馬樂(lè)平，陳興國(guó)

（甘肅省疏勒河流域水資源管理局，735211，酒泉）

基于WebGIS的地下水超采區(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究及設(shè)計(jì)

馬樂(lè)平，陳興國(guó)

（甘肅省疏勒河流域水資源管理局，735211，酒泉）

地下水超采區(qū)；動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；WebGIS技術(shù)；功能劃分

針對(duì)甘肅省地下水超采問(wèn)題，本研究基于監(jiān)控體系采集的地下水信息數(shù)據(jù)，利用最新WebGIS空間技術(shù)，開(kāi)發(fā)了甘肅省地下水超采區(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是解決地下水超采問(wèn)題的重要手段，可監(jiān)控、分析處理地下水水位、水質(zhì)等信息，及時(shí)掌握超采區(qū)地下水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)地下水超采綜合有效治理。

甘肅是我國(guó)最為缺水的省份之一，近年地表水資源量不足，地下水補(bǔ)給量減少，地下水資源過(guò)度開(kāi)采導(dǎo)致地面沉降、地下水水位下降、地下水水質(zhì)惡化、土地鹽堿化等問(wèn)題的出現(xiàn)；人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致人們對(duì)自然資源的索取和占有量也越來(lái)越多，水資源出現(xiàn)失衡、貧水化。

甘肅省地下水超采區(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵創(chuàng)新是運(yùn)用WebGIS技術(shù)。WebGIS技術(shù)是基于Internet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用分布式體系結(jié)構(gòu)，可展現(xiàn)、存儲(chǔ)、分析空間信息和屬性數(shù)據(jù)，并利用空間信息的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析、模擬與評(píng)價(jià)，以解決復(fù)雜的地下水超采區(qū)評(píng)價(jià)、預(yù)警、管理等問(wèn)題，改變傳統(tǒng)地理空間分析中以單一評(píng)價(jià)模型分析的一種方法。該技術(shù)能提高超采區(qū)的勘察、評(píng)價(jià)與信息管理效率和精度，是實(shí)現(xiàn)地下水超采區(qū)評(píng)價(jià)、預(yù)警、管理等探索的新途徑。

一、總體框架

地下水超采區(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以WebGIS、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為依托，以地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)控體系和地下水地質(zhì)調(diào)查為基礎(chǔ)，采用地下水超采管理建設(shè)原則和標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)、GIS數(shù)據(jù)庫(kù)、專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)。地下水超采綜合治理系統(tǒng)框架包括信息采集層、信息傳輸層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層5個(gè)層面（見(jiàn)圖1）。

圖1 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

①信息采集層：主要包括地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)控體系和地下水地質(zhì)調(diào)查。地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)控通過(guò)地下水資源監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)設(shè)施采集動(dòng)態(tài)信息而實(shí)現(xiàn)；地下水地質(zhì)調(diào)查由人工現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)數(shù)據(jù)得出。

②信息傳輸層：通過(guò)GPRS和水利專(zhuān)網(wǎng)，為系統(tǒng)提供高速可靠的傳輸通道。

③數(shù)據(jù)資源層：對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體系進(jìn)行統(tǒng)一管理，主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)、GIS數(shù)據(jù)庫(kù)、專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)。

④應(yīng)用支撐層：提供統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)和運(yùn)行環(huán)境，為水資源應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)提供通用應(yīng)用服務(wù)和集成服務(wù)，為資源整合和信息共享提供運(yùn)行平臺(tái)。

⑤業(yè)務(wù)應(yīng)用層：該層是系統(tǒng)應(yīng)用的核心，由地下水綜合信息服務(wù)、超采監(jiān)測(cè)預(yù)警、超采決策支持、超采會(huì)商管理、超采信息發(fā)布等功能構(gòu)成，支撐地下水超采區(qū)綜合治理業(yè)務(wù)。

二、功能模塊

甘肅省地下水超采區(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括綜合信息服務(wù)、超采監(jiān)測(cè)預(yù)警、超采決策支持、超采會(huì)商管理、超采信息發(fā)布5大功能模塊。通過(guò)WebGIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)地下水資源空間數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查詢，并以多種方式展現(xiàn)超采預(yù)警信息，提高了對(duì)地下水超采問(wèn)題的關(guān)注；通過(guò)決策支持和會(huì)商管理系統(tǒng)制定超采區(qū)解決方案、信息發(fā)布系統(tǒng)執(zhí)行方案。

