TN指標(biāo)的對(duì)比

5 結(jié) 語

我國(guó)目前處于快速城市化階段，城市的規(guī)劃建設(shè)對(duì)水環(huán)境約束考慮不足，導(dǎo)致城市生態(tài)環(huán)境惡化，防洪安全、內(nèi)澇安全問題日趨突出。長(zhǎng)期以來，缺乏有效的技術(shù)手段對(duì)城市規(guī)劃方案、項(xiàng)目工程選址方案水環(huán)境影響進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估。城市水環(huán)境的演變是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)過程，本文基于GIS技術(shù)研究了面向兩江新區(qū)的健康水系統(tǒng)構(gòu)建的決策支持系統(tǒng)框架，對(duì)兩江新區(qū)自然水循環(huán)過程和社會(huì)水循環(huán)過程各類要素信息進(jìn)行集成管理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)流域水文模型、水環(huán)境健康度評(píng)價(jià)模型的集成，具備了對(duì)兩江新區(qū)不同發(fā)展情景模式下水環(huán)境績(jī)效模擬預(yù)測(cè)的能力，為兩江新區(qū)環(huán)境改善與水系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)提供技術(shù)與規(guī)劃實(shí)施方案提供了技術(shù)支撐，可為其他流域水環(huán)境決策支持系統(tǒng)構(gòu)建提供參考。研究中發(fā)現(xiàn)流域水環(huán)境模型的運(yùn)行模擬時(shí)間一般都很長(zhǎng)，并且對(duì)運(yùn)算設(shè)備環(huán)境要求高，為了提升水環(huán)境決策支持系統(tǒng)在實(shí)際管理中的應(yīng)用效果，需進(jìn)一步研究利用并行計(jì)算技術(shù)提升模型運(yùn)算效率。

[1] 中華人民共和國(guó)水利部，2014年中國(guó)水資源公報(bào)[R]. 北京：2015.

[2] Ministry of Environmental Protection. China Environmental Statistics 2011：Department of Environmental Monitoring，MEP，PRC，2012.

[3] 中國(guó)工程院“21世紀(jì)中國(guó)可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究”項(xiàng)目組. 中國(guó)可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究綜合報(bào)告[J]. 中國(guó)工程科學(xué)，2000(8)：1～17.

[4] 張犁. 城市洪水分析與模擬的GIS方法研究[J]. 地理學(xué)報(bào)，1995(S1)：76～84.

[5] 馬蔚純，張超. 基于GIS的水質(zhì)數(shù)值模擬——以上海市蘇州河為例[J]. 地理學(xué)報(bào)，1998(S1)：67～75.

[6] 程曉光，張靜，宮輝力. 半干旱半濕潤(rùn)地區(qū)HSPF模型水文模擬及參數(shù)不確定性研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，34(12).

[7] 張金存，芮孝芳. 分布式水文模型構(gòu)建理論與方法述評(píng)[J]. 水科學(xué)進(jìn)展，2007(2).

[8] 張杰，李冬. 流域和城市水健康循環(huán)戰(zhàn)略規(guī)劃實(shí)例[J]. 給水排水，2008，34(5).

[9] 殷會(huì)娟，馮耀龍. 河流生態(tài)環(huán)境健康評(píng)價(jià)方法研究[J]. 中國(guó)農(nóng)村水利水電，2006(4).

[10] 耿雷華，劉恒，鐘華平等. 健康河流的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[J]. 水利學(xué)報(bào)，2006(3).

[11] 張維，楊昕，湯國(guó)安等. 基于 DEM 的平緩地區(qū)水系提取和流域分割的流向算法分析[J]. 測(cè)繪科學(xué)，2012，37(2).

[12] 李錦秀，廖文根，黃真理. 三峽水庫整體一維水質(zhì)數(shù)學(xué)模擬研究[J]. 水利學(xué)報(bào)，2002，12(12)：7～10.

[13] 李立青，單保慶，趙建偉等. 山地城市地表徑流源區(qū)水質(zhì)特征監(jiān)測(cè)研究[J]. 環(huán)境科學(xué)，2012，33(10).

Research and Implementation of Health Water System Decision Support System Construction in Liang Jiang New Area Based on GIS

Deng Shihu1，2，Wang Xiaoyong2，Zhu Junfeng1，2，F(xiàn)eng Linyao2

(1.Chongqing Geomatics Center，Chongqing 401121，China； 2.Chongqing Zhixing Geographic Information Consulting Services Ltd，Chongqing 401121，China)

Water pollution cannot be effectively controlled because urban planning and construction have insufficient consideration of constraints on urban water environment. In order to simulate and make policy for Healthy Aqua-ecosystem comprehensively and quickly，this paper take Liangjiang area as its research region，a decision support system is developed for the Healthy Aqua-ecosystem of Liangjiang on Geographic Information System，to integrate and manage massive date of water system. Rounding the process of natural circulation and social cycle，it integrates hydrological response model and water environment model and assessment model for health degree. This paper research water environment evolution tendency under different background of cities，and it can provide decision support for the construction of Healthy Aqua-ecosystem of Liangjiang.

Liang Jiang New Area；water environment；healthy river；decision support system

1672-8262(2017)01-16-07

P208.2

A

2016—10—28 作者簡(jiǎn)介：鄧仕虎(1981—)，男，博士研究生，高級(jí)工程師，主要從事地理信息服務(wù)與應(yīng)用研究。 基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41401436)；對(duì)地觀測(cè)技術(shù)國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(K201510)