上海市水资源综合管理系统设计与实现

高芳琴，潘崇伦，邱绍伟

（上海市水务信息中心，上海 200050）

0 引言

上海市滨江沿海，地处长江河口，同时位于太湖流域下游，得益于丰沛的过境水资源，水资源总量巨大，2008 年长江徐六泾水文站年平均流量为 26500 m3/s，折合年入海水量为 8381 亿 m3。但河网水质污染较为严重，全市水环境质量不容乐观[1]。作为水质型缺水的特大城市，上海实行严格水资源管理制度。

为提升城市水资源行政管理能力，优化社会服务水平和应急处置能力，实现城市水资源管理向动态管理、定量管理、精细管理和科学管理的转变，水利部从 2004 年起逐步安排了部分试点城市开展城市水资源实时监控与管理信息系统建设。作为“城市水资源实时监控与管理系统”建设试点城市之一，上海市于 2005 年起启动了水资源管理应用系统相关建设。充分利用现有信息化基础设施，综合应用统一数据交换、网络地理信息系统、集成发布等技术，梳理汇聚、整合了水资源管理的基础信息、管理信息、监测信息和统计报表，实现了水资源信息的交换共享、统计分析，构建了基于 1 张电子地图和 1 个门户网站的水资源综合管理系统。本文围绕水资源管理系统的总体设计和系统实现，对系统应用需求、建设目标和主要功能进行分析，并对水资源管理中的信息整合和应用集成进行了初步探讨。

1 系统设计

1.1 应用需求分析

上海市水资源管理分为市、区（县）2 级水行政主管，并实施市、区（县）、乡镇（街道）3 级管理，同时市、区（县）2 级的水资源管理均分为水利、供水、排水等多行业，各级管理单位的业务各有侧重分工[2]。

从水资源管理业务需求来说，系统应用覆盖行业基础管理、业务流转应用、综合管理决策和信息服务门户 4 个层面。其业务应用覆盖从基础水资源管理、水源地管理到取水管理、供水管理、用水管理、排水管理、水资源调度管理统计管理、应急管理等各个过程，其用户包括市、区县 2 级水行政主管部门、行业管理单位、供排水企业、设施养护单位、相关政府部门、取用水资源的单位和个人、社会公众等各个层面。

从水资源管理的信息需求来说，系统既需要水务行业中水资源现状、开发利用状况，又和社会经济、基础地理、环境气象、国土资源等多领域的信息相关，数据来源涉及到水务行业内部及水务系统外相关部门，如降雨量、河道湖泊水位、上游来水量等水资源量信息；水源地、原水、取水、供水、用水、排水等水资源开发利用过程信息；河道重要断面、水功能区、边界控制断面水质等水环境信息；水利、供水、排水工程设施信息；管理单位及取用水用户信息；基础地图、生态环境、国土资源、社会经济等其他相关信息[3]。

从信息共享和统筹建设的需求来说，系统需要实现多源、异构采集数据的汇聚整合，在行业数据库、核心数据库之间提供数据交换应用，同时，在技术架构的设计上，要充分考虑与水务电子政务系统、防汛指挥系统之间的一致性，以及与其他应用系统的集约建设，尽量利用原有的数据资源和软件资源。

1.2 总体架构设计

根据上海市水资源管理特点，设计了市、区县 2 级联动及水利、供水、排水各行业集成的水资源综合管理系统，通过多级、多行业信息的汇聚整合和交换共享，建立统一的水务数据中心和覆盖全市水资源管理的监管定量、信息共享、业务协同和辅助决策的水资源综合管理平台，拓展信息化在水资源管理中的应用深度，推进水资源行政许可、行业监管、行政执法、应急管理、建设规划等业务的协同管理。系统总体架构如图 1 所示。

图1 上海市水资源管理系统总体架构

1）信息门户服务包括对外信息门户和对内信息门户。基于互联网建立面向社会公众的公共信息门户，及时发布水资源管理动态信息，提供水资源相关办事服务受理窗口，提供公共参与、监督水资源管理的渠道；基于内网电子政务系统建立面向各级水务管理部门的内部信息门户，通过单点登录和统一权限管理，提供个性化的业务界面和结构清晰、内容可定制的水资源相关信息的发布和共享。

2）水资源综合管理应用以水务公共信息平台为基础建立基于 1 张电子地图的水资源综合管理应用，在信息统计、评价相结合的基础上，为决策者在水资源规划配置、综合调度及应急处置等方面提供全面、直观的信息支撑。

3）水资源综合数据库对市、区县 2 级水利、供水、排水、水文、滩涂等各行业的基础信息、实时监测信息、政务信息、行业管理信息，以及元数据进行汇聚整合、集中存储。对于水务系统外部的基础管理信息，如基础地理数据、社会经济数据、海事、气象等在线监测和人工采集信息，直接进入水资源综合数据库，并通过数据交换层为各级应用提供数据共享。