1.綜合信息服務(wù)

綜合信息查詢系統(tǒng)是將GIS應(yīng)用于地下水超采區(qū)管理和分析中，并將地下水超采區(qū)動(dòng)態(tài)信息與GIS功能相結(jié)合，借助GIS功能開(kāi)展地下水超采區(qū)動(dòng)態(tài)管理和分析工作。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地下水超采區(qū)動(dòng)態(tài)信息的快速檢索查詢，為地下水超采區(qū)動(dòng)態(tài)信息共享創(chuàng)造了條件。

綜合信息查詢系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢模塊包括已劃定的超采區(qū)、超采區(qū)分類(lèi)、超采區(qū)級(jí)別的查詢。判定地下水超采和劃定地下水超采區(qū)可依據(jù)：地下水開(kāi)采量是否超過(guò)可開(kāi)采量并造成地下水水位持續(xù)下降，或是否由于開(kāi)發(fā)利用地下水引發(fā)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害或生態(tài)環(huán)境惡化。超采區(qū)分為裂隙水超采區(qū)、巖溶水超采區(qū)、孔隙水超采區(qū)3大類(lèi)。根據(jù)地下水超采區(qū)在開(kāi)發(fā)利用時(shí)期的地下水水位年均持續(xù)下降速率、年均地下水超采系數(shù)以及環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害或生態(tài)環(huán)境惡化的程度，各級(jí)地下水超采區(qū)劃分為一般超采區(qū)和嚴(yán)重超采區(qū)，并在嚴(yán)重超采區(qū)中劃分出禁采區(qū)。

綜合信息查詢系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)查詢模塊包括地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)控體系和地下水地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)信息查詢。該系統(tǒng)提供地下水超采區(qū)基本情況表以及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)區(qū)的地下水水位監(jiān)測(cè)成果表、地下水開(kāi)采量監(jiān)測(cè)成果表、需要保護(hù)的名泉泉水流量監(jiān)測(cè)成果表、地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果表、地面沉降量監(jiān)測(cè)成果表、地面塌陷調(diào)查統(tǒng)計(jì)成果表、地裂縫調(diào)查統(tǒng)計(jì)成果表，為水利工作人員快速了解地下水資源信息提供方便。

2.超采區(qū)監(jiān)測(cè)預(yù)警

超采區(qū)監(jiān)測(cè)預(yù)警模塊可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地下水水位、水質(zhì)等，結(jié)合GIS地圖展示監(jiān)測(cè)網(wǎng)的空間分布點(diǎn)，并對(duì)超過(guò)臨界值進(jìn)行預(yù)警，直觀地對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)預(yù)警超采監(jiān)測(cè)點(diǎn)。此模塊與會(huì)商系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，當(dāng)某一測(cè)站預(yù)警，可通過(guò)查詢超采地區(qū)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并由會(huì)商管理發(fā)布地下水超采區(qū)解決方案。

甘肅省地下水超采區(qū)GIS展示，根據(jù)超采區(qū)級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)和地下水評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)確定超采區(qū)級(jí)別與上一次評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)級(jí)別變化情況，超過(guò)原級(jí)別超采區(qū)顯示紅色預(yù)警，與原級(jí)別相同顯示綠色預(yù)警，低于原級(jí)別顯示白色預(yù)警。

3.超采區(qū)決策支持

超采區(qū)決策支持模塊包括數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)兩部分。首先是對(duì)地下水超采區(qū)信息進(jìn)行綜合分析，并通過(guò)地下水動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和歷史水位變化趨勢(shì)進(jìn)行地下水資源評(píng)價(jià)；然后通過(guò)超采區(qū)預(yù)警信息研判預(yù)測(cè)，設(shè)計(jì)地下水資源評(píng)價(jià)模型，對(duì)未來(lái)地下水資源情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。GIS可直觀顯示地下水超采未來(lái)預(yù)測(cè)的水位、水質(zhì)等監(jiān)測(cè)信息，并能查詢出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的基本信息，計(jì)算描繪未來(lái)數(shù)據(jù)變化曲線及水質(zhì)變化曲線等，為研究地下塌陷、地下水枯竭等提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

