水利信息化在水生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究

(遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽 110000)

水利信息化在水生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究

王竹高峰

(遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽 110000)

水生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)作為生態(tài)恢復(fù)工程的重要環(huán)節(jié)，對其研究也成為生態(tài)恢復(fù)工程的焦點(diǎn)，對其指標(biāo)選取與指標(biāo)體系的構(gòu)建也是水生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。利用水利信息化領(lǐng)域中的新技術(shù)，為水生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)的開展奠定基礎(chǔ)，且從數(shù)據(jù)和資源等方面給予技術(shù)支持，使其能夠在最終評(píng)價(jià)時(shí)提高有效性和準(zhǔn)確性。目前對已確定的評(píng)價(jià)指標(biāo)項(xiàng)已能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測，而大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用仍待繼續(xù)摸索，進(jìn)一步提高其可用性。

水生態(tài)恢復(fù)；評(píng)價(jià)；水利；信息化

水生態(tài)系統(tǒng)作為生態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，其健康穩(wěn)定的存在對社會(huì)的發(fā)展有著至關(guān)重要的意義。而生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)作為生態(tài)恢復(fù)工程的重要步驟，對此的研究也成為生態(tài)恢復(fù)領(lǐng)域中的焦點(diǎn)[1]。在國家網(wǎng)信戰(zhàn)略與“互聯(lián)網(wǎng)+”等大數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢下，水利信息化被廣泛關(guān)注，其應(yīng)用范圍也越來越廣泛。將信息化應(yīng)用于水生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)中，對高效、動(dòng)態(tài)地進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)有著積極的影響。

1 水生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取與指標(biāo)體系構(gòu)建

合理客觀地選取水生態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)，并科學(xué)建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系一直是各國學(xué)者普遍關(guān)注的話題。由于水生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，這就要求所選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)具有動(dòng)態(tài)性，并且在選取的各項(xiàng)指標(biāo)中保證其獨(dú)立性也是對評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確性的必要前提，然而在目前研究中選取的指標(biāo)卻存在動(dòng)態(tài)性差、相關(guān)性強(qiáng)的問題[2- 3]。此外多角度地進(jìn)行水生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)，有助于更加客觀全面地構(gòu)建水生態(tài)恢復(fù)指標(biāo)體系，例如水生態(tài)安全評(píng)價(jià)、水生態(tài)服務(wù)評(píng)價(jià)以及水生態(tài)健康評(píng)價(jià)等[4]。

《水生態(tài)文明城市建設(shè)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL/Z 738—2016)提出了25項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中23項(xiàng)為全國通用指標(biāo)，兩項(xiàng)根據(jù)不同地域的特點(diǎn)分別制定，每項(xiàng)指標(biāo)根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ共5級(jí)，各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)均需以監(jiān)測統(tǒng)計(jì)資料或得到政府主管部門認(rèn)可的公報(bào)、公文數(shù)據(jù)為依據(jù)，根據(jù)現(xiàn)狀或最近一個(gè)完整統(tǒng)計(jì)年度的狀況對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)和賦分。各項(xiàng)指標(biāo)總分達(dá)到60分以上評(píng)為Ⅲ級(jí)，75分以上為Ⅱ級(jí)，90分以上為Ⅰ級(jí)。23項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)在體系上分為六大類，分別是水安全評(píng)價(jià)、水生態(tài)評(píng)價(jià)、水環(huán)境評(píng)價(jià)、水節(jié)約評(píng)價(jià)、水監(jiān)管評(píng)價(jià)以及水文化評(píng)價(jià)。另兩項(xiàng)指標(biāo)在區(qū)域劃分上也分為六類：東北地區(qū)、黃淮海地區(qū)、長江中下游地區(qū)、華南沿海地區(qū)、西南沿海地區(qū)以及西北地區(qū)。具體指標(biāo)項(xiàng)見表1、表2。

表1 全國通用指標(biāo)

表2 地域性指標(biāo)

2 水利信息化及其主要任務(wù)

水利信息化是以水利工作為中心，整合水利信息化資源，優(yōu)化水利信息化配置，深化水利信息資源開發(fā)利用共享，強(qiáng)化信息技術(shù)與水利業(yè)務(wù)深度融合，推進(jìn)水治理體系和水治理能力現(xiàn)代化的一項(xiàng)工程性工作。