1.3 系统技术路线

系统设计了“统一门户登陆+统一平台应用+统一数据交换集成”的 3 层架构，综合利用信息门户、网络地理信息系统、数据交换等技术，以实现水资源相关信息的交换整合和集成发布，各级用户既是系统数据的来源者，又是系统应用的使用者。

1）基于数据交换中心模式的信息整合。水资源信息可分为自动监测数据、统计报送数据、人工观测数据、外部交换数据和系统生成数据，其主要来源于各类信息采集系统和业务应用系统。上海市水务局从 2008 年开始逐步建立了基于数据交换中心模式的数据交换平台，代替了传统的“点对点”数据交换模式[4]。基于数据交换中心模式，各类信息采集系统和业务应用系统都连向统一的数据交换中心，各类信息通过数据交换平台汇集到水资源综合数据库中，实现数据的集中、发布、路由、交换与同步。

2）基于统一门户的单点登录和权限管理。门户是新一代桌面，通过网络把各类信息和应用连接起来，为用户提供多种类型的信息服务和应用程序的单点访问。建立统一信息门户，包括单点登录、安全认证与授权管理、个性化定制服务、内容搜索、应用系统集成、内容管理，个性信息服务等模块，提供一致界面风格、统一访问路径的单一入口，以及用户层面的访问控制、服务定制等功能。

3）基于网络地理信息系统的统一平台信息集成发布。网络地理信息系统（WebGIS）是 Internet/Intranet 环境下的一种存储、处理、分析、显示、应用地理信息的计算机信息系统。通过 WebGIS 可以将后台数据库存储的各类信息进行定制后发布为地图服务，通过地图服务在客户端之间共享资源。所有的客户端并不需要安装单独的 GIS 软件，用普通的 Web 浏览器即可访问到同样的资源，就好像地图文档和数据存储在本地一样。这种模式下，水资源管理的各级部门与单位通过计算机网络共享各类数据和应用资源，以实现深层次的数据整合和综合管理应用[5]。

1.4 软件开发平台

系统的数据和应用共享服务通过 ESRI 的 ArcGIS Server 开发实现。ArcGIS Server 是一个用来构建集中管理、支持多用户的企业级 GIS 应用的综合平台，其利用服务的理念来对资源进行描述，提供了在 Internet/Intranet 环境下的一种兼容、存储、处理、分析、显示、应用地理信息的计算机信息系统。ArcGIS Server 是一个分布式系统，它由 GIS Server、Web Server、Clients、Data Server 等部分组成，可以分别部署在不同的机器上，在进程的管理及对象运行服务器的负载均衡方面有一定优势，可以有效地减少网络负载，提高数据库响应速度，便于系统的管理与维护。

系统应用开发采用了基于 ArcGIS Server 的纯浏览器、轻量级的 REST API 开发模式，在客户端可以轻松地利用 JavaScript API/Flex API 来调用 ArcGIS Server 所提供的服务，实现地图应用和地理处理功能。

2 系统功能实现及应用实例

上海市水资源综合管理系统作为全市水资源信息共享和集成应用平台，不仅对水资源基础数据进行管理，还将水资源数量、质量及开发利用过程中的实时监测信息、统计流转信息、行政许可信息等基于 1 张电子地图进行综合管理和共享，为各级水资源管理部分提供灵活便捷的在线信息查询和业务处理服务。目前在全市水资源普查、供水管网普查、排水管网普查、河道普查、水环境污染源调查等工作成果的基础上，汇聚整合了已有的各类实时或定期监测信息，重点建设了水资源信息门户、实时信息服务、基础信息管理、统计流转、专题评价、预案预警管理等功能应用。

2.1 水资源信息门户

电子政务系统即水资源信息内部门户，用户通过电子政务系统实现单点登录和统一权限管理。将水资源管理中的重要信息主动推送到信息门户，并按照赋予用户的权限来显示，如水资源动态、高峰供水日报、供水水质日报、水资源公报等。各类信息通过电子政务系统中提供的封装模块方式，部署在信息门户中的个人工作平台上主动进行展示，点击“更多”即可进入水资源综合管理 WebGIS 应用，查看该信息的更多相关内容。

水务局政府网站即水资源信息外部门户，通过水务局域网与互联网的内外网信息交换共享，在网站的便民信息模块将各类水资源管理信息分为水利、供水、排水 3 类，以图文结合的形式向社会公众发布。

