地下水超采區綜合治理信息系統設計與應用

劉 凱，張衍福，趙 新

（山東省水利綜合事業服務中心，山東 濟南 250014）

山東省平原區地下水超采區面積為12210km2，約占全國超采區總面積的1/5，其中淄博至濰坊區域超采區面積達5 422 km2，占全省超采區總面積的44.4%，該區域是山東省最大的地下水超采區，出現了環境地質災害及生態環境破壞現象，對當地的水生態環境、人民生產生活帶來了嚴重危害。為實現地下水超采區的綜合治理，有效解決區域水資源短缺、超采、時空分布不均等問題，促進水資源可持續利用，山東省全面開展實施了地下水超采區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對地下水超采區域綜合治理的全面管理，建立一套綜合管理的信息化系統[2]，有利于為省、縣、工程三級管理部門提供信息數據和決策支持，實現建設過程“可管”、“可控”、“可監督”，建設成果“可看”、“可用”、“可分析”，日常管理“便捷”、“高效”、“可協同”，全面提高地下水超采區綜合治理現代化水平[3]。

1 設計思路與建設原則

1.1 統籌規劃，統一標準

系統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]，進行統一的規劃設計，保障各個環節相互銜接。同時還要建立統一的技術基礎平臺和統一的標準和規范，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，根據目前地下水超采區最核心、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，按照地下水超采區治理工程總體設計實現新舊資源的整合，增加相互之間的兼容性，實現不同系統間優勢互補，并根據新的要求進一步拓展、完善和提升應用系統的功能與質量[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量。同時，采用新理念、新辦法、新手段，加強信息系統的運營管理，完善安全措施。

2 系統平臺架構

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

圖1 地下水超采區綜合管理系統架構圖

采集層：主要將地下水超采區域綜合治理工程建設的水位、水質、雨量地下水水位、水質監測站點以及壽光市已建設的水雨情自動測報系統、工情、視頻等各類數據匯集至系統。

通信層：主要利用移動網絡、互聯網、水利專網組成的水利通信網絡與信息傳輸通道進行各類數據信息的傳輸。

云數據層：主要包括綜合治理云平臺和綜合治理大數據系統，綜合治理云平臺提供基礎的云服務設施和支撐軟件。綜合治理大數據系統由基礎數據庫、業務數據庫、空間數據庫等組成，提供數據的匯集、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、服務類信息及業務對社會公眾、企業單位提供服務。

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域綜合治理情況的總覽、工程信息的監管、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 系統功能模塊表

3.1 流域“一張圖”

流域“一張圖”以地下水超采區所在流域信息數據和壽光市各類水利相關信息數據為基礎，基于三維地理信息系統，設計開發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。系統匯集流域相關的各種信息，提供地圖、各類報表、統計圖表等多種展示方式，“流域”一張圖提供基礎信息、綜合監控、斷面監測、水質監控、預警管理及統計分析六個功能模塊，可實現各級管理人員及時、快速地了解工程情況、河道信息、治理情況、河道各監測斷面和河面建筑的監控情況以及水質檢測結果，實現對當前工程、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和成效提供多樣化的信息展現渠道。

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的各類建筑物及設施的基本資料管理以及建設監督等功能，包括項目基本信息模塊、項目進度管理模塊、質量與安全監督管理模塊。

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部公文、通知進行管理的功能，主要包括收文管理、發文管理、公文查詢和通知管理。

3.5 地下水智能分析

系統針對地下水超采區中的巨淀湖周邊地下水實際狀況，集成了MODFLOW等專業水文軟件并對巨淀湖地下水環境進行三維建模，實現巨淀湖周邊地下水流場、溶質運移模型、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度打下基礎。

4 結語

本文對地下水超采區綜合治理信息化系統進行了設計和研究，并初步實現了一套可以應用于實際管理的信息化系統，有利于對業務管理流程進行規范，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督，智能分析模塊的建設也為傳統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、大數據分析、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驗和專業素養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、大數據分析、人工智能等諸多方法可以和水利業務管理深度的融合，可為用戶提供更加方便、快捷、智能、有價值的信息，真正實現水利管理的現代化。