水利信息化的主要任務(wù)有：

a. 信息化資源梳理。對數(shù)據(jù)資源、業(yè)務(wù)應(yīng)用、基礎(chǔ)設(shè)施、安全體系和支撐保障條件等進(jìn)行梳理，掌握資源情況，另外優(yōu)化水利信息化資源配置，統(tǒng)籌共建以及必要補(bǔ)充，科學(xué)規(guī)劃水利信息化資源體系。

b. 數(shù)據(jù)資源整合共享。通過面向?qū)ο笏麛?shù)據(jù)模型，開展數(shù)據(jù)資源整合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源目錄、基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)、應(yīng)用共享數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一管理服務(wù)。

c. 業(yè)務(wù)應(yīng)用整合共享。采用面向服務(wù)的結(jié)構(gòu)，構(gòu)建統(tǒng)一的應(yīng)用支撐平臺(tái)，完成業(yè)務(wù)功能的服務(wù)封裝，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用協(xié)同。

d. 基礎(chǔ)設(shè)施整合共享。按照“云平臺(tái)”理念，對機(jī)房、計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一調(diào)度、管理以及服務(wù)，為用戶提供集約化的基礎(chǔ)實(shí)施服務(wù)。

e. 安全體系整合共享。按照“統(tǒng)一安全策略、統(tǒng)一安全管理、統(tǒng)一安全防護(hù)”的整合理念，構(gòu)建高效統(tǒng)一的安全體系，提供安全服務(wù)。

f. 支撐保障條件完善。建立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與管理辦法等相互適應(yīng)的支撐保障環(huán)境，保障水利信息化資源整合共享的順利實(shí)施，形成信息化資源持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展的良性循環(huán)。

3 信息化在水生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

水利信息化近年來在水利行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮了積極的作用，通過各種建設(shè)項(xiàng)目的開展強(qiáng)化了信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，也豐富了信息源。但沒有專門針對生態(tài)恢復(fù)所建立的信息系統(tǒng)，現(xiàn)存比較相關(guān)的是全國水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)與信息系統(tǒng)。

在“十三五”規(guī)劃中，也將水生態(tài)環(huán)境保護(hù)信息化工程列為重點(diǎn)工程。規(guī)劃中指出，通過與共建部委間信息共享，基本將列入《全國重要江河湖泊水功能區(qū)劃》考核名錄的重要江河湖泊水功能區(qū)監(jiān)測信息覆蓋率從原有的80%提高到85%；初步建成全國城市飲用水水源地水量、水質(zhì)監(jiān)測信息體系，從原來水利部門對142個(gè)全國重要城市地表水水源地對應(yīng)的132個(gè)地市基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)建制市飲用水監(jiān)測信息全覆蓋；初步建成滿足水利生態(tài)環(huán)境保護(hù)信息化工作的業(yè)務(wù)系統(tǒng)體系，逐步開展與有關(guān)部門之間的信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同，推動(dòng)水利生態(tài)環(huán)境保護(hù)信息化工作從單一管理到系統(tǒng)管理、從粗放管理向精細(xì)化管理、從靜態(tài)管理向動(dòng)態(tài)管理的轉(zhuǎn)變，為水利生態(tài)環(huán)境保護(hù)信息化工作提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

水利信息化的形式多種多樣，其中衛(wèi)星遙感技術(shù)與水利大數(shù)據(jù)對于水生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)性和正確性都有著積極的作用。

3.1 衛(wèi)星遙感技術(shù)在水生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

衛(wèi)星遙感技術(shù)通過遙測感知，在地域上對水量、面積等可以精確并實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測算，獲取數(shù)據(jù)量大，對水生態(tài)評(píng)價(jià)中的數(shù)據(jù)要求從質(zhì)和量上均有保障，且動(dòng)態(tài)的監(jiān)測對水生態(tài)恢復(fù)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)有著至關(guān)重要的意義。此外遙感技術(shù)的應(yīng)用可繪制出衛(wèi)星遙感圖片，以更直觀的形式描述監(jiān)測結(jié)果，進(jìn)而提升評(píng)價(jià)可信度。

a. 水源地水面面積監(jiān)測和蓄水量估算。目前對全國湖泊和水庫水源地的水面進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，具備數(shù)據(jù)條件的利用新技術(shù)進(jìn)行了蓄水量估算的實(shí)驗(yàn)。