2.2 水资源实时信息服务

通过 WebGIS 与水务数据中心中的实时类数据关联，动态显示降水量、沿江沿海潮位、河道水位、上游水量等水资源量信息，原水、供水、排水水质水量监测信息，重要河流、湖泊的水质信息，水闸泵站的工程监测信息等，并实现自动告警、动态刷新等功能。例如：1）将各测站雨量值在电子地图上显示，以不同颜色梯度表示雨量级别，直观显示全市雨量空间分布，显示某一测站在不同时刻的雨量分布，动态生成指定时段内的雨量等值线、等值面等；2）对水闸泵站的实时监测，通过不同颜色实时显示闸门启闭情况，并直接显示闸内外水位，鼠标悬停时显示该水闸的详细信息，数据刷新频率为 5 min；3）长江原水水质监测情况，通过高亮显示提示盐度超标，可能发生咸潮事件。

2.3 水资源基础信息管理

基础信息管理模块包括基础管理、取水管理、供水管理、排水管理和专题行动 5 个子模块，每个子模块又包括若干个数据图层，如各级河流湖泊、取水口、供水设施、排水设施、污染源、水利设施。通过地图浏览和查询，可以在电子地图上方便的查询到水资源基础管理相关的各类信息的空间位置及属性。

例如：显示全市市管取水口分布图，包括地下水深井和市属地表取水口，点击取水口要素后显示取水单位详细信息，包括工程名称、地址、所属行业、审批水量、取水方式、年度实际取水量等；全市水厂分布图，可查询水厂地址、类型、所属公司、清水库容量、生产能力等各项属性指标。

2.4 水资源统计流转

水资源综合统计是水资源决策和管理的重要支撑，根据水务行政管理体制改革的新情况和水务局“加强行业基础管理”的要求，对水资源行政许可、设施管理、运行监管进行流程梳理和相应的表单设计，整理并初步建立了多级水资源信息统计体系，共包含 40 余张基础调查表、50 余张综合统计表、10 余张资源核算表及 10 余张附属信息表，实现了水资源统计报表网上填报流转和综合发布等功能。各级用户通过水务电子政务系统登陆后可按权限实现报表的网上填报、查询修改、审核批注和浏览打印。上报后的信息按取水、供水、用水、排水和专题报告分类，并按照不同粒度进行分类统计，通过地图发布平台以专题地图和统计图表的方式直观显示，例如城市供水按照年份、区县、供水能力、供水设施量、供水量、售水量等进行综合统计。

2.5 水资源专题评价

将水资源实时监测信息、统计信息与地图相结合，通过直观的专题地图方式显示各项指标的空间分布及趋势变化，包括分色渲染、动态标注、等值线（面）图等，主要包括水资源数量评价、河道水质评价、开发利用评价等子模块。

例如：对月降雨量进行的等值面方式的基础评价，用户可以通过 Web 页面制作交互式动态等值线（面），对场次降雨、任意时段降雨进行评价，时间精度为小时；显示全市骨干河道水质评价结果，其以每月的人工监测数据为基础，按不同水质级别以不同颜色直观反映全市骨干河道的水质情况，给出全市骨干河道水质统计信息。

2.6 预案预警管理

在水资源应急处置管理方面，针对咸潮预警及应急处置、水源地突发污染事故应急处置、水源地水质预警，系统实现了各类突发事件的相关指标自动监测报警、人工录入及预警信息的审核、发布等功能。通过对水资源应急管理的数字化、地图化，为水资源应急处置的快速调度决策提供综合信息支撑。

3 结论及建议

系统基于统一信息门户与网络地理信息系统实现了集水资源采集、共享服务、综合应用于一体的水资源信息管理，为全面掌握上海市水资源状况及开发利用提供了信息支撑，在水源地水质监测预警、保障原水供水统一调度及水资源日常业务管理、水环境整治等工作中得到了较好的应用。

目前上海市水资源管理系统通过试点项目建设，主要实现了水资源管理中各类基础、监测、统计信息的汇聚整合和集成发布，基本完成水资源管理要素的数字化。水资源管理系统在下一阶段建设中，将重点加强对业务管理流程数字化应用建设，使各类水资源信息在实际工作中规范流转和充分应用，以实现信息系统对业务管理流程的重要支撑。同时，信息系统作为业务管理支撑，其更重要的是系统内的信息本身，这就要求我们从关注信息系统转移到关注信息本身。从信息链的角度来看，进一步探讨如何收集数据，数据如何组织、分类，如何标识、生产、挖掘和表现。

[1]上海市水资源公报[R]. 上海：上海市水务局，2008.

[2]程晓冰，石玉渡，蒋云钟. 国家水资源管理系统建设总体构架[J]. 中国水利，2008 (19): 19-20.

[3]张秣谖，韦诚. 江苏省水资源管理信息系统建设初探[J].江苏水利，2008 (3): 13-15.

[4]王君，苑红洁，胡湘，等. 水资源质量信息管理与分析评价系统[J]. 黑龙江水利科技，2008 (2): 59.

[5]李静芳，高芳琴. 浅谈上海市水务公共信息平台及其数据交换技术[J]. 水文，2008 (28) : 176-178.