水利資源管理系統(tǒng)論文

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1數(shù)字城市地理空間框架

城市信息化是社會信息化的重要組成部分，其主要表現(xiàn)形式即為數(shù)字城市建設(shè)，數(shù)字城市建設(shè)的推進(jìn)，必將促進(jìn)我國現(xiàn)代化水平、城市管理水平和國家信息化水平，從而有利于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步。數(shù)字城市綜合利用3S、網(wǎng)絡(luò)、多媒體和虛擬仿真等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對城市地理、自然環(huán)境、規(guī)劃建設(shè)和管理等的動態(tài)監(jiān)測、智能化管理和輔助決策等功能。數(shù)字城市建設(shè)是一個系統(tǒng)工程，需要各部門協(xié)同工作，建立和完善數(shù)據(jù)資源的高效共享機(jī)制，其中，城市基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)是其戰(zhàn)略基礎(chǔ)，表現(xiàn)形式為各種比例尺的線劃數(shù)據(jù)、正射影像和數(shù)字高程模型等，地理空間數(shù)據(jù)庫豐富的基礎(chǔ)資源和更新能力為數(shù)字城市的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。該系統(tǒng)研究基于數(shù)字許昌地理空間框架平臺進(jìn)行構(gòu)建，當(dāng)前，該市的數(shù)據(jù)平臺已采用國家測繪地理信息局的NewMap軟件構(gòu)建完成，所有公共數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)形式向各個部門提供，行業(yè)內(nèi)部保密數(shù)據(jù)則由對應(yīng)部門獨(dú)立存儲。

2系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

該系統(tǒng)是數(shù)字城市框架建設(shè)的一個重要組成部分，涉及全市的公共地理數(shù)據(jù)由市級信息中心統(tǒng)一管理，并通過NewMapServer為地圖服務(wù)，以瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server,B/S）模式，通過專門授權(quán)供各個職能部門作為地理底圖調(diào)用。水利行業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)采用空間數(shù)據(jù)引擎ArcSde和SQLServer數(shù)據(jù)庫存儲，由局信息中心管理，在部門局域網(wǎng)范圍內(nèi)以客戶端/服務(wù)器（Client/Server,C/S）模式共享。為了保證數(shù)據(jù)安全，需要對空間數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的版本控制及多用戶并發(fā)訪問、更新機(jī)制，同時，考慮到功能模塊的獨(dú)立性和后續(xù)擴(kuò)展性，系統(tǒng)采用組件式開發(fā)思想，將部分模塊封裝為類庫，并采用動態(tài)鏈接庫形式調(diào)用。系統(tǒng)選用通用的面向?qū)ο蠊ぞ遃isualStudio2010作為開發(fā)平臺，空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分別采用ArcGIS空間數(shù)據(jù)引擎和SQLServer2008存儲，系統(tǒng)專業(yè)平臺選用ESRI公司的開發(fā)組件ArcGISEngine。

3數(shù)據(jù)庫建設(shè)

3.1空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)

空間數(shù)據(jù)主要包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、水利設(shè)施數(shù)據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)等。

（1）基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)：包括1：50000航拍圖、行政區(qū)劃、土地利用現(xiàn)狀、交通、線/面狀水系和注記等。其中航拍圖、交通和注記以金字塔切片形式存儲，并以網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)WMS形式提供。

（2）水利設(shè)施數(shù)據(jù)：包括大壩、水庫、測井、灌溉井、堤防、河渠和渡槽等，這些屬于行業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)，需要由專門人員管理，并保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性。

（3）監(jiān)測數(shù)據(jù)：包括收集到的地下水位、水質(zhì)、變形、洪災(zāi)、用水量等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)與具體的水利設(shè)施密切相關(guān)，需要設(shè)置關(guān)聯(lián)字段以便后續(xù)調(diào)用。

3.2屬性數(shù)據(jù)庫建設(shè)

屬性數(shù)據(jù)分為兩類，一類是空間數(shù)據(jù)的描述性信息或附加信息，可通過索引與空間數(shù)據(jù)保持一致并聯(lián)動檢索，另一類是文本性的統(tǒng)計資料，如日照、降雨量、氣溫等信息，可用于統(tǒng)計匯總。

4系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

圍繞水利資源普查管理和業(yè)務(wù)特點(diǎn)，系統(tǒng)主要分為6大功能模塊，分別是：數(shù)據(jù)管理、可視化瀏覽、水利設(shè)施管理、地下水位監(jiān)測和分析、洪水淹沒預(yù)測和水文分析，其中水利設(shè)施管理、地下水位監(jiān)測和分析、洪水淹沒預(yù)測為系統(tǒng)核心功能，其他功能作為輔助。

（1）電子地圖：主要包含各類GIS圖形操作功能，如地圖的無級縮放和漫游顯示，能夠使用戶快速以各種比例尺瀏覽城市的各類水利資源；標(biāo)注的動態(tài)顯示，可根據(jù)參考比例動態(tài)顯示各類地圖的名稱信息，以增加可讀性和視覺效果；關(guān)鍵字查詢，根據(jù)輸入的查詢關(guān)鍵字從所有圖層中過濾符合條件的圖形；精確查詢，根據(jù)設(shè)定的圖層屬性字段值精確查找特定要素；數(shù)據(jù)編輯，高級管理員可修改ArcSDE中的空間數(shù)據(jù)及SQL中的屬性數(shù)據(jù)，一經(jīng)修改，所有用戶均可見。

