水利资源管理系统论文

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1数字城市地理空间框架

城市信息化是社会信息化的重要组成部分，其主要表现形式即为数字城市建设，数字城市建设的推进，必将促进我国现代化水平、城市管理水平和国家信息化水平，从而有利于经济发展和社会进步。数字城市综合利用3S、网络、多媒体和虚拟仿真等技术实现对城市地理、自然环境、规划建设和管理等的动态监测、智能化管理和辅助决策等功能。数字城市建设是一个系统工程，需要各部门协同工作，建立和完善数据资源的高效共享机制，其中，城市基础地理空间数据库建设是其战略基础，表现形式为各种比例尺的线划数据、正射影像和数字高程模型等，地理空间数据库丰富的基础资源和更新能力为数字城市的建设奠定了基础。该系统研究基于数字许昌地理空间框架平台进行构建，当前，该市的数据平台已采用国家测绘地理信息局的NewMap软件构建完成，所有公共数据以网络服务形式向各个部门提供，行业内部保密数据则由对应部门独立存储。

2系统总体架构设计

该系统是数字城市框架建设的一个重要组成部分，涉及全市的公共地理数据由市级信息中心统一管理，并通过NewMapServer为地图服务，以浏览器/服务器（Browser/Server,B/S）模式，通过专门授权供各个职能部门作为地理底图调用。水利行业内部数据采用空间数据引擎ArcSde和SQLServer数据库存储，由局信息中心管理，在部门局域网范围内以客户端/服务器（Client/Server,C/S）模式共享。为了保证数据安全，需要对空间数据建立相应的版本控制及多用户并发访问、更新机制，同时，考虑到功能模块的独立性和后续扩展性，系统采用组件式开发思想，将部分模块封装为类库，并采用动态链接库形式调用。系统选用通用的面向对象工具VisualStudio2010作为开发平台，空间数据和属性数据分别采用ArcGIS空间数据引擎和SQLServer2008存储，系统专业平台选用ESRI公司的开发组件ArcGISEngine。

3数据库建设

3.1空间数据库建设

空间数据主要包括基础地理数据、水利设施数据和监测数据等。

（1）基础地理数据：包括1：50000航拍图、行政区划、土地利用现状、交通、线/面状水系和注记等。其中航拍图、交通和注记以金字塔切片形式存储，并以网络地图服务WMS形式提供。

（2）水利设施数据：包括大坝、水库、测井、灌溉井、堤防、河渠和渡槽等，这些属于行业内部数据，需要由专门人员管理，并保证数据的完整性和一致性。

（3）监测数据：包括收集到的地下水位、水质、变形、洪灾、用水量等数据，这些数据与具体的水利设施密切相关，需要设置关联字段以便后续调用。

3.2属性数据库建设

属性数据分为两类，一类是空间数据的描述性信息或附加信息，可通过索引与空间数据保持一致并联动检索，另一类是文本性的统计资料，如日照、降雨量、气温等信息，可用于统计汇总。

4系统功能实现

围绕水利资源普查管理和业务特点，系统主要分为6大功能模块，分别是：数据管理、可视化浏览、水利设施管理、地下水位监测和分析、洪水淹没预测和水文分析，其中水利设施管理、地下水位监测和分析、洪水淹没预测为系统核心功能，其他功能作为辅助。

（1）电子地图：主要包含各类GIS图形操作功能，如地图的无级缩放和漫游显示，能够使用户快速以各种比例尺浏览城市的各类水利资源；标注的动态显示，可根据参考比例动态显示各类地图的名称信息，以增加可读性和视觉效果；关键字查询，根据输入的查询关键字从所有图层中过滤符合条件的图形；精确查询，根据设定的图层属性字段值精确查找特定要素；数据编辑，高级管理员可修改ArcSDE中的空间数据及SQL中的属性数据，一经修改，所有用户均可见。

（2）水利基础信息管理：水利基础信息包括历年气温、降水、日照、洪水灾害、各河流水质、地下水位线和城市农村用水量等数据，该模块整理编辑已有数据，并可根据时间段进行报表统计输出，对于新增数据，经检查确认后入库。该类数据以属性记录为主，为了确保与已有空间数据联动，可设置关键字，以期实现空间和属性的互查及符号化动态显示。该功能使当前繁琐厚重的纸质资料电子化，系统化。

（3）水利设施管理：该模块将城市已有的大中型水库、大坝、渡槽、灌溉井、测井、放水洞和溢洪道等集中管理，通过属性链接可直观查看已有设施的各类信息，如分布、库容、坝型、防渗类型、有效灌溉面积、对下游影响、水位和水质等资料，并能实现对各类信息的更新和统计。针对当前水系分布特点和灌溉井分布不均的问题，根据已有灌溉设施计算灌溉保证率，在不能达标区域，结合河网密度，采用叠加最优法科学布置新的灌溉井，以实现位置最优，总体灌溉面积最大。

（4）地下水监测：地下水监测是直接获得地下水水质、水量动态变化的唯一方法而被广泛采用。地下水监测主要针对已有测井历年的采集数据，经克里金插值后转换为地下水位线进行。该功能可按照时间段进行横向或纵向对比，进而分析地下水位变化的趋势和原因，为科学治理提供决策依据。系统可自动计算插值后的水位线和监测值之间的差值，若该值超过一定阈值，则自动推算可能存在误差的测井及其记录，以便修正更新。另外，系统也可根据已有测井分布及监测数据，从减少插值误差的角度计算新测井的布设位置。

（5）水文分析：水文分析是数字高程DEM数据应用的一个重要方面，主要包括水流方向、汇集量累积、水流长度、河网提取、等高线提取、流域盆地计算等几个部分，系统根据研究区的DEM数据，经洼地填充后，计算水流方向和汇流累积量，以模拟水流过程，然后叠加上已有的行政区划数据，分析洪水可能经过的区域和淹没深度，为后期的防洪抢险、溃坝分析和河道改扩建等工作提供有益的技术支持。

（6）洪水淹没分析：洪水淹没分析是损失评估的重要环节，系统利用ArcScene建立工作区的三维模型，基于无源淹没分析法模拟洪水的固定抬升和匀速抬升，并计算某时刻的淹没面积、库容和水深，在此基础上，结合已有的行政区划和土地利用数据，分析洪水淹没范围和影响，为防灾减灾提供科学依据。

5结束语

基于GIS的数字水利管理系统在科学治水、水资源优化配置、提高信息化水平以及减轻管理人员工作强度等方面发挥了重要作用。系统研究正值河南省大力发展数字城市建设之际展开，根据当前各城市水利建设管理现状，提出了一套行之有效的数字化、规范化和科学化管理思路。该系统较好展示了GIS在水资源基础信息管理、设施建设和动态监测等方面无可替代的优势，必将为城市水利事业建设和发展提供科学的数据和决策支持。下一步将在多源数据融合和多系统集成等方面进一步探讨和研究。

作者：张俊峰许德合孙大鹏单位：华北水利水电大学国土资源部地学空间信息技术重点实验室