地下水超采區(qū)綜合治理信息系統(tǒng)設計與應用

劉 凱，張衍福，趙 新

（山東省水利綜合事業(yè)服務中心，山東 濟南 250014）

山東省平原區(qū)地下水超采區(qū)面積為12210km2，約占全國超采區(qū)總面積的1/5，其中淄博至濰坊區(qū)域超采區(qū)面積達5 422 km2，占全省超采區(qū)總面積的44.4%，該區(qū)域是山東省最大的地下水超采區(qū)，出現(xiàn)了環(huán)境地質(zhì)災害及生態(tài)環(huán)境破壞現(xiàn)象，對當?shù)氐乃鷳B(tài)環(huán)境、人民生產(chǎn)生活帶來了嚴重危害。為實現(xiàn)地下水超采區(qū)的綜合治理，有效解決區(qū)域水資源短缺、超采、時空分布不均等問題，促進水資源可持續(xù)利用，山東省全面開展實施了地下水超采區(qū)域綜合治理示范項目[1]。為保障項目的實施過程及建成后的日常管理工作，通過信息化的手段實現(xiàn)對地下水超采區(qū)域綜合治理的全面管理，建立一套綜合管理的信息化系統(tǒng)[2]，有利于為省、縣、工程三級管理部門提供信息數(shù)據(jù)和決策支持，實現(xiàn)建設過程“可管”、“可控”、“可監(jiān)督”，建設成果“可看”、“可用”、“可分析”，日常管理“便捷”、“高效”、“可協(xié)同”，全面提高地下水超采區(qū)綜合治理現(xiàn)代化水平[3]。

1 設計思路與建設原則

1.1 統(tǒng)籌規(guī)劃，統(tǒng)一標準

系統(tǒng)建設是個復雜的工程，需要綜合考慮各方面的實際情況，制定科學合理、切實可行項目的信息化建設的總體目標及分階段目標[4]，進行統(tǒng)一的規(guī)劃設計，保障各個環(huán)節(jié)相互銜接。同時還要建立統(tǒng)一的技術基礎平臺和統(tǒng)一的標準和規(guī)范，在實施過程中嚴格遵循相關標準。

1.2 突出重點，分步實施

綜合考慮人力、物力、資金等多方面因素，把總體目標分解為若干階段性任務，根據(jù)目前地下水超采區(qū)最核心、最關注的建設需要，合理安排運籌，并集中力量解決不同階段的重要問題。

1.3 整合資源，信息共享

充分利用以往信息化建設積累的可用資源，按照地下水超采區(qū)治理工程總體設計實現(xiàn)新舊資源的整合，增加相互之間的兼容性，實現(xiàn)不同系統(tǒng)間優(yōu)勢互補，并根據(jù)新的要求進一步拓展、完善和提升應用系統(tǒng)的功能與質(zhì)量[5]。

1.4 加強管理，保證安全

借鑒國外先進的科學管理辦法，建立起項目管理制度，確保信息化工程的建設質(zhì)量。同時，采用新理念、新辦法、新手段，加強信息系統(tǒng)的運營管理，完善安全措施。

2 系統(tǒng)平臺架構

整體系統(tǒng)架構以水利信息化保障環(huán)境和系統(tǒng)安全運行環(huán)境為基礎[6]，自底向上地劃分為五個層次：采集層、通信層、云數(shù)據(jù)層、應用服務層和用戶層。具體架構如圖1所示。

圖1 地下水超采區(qū)綜合管理系統(tǒng)架構圖

采集層：主要將地下水超采區(qū)域綜合治理工程建設的水位、水質(zhì)、雨量地下水水位、水質(zhì)監(jiān)測站點以及壽光市已建設的水雨情自動測報系統(tǒng)、工情、視頻等各類數(shù)據(jù)匯集至系統(tǒng)。

通信層：主要利用移動網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)、水利專網(wǎng)組成的水利通信網(wǎng)絡與信息傳輸通道進行各類數(shù)據(jù)信息的傳輸。

云數(shù)據(jù)層：主要包括綜合治理云平臺和綜合治理大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，綜合治理云平臺提供基礎的云服務設施和支撐軟件。綜合治理大數(shù)據(jù)系統(tǒng)由基礎數(shù)據(jù)庫、業(yè)務數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫等組成，提供數(shù)據(jù)的匯集、存儲、清洗、加工、脫敏等功能。