（2）水利基礎(chǔ)信息管理：水利基礎(chǔ)信息包括歷年氣溫、降水、日照、洪水災(zāi)害、各河流水質(zhì)、地下水位線和城市農(nóng)村用水量等數(shù)據(jù)，該模塊整理編輯已有數(shù)據(jù)，并可根據(jù)時間段進(jìn)行報表統(tǒng)計輸出，對于新增數(shù)據(jù)，經(jīng)檢查確認(rèn)后入庫。該類數(shù)據(jù)以屬性記錄為主，為了確保與已有空間數(shù)據(jù)聯(lián)動，可設(shè)置關(guān)鍵字，以期實(shí)現(xiàn)空間和屬性的互查及符號化動態(tài)顯示。該功能使當(dāng)前繁瑣厚重的紙質(zhì)資料電子化，系統(tǒng)化。

（3）水利設(shè)施管理：該模塊將城市已有的大中型水庫、大壩、渡槽、灌溉井、測井、放水洞和溢洪道等集中管理，通過屬性鏈接可直觀查看已有設(shè)施的各類信息，如分布、庫容、壩型、防滲類型、有效灌溉面積、對下游影響、水位和水質(zhì)等資料，并能實(shí)現(xiàn)對各類信息的更新和統(tǒng)計。針對當(dāng)前水系分布特點(diǎn)和灌溉井分布不均的問題，根據(jù)已有灌溉設(shè)施計算灌溉保證率，在不能達(dá)標(biāo)區(qū)域，結(jié)合河網(wǎng)密度，采用疊加最優(yōu)法科學(xué)布置新的灌溉井，以實(shí)現(xiàn)位置最優(yōu)，總體灌溉面積最大。

（4）地下水監(jiān)測：地下水監(jiān)測是直接獲得地下水水質(zhì)、水量動態(tài)變化的唯一方法而被廣泛采用。地下水監(jiān)測主要針對已有測井歷年的采集數(shù)據(jù)，經(jīng)克里金插值后轉(zhuǎn)換為地下水位線進(jìn)行。該功能可按照時間段進(jìn)行橫向或縱向?qū)Ρ?，進(jìn)而分析地下水位變化的趨勢和原因，為科學(xué)治理提供決策依據(jù)。系統(tǒng)可自動計算插值后的水位線和監(jiān)測值之間的差值，若該值超過一定閾值，則自動推算可能存在誤差的測井及其記錄，以便修正更新。另外，系統(tǒng)也可根據(jù)已有測井分布及監(jiān)測數(shù)據(jù)，從減少插值誤差的角度計算新測井的布設(shè)位置。

（5）水文分析：水文分析是數(shù)字高程DEM數(shù)據(jù)應(yīng)用的一個重要方面，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，系統(tǒng)根據(jù)研究區(qū)的DEM數(shù)據(jù)，經(jīng)洼地填充后，計算水流方向和匯流累積量，以模擬水流過程，然后疊加上已有的行政區(qū)劃數(shù)據(jù)，分析洪水可能經(jīng)過的區(qū)域和淹沒深度，為后期的防洪搶險、潰壩分析和河道改擴(kuò)建等工作提供有益的技術(shù)支持。

（6）洪水淹沒分析：洪水淹沒分析是損失評估的重要環(huán)節(jié)，系統(tǒng)利用ArcScene建立工作區(qū)的三維模型，基于無源淹沒分析法模擬洪水的固定抬升和勻速抬升，并計算某時刻的淹沒面積、庫容和水深，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合已有的行政區(qū)劃和土地利用數(shù)據(jù)，分析洪水淹沒范圍和影響，為防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

5結(jié)束語

基于GIS的數(shù)字水利管理系統(tǒng)在科學(xué)治水、水資源優(yōu)化配置、提高信息化水平以及減輕管理人員工作強(qiáng)度等方面發(fā)揮了重要作用。系統(tǒng)研究正值河南省大力發(fā)展數(shù)字城市建設(shè)之際展開，根據(jù)當(dāng)前各城市水利建設(shè)管理現(xiàn)狀，提出了一套行之有效的數(shù)字化、規(guī)范化和科學(xué)化管理思路。該系統(tǒng)較好展示了GIS在水資源基礎(chǔ)信息管理、設(shè)施建設(shè)和動態(tài)監(jiān)測等方面無可替代的優(yōu)勢，必將為城市水利事業(yè)建設(shè)和發(fā)展提供科學(xué)的數(shù)據(jù)和決策支持。下一步將在多源數(shù)據(jù)融合和多系統(tǒng)集成等方面進(jìn)一步探討和研究。

作者：張俊峰許德合孫大鵬單位：華北水利水電大學(xué)國土資源部地學(xué)空間信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室