劉 敏

（廣東省水文局韶關(guān)水文分局，廣東 韶關(guān) 210028）

北江流域水資源信息查詢暨輔助決策系統(tǒng)研制

劉 敏

（廣東省水文局韶關(guān)水文分局，廣東 韶關(guān) 210028）

簡單敘述北江流域水資源概況和 WebGIS 技術(shù)方案，并就系統(tǒng)設(shè)計及特色功能作簡要介紹。綜合運用計算機、水文水資源、地理信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，將水資源業(yè)務(wù)需求與 WebGIS 技術(shù)相結(jié)合，成功研制適用于北江流域的水資源信息查詢系統(tǒng)，實現(xiàn)水資源信息的快速檢索查詢，為水資源的科學(xué)管理、合理配置等決策提供技術(shù)支撐。

北江流域；水資源信息；查詢系統(tǒng)；WebGIS；檢索查詢

0 引言

北江是珠江流域第 2 大水系，河流水系呈闊葉脈狀分布，洪水匯流集中迅猛，暴漲暴落，峰高量不大，范圍廣，歷時長，洪水過程大都呈單峰或雙峰型，復(fù)峰型的洪水過程較少，每年汛期發(fā)生洪水3～4 次，一般 4—7 月出現(xiàn)洪水的機會多，為北江的主汛期[1]。北江流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，季風(fēng)影響顯著，地處嶺南迎風(fēng)坡，鋒面雨集中且強度大，形成濱江和連江中上游暴雨中心，降水主要集中在 4～9 月[2]。流域內(nèi)大型水利工程有：樂昌峽水利樞紐、灣頭水利樞紐、錦江水庫、南水水庫、孟州壩水電站、長湖水庫、白石窯水電站、清遠水利樞紐、飛來峽水利樞紐和北江大堤等。由樂昌峽、灣頭水利樞紐和韶關(guān)市堤防組成韶關(guān)市堤庫結(jié)合的上游防洪體系，由飛來峽水庫、北江大堤、潖江天然滯洪區(qū)及蘆苞和西南涌分洪河道組成堤庫結(jié)合，蓄、滯、泄、分洪兼施的中下游防洪工程體系。

為配合國務(wù)院《關(guān)于實行最嚴格水資源管理制度的意見》和《廣東省最嚴格水資源管理制度實施方案》的工作推進，緊緊圍繞“守住一條堤、管好一條江、發(fā)揮好兩個樞紐的作用”的工作重心，積極開展北江流域水資源管理相關(guān)基礎(chǔ)工作，推進水資源保護，加強流域防洪體系建設(shè)，實現(xiàn)流域防洪與水資源科學(xué)調(diào)度，提高流域防洪調(diào)控和水資源優(yōu)化配置能力，維護流域河湖健康發(fā)展。針對流域水資源管理領(lǐng)域的發(fā)展需求，強化流域防洪與水資源調(diào)度數(shù)據(jù)資源整合與共享，推動水資源信息共享平臺建設(shè)，豐富完善水資源業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，為實現(xiàn)水資源優(yōu)化配置、高效利用和科學(xué)保護目標(biāo)提供技術(shù)支撐，北江流域管理局提出開發(fā)一套適用于北江流域的水資源（含取水許可監(jiān)管）信息查詢暨輔助決策系統(tǒng)。

1 查詢系統(tǒng)的技術(shù)支撐

WebGIS 是 Internet 和 GIS 2 種技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在 Internet 網(wǎng)上提供地理信息，用戶通過瀏覽器獲得地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和服務(wù)，是實現(xiàn)地理信息 GIS 互操作、空間數(shù)據(jù)與共享的最佳解決途徑。WebGIS 除具有大部分乃至全部傳統(tǒng) GIS 軟件的功能外，還具有利用 Internet 優(yōu)勢的特有功能，體系結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和表現(xiàn)層 3 層結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵特征是面向?qū)ο?、分布式和互操作[3]。