應用服務層：為各類用戶提供各類業(yè)務應用服務，包括流域“一張圖”、工程信息管理、項目管理、日常工作管理、智能分析等功能[7]。

用戶層：為省、市、縣以及工程管理單位提供不同權限的服務，部分公共類、服務類信息及業(yè)務對社會公眾、企業(yè)單位提供服務。

3 功能設計

為滿足壽光市水行政主管單位對地下水超采區(qū)域綜合治理情況的總覽、工程信息的監(jiān)管、項目進度的進展以及巨淀湖對地下水影響智能分析等方面的需求，設計了水利信息“一張圖”、工程信息管理、項目管理、日常工作管理、地下水智能分析五項功能。具體功能設計如表1。

表1 系統(tǒng)功能模塊表

3.1 流域“一張圖”

流域“一張圖”以地下水超采區(qū)所在流域信息數(shù)據(jù)和壽光市各類水利相關信息數(shù)據(jù)為基礎，基于三維地理信息系統(tǒng)，設計開發(fā)了適應流域圖形化展示特點的直觀便捷、靈活多樣、適應性強的圖形化展示系統(tǒng)。系統(tǒng)匯集流域相關的各種信息，提供地圖、各類報表、統(tǒng)計圖表等多種展示方式，“流域”一張圖提供基礎信息、綜合監(jiān)控、斷面監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)控、預警管理及統(tǒng)計分析六個功能模塊，可實現(xiàn)各級管理人員及時、快速地了解工程情況、河道信息、治理情況、河道各監(jiān)測斷面和河面建筑的監(jiān)控情況以及水質(zhì)檢測結果，實現(xiàn)對當前工程、河道、綜合治理情況的信息服務。為水利工作人員在綜合治理工作的動態(tài)和成效提供多樣化的信息展現(xiàn)渠道。

3.2 工程信息管理

工程信息管理提供對綜合治理范圍內(nèi)相關水利工程信息的管理和維護，主要包括工程信息查詢模塊、信息維護模塊及統(tǒng)計分析模塊。

3.3 項目管理

項目管理主要提供對地下水超采綜合治理所修建開發(fā)的各類建筑物及設施的基本資料管理以及建設監(jiān)督等功能，包括項目基本信息模塊、項目進度管理模塊、質(zhì)量與安全監(jiān)督管理模塊。

3.4 日常工作管理

日常工作管理主要向行政主管單位提供對內(nèi)部公文、通知進行管理的功能，主要包括收文管理、發(fā)文管理、公文查詢和通知管理。

3.5 地下水智能分析

系統(tǒng)針對地下水超采區(qū)中的巨淀湖周邊地下水實際狀況，集成了MODFLOW等專業(yè)水文軟件并對巨淀湖地下水環(huán)境進行三維建模，實現(xiàn)巨淀湖周邊地下水流場、溶質(zhì)運移模型、地下水水位等信息的三維模擬，為實施精細化水利工程管理和調(diào)度打下基礎。

4 結語

本文對地下水超采區(qū)綜合治理信息化系統(tǒng)進行了設計和研究，并初步實現(xiàn)了一套可以應用于實際管理的信息化系統(tǒng)，有利于對業(yè)務管理流程進行規(guī)范，有利于對整個項目資料、項目建設過程、項目進展、運行等各個階段的關鍵性文件和步驟進行留檔和監(jiān)督，智能分析模塊的建設也為傳統(tǒng)的信息化建設提升了分析和決策能力，可為管理者進行評價和決策提供一定的支撐和幫助。但是水利模型、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等先進技術如何進一步同信息化建設相融合仍然是一個需要不斷深耕研究的課題，由于受限于采集體系不完善、模型邊界較模糊等條件限制，當前僅可以為用戶提供一定可參考的信息，但還需要管理者依靠自身的經(jīng)驗和專業(yè)素養(yǎng)對其結果進行判斷和分析后再進行利用。而在未來，隨著采集體系的不斷完善和豐富，模型算法、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等諸多方法可以和水利業(yè)務管理深度的融合，可為用戶提供更加方便、快捷、智能、有價值的信息，真正實現(xiàn)水利管理的現(xiàn)代化。