b. 水生態(tài)、水環(huán)境監(jiān)測。對黃河三角洲地區(qū)進(jìn)行生態(tài)監(jiān)測，主要監(jiān)測項(xiàng)目為黃河河口地區(qū)補(bǔ)水水面面積和植被覆蓋率[6]。對吉林石頭門等水庫水源地保護(hù)區(qū)實(shí)施監(jiān)測，監(jiān)測項(xiàng)目主要為保護(hù)區(qū)植被狀況、用地類型以及污染源監(jiān)測。

c. 灌溉面積監(jiān)測。目前以內(nèi)蒙古河套灌溉區(qū)作為實(shí)驗(yàn)區(qū)，應(yīng)用遙感手段采用獲取前后時(shí)段土壤濕度的方法提取灌溉區(qū)實(shí)際灌溉面積，經(jīng)進(jìn)一步驗(yàn)證后，可轉(zhuǎn)變以往單一通過人工估算報(bào)送灌溉面積的模式。

d. 生態(tài)調(diào)水監(jiān)測。當(dāng)進(jìn)行生態(tài)調(diào)度補(bǔ)償時(shí)，可能會(huì)遇到淹灌區(qū)面積大、人造峰流速快的情況，此時(shí)難以實(shí)時(shí)監(jiān)測洪峰位置和淹灌范圍。利用多源遙感的數(shù)據(jù)進(jìn)行淹灌范圍的實(shí)時(shí)監(jiān)測，可獲得更高精度的結(jié)果，為水庫合理調(diào)控蓄放水量提供參考。

3.2 水利大數(shù)據(jù)在生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

水利大數(shù)據(jù)是一個(gè)全方位的龐大數(shù)據(jù)群，是一個(gè)天空地網(wǎng)觀測與數(shù)據(jù)采集體系，包括衛(wèi)星觀測、空中觀測、地面觀測等，數(shù)據(jù)類型包括衛(wèi)星遙感影像、降雨、流量、水位、氣象、土地利用等。大數(shù)據(jù)的應(yīng)用就是要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的最大價(jià)值，使多源數(shù)據(jù)共同為應(yīng)用層服務(wù)，提升工作的效益和效率。典型大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

典型大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)前文標(biāo)準(zhǔn)提出的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行水生態(tài)評(píng)價(jià)時(shí)，測量搜集這些數(shù)據(jù)成為水生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，因此水利大數(shù)據(jù)的作用逐漸在此突顯出來。大數(shù)據(jù)因其囊括的大量且關(guān)系復(fù)雜的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，可以客觀地描述水生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)演化模式，因此可以利用大數(shù)據(jù)分析水生態(tài)環(huán)境的發(fā)展規(guī)律，為水生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)做出某一時(shí)刻的參照。

利用水利大數(shù)據(jù)龐大數(shù)據(jù)源的同時(shí)，結(jié)合水利大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對眾多評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行影響分析，排除干擾，增加數(shù)據(jù)資源的可用性和有效性，使最終的評(píng)價(jià)更為可靠。

4 結(jié) 語

水生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)是水生態(tài)恢復(fù)工程的重要環(huán)節(jié)，其準(zhǔn)確、有效的評(píng)價(jià)對水生態(tài)恢復(fù)工程的開展有著至關(guān)重要的意義。水利信息化作為水利行業(yè)的發(fā)展大趨勢，將其應(yīng)用于水生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)中可以使評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)性、準(zhǔn)確性以及有效性都有所提高，對水生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)工作的開展產(chǎn)生積極的影響。

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Applicationstudyonwaterconservancyinformatizationinwaterecologicalrestorationevaluation

WANG Zhu, GAO Feng

(LiaoningJiangheWaterConservancyandHydropowerNewTechnologyDesignInstitute,Shenyang110000,China)

The evaluation of water ecological restoration is regarded as an important link of ecological restoration project. The research thereof has also become the focus of ecological restoration project. The index selection and the construction of index system are also the emphasis and difficulty in evaluation of water ecological restoration. New technology in the field of water conservancy informatization is utilized for playing foundation to develop water ecological recovery evaluation. Technical support is provided in the aspects of data, resources, etc. Therefore, it can improve the effectiveness and accuracy during final evaluation. Currently, the determined evaluation indexes can be monitored in real time. The application of big data technology still should be explored continuously, and further improving the availability.

water ecology restoration; evaluation; water conservancy; informatization

10.16616/j.cnki.10- 1326/TV.2017.010.013

TV213

A

2096-0131(2017)010-0044-03