1.1 WebGIS 技術(shù)的開發(fā)途徑

ArcGIS Server 是一個基于 Web 的企業(yè)級 GIS 主流解決方案，為創(chuàng)建和管理基于服務(wù)器的 GIS 應(yīng)用提供了一個高效的框架平臺，它將 GIS 和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（Web）結(jié)合在一起，充分利用了ArcGIS 的核心組件庫 ArcObjects，并且基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供 WebGIS 服務(wù)。使用 ArcGIS Server 開發(fā) WebGIS 一般使用以下 5 種途徑：1） ESRI ADF for java 或 for .Net；2）ArcGIS Engine ；3） ArcGIS Server Rest Service；4）JavaScript API；5） Flex 或者 silverlight API。

從 ArcGIS Server 9.3 開始，基于 API 的 WebGIS開發(fā)架構(gòu)成為開發(fā)的主流，而 ArcGIS Server for JavaScript API 是開發(fā)輕量級 WebGIS 系統(tǒng)的最佳選擇，是 Esri 基于 dojo 框架和 REST 風(fēng)格實現(xiàn)的一套編程接口，并用面向?qū)ο蟮姆绞綄ζ涮峁┑墓δ苓M行重新封裝，在客戶端可以輕松地利用JavaScript API 調(diào)用 ArcGIS Server 所提供的服務(wù)，并且將 ArcGIS Server 提供的地圖和其它資源（ArcGIS Online）嵌入到 Web 應(yīng)用中，實現(xiàn)地圖應(yīng)用和地理處理功能。使用 ArcGIS Javascript API 進行開發(fā)，有利用 ArcGISonline 提供的在線腳本服務(wù)和使用Javascript API 離線版本創(chuàng)建本地的 ArcGIS Javascript API 服務(wù) 2 種方法，開發(fā)人員只需編寫客戶端代碼，無需編寫服務(wù)器端代碼[4]。

1.2 WebGIS 技術(shù)與水資源信息的結(jié)合

隨著 WebGIS 應(yīng)用水平的逐步深化及推廣，WebGIS 與水資源業(yè)務(wù)的結(jié)合將有效地提高水資源信息的共享和服務(wù)水平，可以實現(xiàn)以下功能：

1）站點地圖的顯示、放大、縮小、漫游等WebGIS 基本功能。

2）水資源要素流功能，指以數(shù)據(jù)流的方式向客戶端發(fā)送矢量數(shù)據(jù)，使客戶端完成一些高級 GIS任務(wù)，如水雨情要素標(biāo)注、地圖提示創(chuàng)建、空間選擇等。

3）水資源信息查詢功能，采用創(chuàng)建新的查詢條件或執(zhí)行預(yù)定義的查詢獲取特定的信息。客戶端提交這些查詢條件給服務(wù)器，服務(wù)器將查詢的結(jié)果返回給客戶端。例如：查詢流域某日降水量大于 0 的所有站點，當(dāng)客戶端發(fā)出查詢命令后，服務(wù)器執(zhí)行查詢命令，然后將滿足該條件的站點以列表的形式快照返回到瀏覽器。

4）各類水資源專業(yè)服務(wù)產(chǎn)品的發(fā)布、實時監(jiān)測及歷史數(shù)據(jù)查詢功能。

5）基礎(chǔ)社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)等輔助決策支持數(shù)據(jù)的顯示及查詢功能。

2 查詢系統(tǒng)的設(shè)計及功能特色

2.1 查詢系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)

設(shè)計一個水位、雨量、水庫庫容等相關(guān)信息的水資源數(shù)據(jù)庫，整合現(xiàn)有相關(guān)水資源數(shù)據(jù)和資料，充分利用北江干流各重點大中型水庫、現(xiàn)有水文站點和雨量站等相關(guān)信息，實現(xiàn)對北江流域水位、流量、雨量、省管取水戶取水量、水庫入庫流量、水庫庫容和過程線等水資源信息的在線監(jiān)控，建立適用于北江流域的水資源（含取水許可監(jiān)管）WebGIS查詢平臺。

2.2 查詢系統(tǒng)的信息流程

韶關(guān)水情分中心數(shù)據(jù)庫通過數(shù)據(jù)交換服務(wù)器，由數(shù)據(jù)交互中心軟件寫入北江流域管理局水資源數(shù)據(jù)庫，供系統(tǒng)服務(wù)器讀取，用戶再通過互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)訪問系統(tǒng)服務(wù)器，獲取相關(guān)水資源信息。

