商治河

（河南省水利勘測有限公司 河南 鄭州 450008）

0 前言

應該來說，興水利、除水害，歷來是治國安邦的大事，改革開放以來，我國水利改革發(fā)展取得顯著成就。 但與經(jīng)濟和社會發(fā)展的要求相比，水利投入強度明顯不夠，建設(shè)進度明顯滯后，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)展以及水利災害治理方案選定這類涉及工程、環(huán)境、經(jīng)濟等諸因素，而又對水利投資綜合效益有很大影響的空間多目標決策管理問題，必需從理論依據(jù)、決策方法上來科學考慮，針對水利管理現(xiàn)狀，提出一套行之有效的數(shù)字化、規(guī)范化和科學化管理思路，借助3S 技術(shù)及計算機技術(shù)，從數(shù)據(jù)采集、空間模型分析、支撐平臺及3S技術(shù)集成上進行探討水利資源地理信息系統(tǒng)的設(shè)計需求。

2 系統(tǒng)開發(fā)平臺

系統(tǒng)開發(fā)平臺基于ESRI 公司的地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS Engine 作為開發(fā)的平臺，采用C# 語言，開發(fā)一套集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集、存儲、管理、檢索、圖形編輯、空間模型分析、地下水動態(tài)監(jiān)測、水利設(shè)施管理、水文分析、三維動態(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、勘察監(jiān)測及施工等資料，對照實地工作成果和航測成果，按數(shù)據(jù)庫規(guī)則進行相應的綜合、整理、篩選、歸納及轉(zhuǎn)換，建立起以ArcGIS 為平臺的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、綜合地學數(shù)據(jù)庫、水利設(shè)施數(shù)據(jù)庫等等，為城市水利事業(yè)大發(fā)展提供科學的數(shù)據(jù)和決策支持。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計

3.1 用戶管理功能

系統(tǒng)用戶大致可以劃分為如下幾類：系統(tǒng)管理維護人員（系統(tǒng)管理員）、專業(yè)數(shù)據(jù)管理用戶、專業(yè)應用用戶、一般用戶、遠程訪問用戶。 系統(tǒng)管理員：負責系統(tǒng)的日常維護（如數(shù)據(jù)的備份、恢復等）。 并確保軟硬件系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)的正常運行；同時，他們還具有賦予不同終端用戶不同數(shù)據(jù)訪問權(quán)限的能力。 這類用戶如水利局信息中心有關(guān)人員。

專業(yè)數(shù)據(jù)管理用戶： 是指各專業(yè)部門的數(shù)據(jù)管理人員，其中各專業(yè)部門的用戶負責對其專業(yè)基礎(chǔ)或解釋數(shù)據(jù)的維護管理，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)人員則負責各類資料的整合。

專業(yè)應用用戶： 是指各專業(yè)部門的領(lǐng)導和有關(guān)工作人員，他們負責運用系統(tǒng)提供的各種功能模塊進行各專業(yè)數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計、分析等工作，并利用系統(tǒng)提供的有關(guān)分析應用功能對日常工作、 水利管理等提供資料數(shù)據(jù)等進行分析、評價，輸出分析、評價結(jié)果。

一般用戶：是指水利局內(nèi)部各專業(yè)部門之外允許使用該系統(tǒng)的用戶， 包括關(guān)聯(lián)單位領(lǐng)導和其他有關(guān)部門的工作人員，他們主要通過局域網(wǎng)查詢、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，所使用功能也比專業(yè)用戶簡單。

遠程訪問用戶：泛指水利以外的所有需要通過廣域網(wǎng)或Internet 網(wǎng)來訪問使用本系統(tǒng)的用戶，包括主管部門、相關(guān)政府職能部門（城市規(guī)劃、建設(shè)、管理等部門）及社會公眾，該類用戶通過專線網(wǎng)或Internet 網(wǎng)訪問相關(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

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（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)不僅可以查詢各種已有信息，也可以對已有信息按照時間段或者范圍值進行統(tǒng)計歸納、 報表生成，使當前繁瑣厚重的紙質(zhì)資料電子化，系統(tǒng)化。 可以實現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的放大、縮小、漫游等，可以對相關(guān)的各類交互查詢，包括空間對屬性、屬性對空間、熱鏈接系統(tǒng)查詢，也可以實現(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、報表、圖表的輸出打印等，系統(tǒng)也可以實現(xiàn)各種面積、周長、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、 大壩、河流、水渠、水井等水利信息的查詢、統(tǒng)計、分析和報表輸出