4.超采區(qū)會(huì)商管理

根據(jù)水資源評(píng)價(jià)結(jié)果和預(yù)測(cè)成果，水行政管理人員通過(guò)超采區(qū)會(huì)商管理系統(tǒng)，針對(duì)超采情況提出解決方案，為保證地下水資源可持續(xù)循環(huán)利用、治理地下水環(huán)境問(wèn)題提供對(duì)策。

5.超采區(qū)信息發(fā)布

地下水超采區(qū)解決方案通過(guò)超采區(qū)信息發(fā)布系統(tǒng)發(fā)布給相關(guān)水行政管理人員。決策者獲得該解決方案后，可對(duì)超采區(qū)地下水利用進(jìn)行水量控制，通過(guò)禁采或是回灌等方式快速治理地下水超采區(qū)環(huán)境問(wèn)題，保證地下水的自然循環(huán)過(guò)程。

三、WebGIS技術(shù)的關(guān)鍵應(yīng)用

WebGIS技術(shù)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵應(yīng)用主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：

①更廣泛GIS數(shù)據(jù)使用。通過(guò)Web瀏覽器可以查詢多個(gè)不同服務(wù)器上GIS數(shù)據(jù)，大大優(yōu)化了GIS的數(shù)據(jù)管理，使得分散的數(shù)據(jù)在地圖上統(tǒng)一展現(xiàn)。

②圖形與數(shù)據(jù)的交互。如超采區(qū)的分布圖和屬性數(shù)據(jù)，預(yù)警超采區(qū)狀態(tài)圖和屬性數(shù)據(jù)，GIS能對(duì)具有時(shí)空特征的信息進(jìn)行可視化表達(dá)，有利于提高地下水資源管理決策的科學(xué)性、及時(shí)性。

③空間數(shù)據(jù)分析和處理。在決策支持系統(tǒng)里能夠?qū)Τ蓞^(qū)的空間對(duì)象進(jìn)行查詢和分析，將查詢或分析結(jié)果以報(bào)表或圖表的形式呈現(xiàn)，并能提供分析決策，輔助超采區(qū)解決方案的治理。

四、功能實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)是基于JAVA開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和ArGIS Server10.2產(chǎn)品而開(kāi)發(fā)的，實(shí)現(xiàn)對(duì)象模塊功能。根據(jù)甘肅省地下水超采區(qū)的分布特點(diǎn)和地下水管理問(wèn)題的需求，開(kāi)發(fā)甘肅省地下水超采區(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，基于決策支持系統(tǒng)地下水超采的評(píng)價(jià)模型，制作超采區(qū)解決方案并執(zhí)行。 基于WebGIS的甘肅省地下水超采區(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究及設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了方便快速的信息查詢、實(shí)時(shí)在線的監(jiān)測(cè)預(yù)警、快速執(zhí)行的信息發(fā)布，提供了功能強(qiáng)大的決策模型、快速跟進(jìn)的解決方案，為地下水資源可持續(xù)發(fā)展提供服務(wù)和決策依據(jù)。同時(shí)準(zhǔn)確實(shí)時(shí)收集地下水資源信息，快速高效處理大量歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并結(jié)合WebGIS技術(shù)和評(píng)價(jià)模型對(duì)未來(lái)地下水資源進(jìn)行預(yù)判，WebGIS在甘肅省地下水超采區(qū)管理中發(fā)揮了不可或缺的作用，同時(shí)也為地下水資源管理奠定了基礎(chǔ)。

[1]崔濤.甘肅省地下水超采區(qū)環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題與保護(hù)對(duì)策[J].地下水，2011（5）.

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責(zé)任編輯 江 芳

TN911.2

B

1000-1123（2016）05-0037-02

2015-09-17

馬樂(lè)平，高級(jí)工程師。

水利部公益性項(xiàng)目（編號(hào)：201301081-02）。