針對水資源信息表達的多樣性、復(fù)雜性，采用 ArcGIS Server for JavaScript API 技術(shù)，提供更為豐富的表現(xiàn)力和交互功能，實現(xiàn)水資源業(yè)務(wù)特殊的表現(xiàn)，可大大提高系統(tǒng)的表現(xiàn)力、可操作性和用戶體驗。系統(tǒng)網(wǎng)站分內(nèi)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng) 2 大部分，局域網(wǎng)用戶可以使用廣東省水利廳信息數(shù)據(jù)中心的地圖服務(wù)，內(nèi)網(wǎng)地圖采用直接調(diào)用水利廳信息數(shù)據(jù)中心的地圖服務(wù)，互聯(lián)網(wǎng)則以自行建立發(fā)布的 ArcGIS Server 北江流域地圖為背景。站點規(guī)模包含水庫站17 站，水文（位）站 42 站，雨量站 134 站。除了地圖的顯示、放大、縮小、漫游、站點定位等 WebGIS基本功能，系統(tǒng)網(wǎng)站由以下 7 大主要部分組成：水資源綜合信息監(jiān)測區(qū)、降水等值線專題區(qū)、雨情信息服務(wù)區(qū)、水情信息服務(wù)區(qū)、水資源自助服務(wù)區(qū)、水資源專題服務(wù)區(qū)、用戶管理中心。查詢系統(tǒng)在功能上滿足用戶需求的同時，在性能設(shè)計上也盡量追求完善，以滿足系統(tǒng)運行的要求。查詢系統(tǒng)具有較高的抗干擾性和控制故障的能力，系統(tǒng)的維護升級、數(shù)據(jù)的更新簡單易行，還設(shè)置了訪問權(quán)限，杜絕了對系統(tǒng)的非法操作，同時系統(tǒng)界面簡潔清晰、生動直觀具有較好的可操作性。

2.3 查詢系統(tǒng)的功能特色

1）Web 在線批量生成降水等值線圖輔助決策功能。具有多種色帶與要素的組合選擇，通過 Web 遠程調(diào)用 Surfer 組件，實現(xiàn)從查詢—繪制—輸出到降水過程的動態(tài)演示的一氣呵成。繪制 1 張圖只需 3～5 s，1 次降水過程僅需 2～3 min。在線動態(tài)生成雨量等值線符合防汛決策中快速、準(zhǔn)確的要求，靈活性和直觀性強。

可繪制的降水要素有以下幾點：

a.逐時 n h 滑動總量。用于演示每 n h 累加并逐時滑動的降水動態(tài)變化過程。如 n = 1 代表每小時雨量，n = 3 代表每 3 h 累加雨量并逐時滑動（如 1～4時、2～5 時、3～6 時、4～7 時 ……）。

b.逐時日總量。用于演示日總量隨時間動態(tài)變化過程。按照傳統(tǒng)日雨量的概念，從每日 8 時開始計時，逐時累加成日總量。

c.逐時時段總量。用于演示時段總量隨時間動態(tài)變化過程。從選擇的起始時間開始計時，逐時累加成時段總量。

d.逐日日雨量。用于演示選擇時段內(nèi)每日日雨量動態(tài)變化過程。按照傳統(tǒng)日雨量的概念，日雨量計算是從當(dāng)日 8 時至次日 8 時累加總量。

f.時段累加總量。用于繪制選擇時段內(nèi)降水總量單張分布圖。

2）多要素切換功能。ExtJs 打造了多面板整體布局及邊框左右伸縮、Panel 多窗體切換、右側(cè)站點列表的要素勾選和排序，以及信息彈窗的多要素切換功能。邊框通過 region 配置 east，south，west，north，center 等面板；viewport 作為瀏覽器窗口的整個顯示部分，有著 Panel 多窗體切換功能；信息彈窗可切換查看水位過程線圖、剖面示意圖、降水柱狀圖及報表等。查詢系統(tǒng)主界面如圖1 所示。

3）實時水雨情監(jiān)測的站點降水顏色分級表達及聲音、光閃方式告警功能。放大比例后顯現(xiàn)的站點水資源信息標(biāo)示如圖2 所示，水位示意圖如圖3 所示。