通過將所有紙質(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，并能夠統(tǒng)計水庫庫容、大壩壩體、河流、溝渠、灌溉井分布及范圍、安全性等信息，并能實現(xiàn)對各類信息的更新和統(tǒng)計（包括報表統(tǒng)計和圖形化統(tǒng)計）。

針對當前農(nóng)村地區(qū)靠天吃飯的問題，采用空間分析方法科學合理地布置新的灌渠、灌溉井位置，努力實現(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)計出灌溉區(qū)域基本農(nóng)田的面積。

3.4 地下水資源監(jiān)測管理：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)測地下水水質(zhì)、水量動態(tài)變化。 過去幾十年人類活動加劇了地下水污染、含水層枯竭以及地下水生態(tài)環(huán)境的惡化，地下水監(jiān)測顯得更為重要。 氣候變化與人類活動對地下水水質(zhì)、水量的影響只有從監(jiān)測網(wǎng)所獲取的信息評價。 地下水監(jiān)測網(wǎng)也可監(jiān)測由于地下水資源的開發(fā)對環(huán)境的影響。 其它水文地質(zhì)工作也應用地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)。 建立一個優(yōu)化的地下水監(jiān)測網(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)、水溫等變化動態(tài)，城市在劃定的區(qū)域范圍內(nèi)利用測井對一定數(shù)量的地下水控制水點 （露頭）進行長期觀測，這些水點組成的網(wǎng)絡(luò)稱為地下水監(jiān)測網(wǎng)。地下水監(jiān)測主要針對測井而言，具體來說需要收集當前已有測井的埋深、位置、水質(zhì)等各類信息，能夠統(tǒng)計在一定時間段內(nèi)的測井信息，并專題化查詢和輸出；對于每口測井，分析其一段時間以來的水質(zhì)變化情況，分析其變化原因，為后續(xù)的科學決策提供依據(jù)；另外，系統(tǒng)可以自動地以當前測井分布為依據(jù)，科學合理地布置新測井的位置，并能對每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的測井分布情況和水質(zhì)情況進行評估，對于污染水域，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、水流長度、河網(wǎng)提取、等高線提取、流域盆地計算等幾個部分，這些功能的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)為城市的高精度DEM 數(shù)據(jù)，通過水文分析，希望達到為后續(xù)的淹沒分析、潰堤分析、河道改擴建等工作提供科學的決策支撐。 主要包括：①水流方向計算；②匯集量累積計算； ③水流長度計算； ④河網(wǎng)提??； ⑤等高線提取；⑥流域盆地計算； ⑦淹沒分析； ⑧其它功能。

4 數(shù)據(jù)庫建設(shè)

數(shù)據(jù)庫建設(shè)主要包括基礎(chǔ)資料建設(shè)、 數(shù)學基準建設(shè)、空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)、屬性數(shù)據(jù)庫建設(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、測井、水庫等水利設(shè)施圖； ③地形圖； ④日照、溫度、降雨量等統(tǒng)計數(shù)據(jù)；⑤彩色正攝影像圖； ⑥相關(guān)的文本資料、統(tǒng)計表格。

4.2 數(shù)學基準建設(shè)

（1）數(shù)學基準設(shè)計

平面坐標基準：以相應比例尺地形圖坐標為參考，采用2000 國家坐標系；出現(xiàn)跨帶，以中間帶中央經(jīng)線為參考； 高程基準：采用1985 國家高程基準。 投影：高斯克呂格投影。

（2）文件格式設(shè)計

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)庫建設(shè)

城市水利信息系統(tǒng)資料應包括以下三類（1）基礎(chǔ)地理信息，包括水系、行政區(qū)劃、地理標注、道路等內(nèi)容。 （2）水利設(shè)施信息，包括地下水、測井、灌溉井、水庫、大壩等要素。 （3）監(jiān)測資料，包括收集到的地形測量、水質(zhì)監(jiān)測數(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

本文簡單介紹了水利資源信息系統(tǒng)的設(shè)計功能，提出了水利資源信息管理應實現(xiàn)的一些具體功能和設(shè)計應考慮的一般建設(shè)結(jié)構(gòu)，不足之處請廣大讀者批評指正，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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［2］張新長，馬林兵，張青年.地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫[M].北京：科學出版社，2009.

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