4）地圖信息窗口顯現(xiàn)有鼠標(biāo)感應(yīng)的即指即現(xiàn)和點擊左健彈出 2 種表達方式。

5）水位示意圖和降水柱狀圖的特有表達。效果圖見圖1 和 3。

6）多站單要素對比查詢和單站雨洪等過程線繪制功能。

7）水量平衡法反推水庫入庫流量的輔助決策和交互式報表查詢功能。

圖1 查詢系統(tǒng)主界面

3 結(jié)語

基于 WebGIS 的北江流域水資源信息查詢暨輔助決策系統(tǒng)以現(xiàn)代水資源管理理論為基礎(chǔ)，以地理信息系統(tǒng)為框架，以計算機技術(shù)為依托，以水資源整合和信息共享為手段，將 WebGIS 技術(shù)與水資源管理工作通過 B/S 模式的系統(tǒng)開發(fā)有機地結(jié)合在一起。綜合運用了計算機、水文水資源、地理信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信等多方面技術(shù)，將 WebGIS 技術(shù)融合于水資源管理和分析，把水資源日常業(yè)務(wù)的需求與WebGIS 功能相結(jié)合，實現(xiàn)了流域水資源信息的快速檢索查詢，為水資源的科學(xué)管理、合理配置等決策提供技術(shù)支持服務(wù)，是一個集易操作性、技術(shù)先進性、功能綜合性和適度前瞻性等優(yōu)點于一身的綜合性流域水資源信息查詢系統(tǒng)。北江流域水資源信息查詢系統(tǒng)實現(xiàn)了對北江流域水位、流量、雨量、水庫入庫流量、水庫庫容及過程線等已有水資源信息的在線實時監(jiān)控和歷史數(shù)據(jù)查詢，充分發(fā)揮其在北江防洪與水資源調(diào)配中的關(guān)鍵性作用，經(jīng)過 1 年多的發(fā)布運行，穩(wěn)定可靠，具有明顯的業(yè)務(wù)特色和技術(shù)先進性，功能貼切用戶需求，實用性強。

北江流域水資源管理和保護是一項紛繁復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及面廣，管理和保護難度大，不同程度涉及環(huán)保、水務(wù)、國土等多個部門，長期以來形成了“九龍治水”的復(fù)雜局面。因此，有關(guān)部門應(yīng)加強頂層設(shè)計，整合各方資源形成合力，共同維護流域河湖健康發(fā)展。

圖2 放大比例后顯現(xiàn)的站點水資源信息標(biāo)示

圖3 水位示意圖

[1] 王秋生.北江水文特性及水電站運行方式[J].水利水運科學(xué)研究，1994 (增刊 1): 133-134.

[2]《中國河湖大典》編纂委員會.中國河湖大典?珠江卷[M].北京：中國水利水電出版社，2013: 219.

[3] 鄧鳳東.WebGIS 的應(yīng)用與開發(fā)[R].西安：陜西省農(nóng)業(yè)遙感信息中心，2007: 23-35.

[4] 劉宇，杜保坤，伏偉偉，等.ArcGIS API for Javascript 開發(fā)教程[R].北京：易智瑞（中國）信息技術(shù)有限公司，2013: 13-20.

Development of Water Resources Information Query and Aid Decision Making System in Beijiang River Basin

LIU Min
(Nanjing Branch of Hydrology and Water Resources Survey Bureau of Guangdong Province, Shaoguan 512028, China)

This paper simply describes the Beijiang River Basin water resources survey and WebGIS technology scheme, and briefly introduces the design and characteristics of the system function.The comprehensive application of computer, hydrology and water resources, geographical information system, network communication technology, water resources business demand combined with WebGIS technology, water resources information query system is developed successfully which is applicable to the Beijiang River Basin.It realizes the fast retrieval and query of water resources information, and provides technical support for scientific management, rational allocation of water resources decision.

Beijiang River Basin; water resources information; query system; WebGIS; search query

TV39

A

1674-9405(2014)06-0036-04

2014-09-11

劉 敏（1975－），男，湖南隆回人，高級工程師，主要從事水資源評價、水文分析計算、水文預(yù)報等工作。