南水北调西线工程综合数据管理与服务平台

霍建伟，郑喜勤，陶富岭

（黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 450003）

0 引言

南水北调西线工程（以下简称西线工程）位于青藏高原的东南部，是从长江上游通天河、金沙江、雅砻江和大渡河等干支流调水入黄河上游的跨流域调水重大工程，是我国“四横三纵”南水北调总体战略布局的重要组成部分。工程规划分3期实施，第1期工程采用全隧洞自流引水方案，引水隧洞总长320km，受水区包括青海、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西等6省区的缺水地区和黄河流域。

西线工程大部分处于海拔3000m 以上的青藏高原，气候寒冷，人烟稀少，交通不便，地理环境特殊。从 1952年组织查勘通天河引水线路到现在，工程前期研究已开展半个多世纪，积累了大量基础数据和资料，包括基础地理、地质、社会经济、水文、气象、生态环境、地面照片、航空航天影像等调水区地表和地下信息及研究成果。随着西线工程建设步伐的加快，研究开发南水北调西线工程综合数据管理与服务平台，高效处理、利用、整合这些重要的基础数据和资料，促进规划、地质、移民、环评、水保、测绘、勘探、水工、施工等多专业协同配合，扩展研究的深度和广度，提高成果科技水平和工作效率。

1 建设目标和任务

1.1 建设目标

西线工程综合数据管理与服务平台（以下简称管理服务平台）旨在运用先进信息技术，通过对基础数据资料的采集与生产；多专业与多类型数据组织模型研究；数据存储、管理与共享方式研究；数据综合利用，专业应用相结合等关键技术的研究，探索实现工程数据集中化存储、分布式管理、网络化共享服务的方法，提升勘测规划设计手段，推进西线工程勘测规划设计现代化。

建设总目标是：利用地理信息系统（GIS）、数据库（RDBMS）、CAD、中间件、计算机网络等技术对调水和受水区及相关地区自然经济社会生态环境等要素建立数据库；通过建设西线工程数据中心，将数据以统一、规范、标准的信息格式向西线工程各种业务应用提供，从而实现信息资源的网络共享；在此基础上建立西线工程综合信息服务平台，为各类应用人员提供基于 GIS 的数据管理、查询统计、计算分析、空间数据显示和处理等功能；从而为数字西线工程提供统一的数据使用、整合、管理、维护、共享、访问集成平台。

1.2 建设与开发任务

管理服务平台建设重点为调水工程区、河流区，并考虑受水区，主要建设任务由以下5部分组成：1）建立西线工程数据中心；2）建立基于专业应用的综合基础数据库；3）开发功能完善的管理服务平台，包括综合信息服务和专业应用服务；4）建立西线工程数据共享机制；5）建立西线工程信息技术标准系统。

2 总体框架

总体框架如图1所示采用3层体系结构，即数据、中间支持和应用服务层。数据层存储和提供系统所需处理的数据，即综合基础数据库；中间层包括空间数据管理、发布、访问等中间件；应用服务层包括各种客户端软件和应用服务系统。

图1 总体框架图

3 数据库设计与实现

3.1 属性数据库

1）地质数据。

a.构造：褶皱，结构面（包括断层、节理等）等；

b.地震：地震加速度、动反应谱特征周期等；

c.地层特征：地质时代，地层岩性，区域标准地层等；

d.勘探：钻探，洞探，坑、槽探等；

e.试验：现场试验（抽、压、注、渗水，载荷，回弹等）和室内试验（岩土力学，水化学试验，地层年龄测定等）；

f.物探：电法、磁法、波速、重力异常、放射性等；

g.遥感：航片和卫片；

h.地质测绘：野外地质点记录等。

2）生态环境数据。

a.生态环境：动植物现状及生态类型，生态演替及其他生态问题；

b.资源系统：气候、土地、水、动植物；c.环境系统：环境保护和建设、水土保持、自然保护区、水资源保护与污染治理情况等。3）建设征地移民数据分为淹没实物和规划数据。淹没实物数据划分为省、州、县、乡、村、组、户和其它8类的实物指标；规划数据划分为安置点、乡、企业、乡镇外单位、文物和县基础设施6类的规划数据表 。4）水文气象数据分为水文和气象数据。水文数据分为流量、水位、断面、输沙、洪水、水温、含沙、冰清、降水9类；气象数据分为气压、气温、汽水压、湿度、降雪、降水、风速、日照、冻结、蒸发量和地温11类。5）社会经济数据包括自然地理、调水区社会经济调查、水资源量、开发利用状况、水资源供需情况等，主要是调水区50个县市，受水区黄河流域的500个县市自 1980年起至今的情况。6）文档多媒体数据包括文档资料、音频、视频、图片、照片、多媒体资料等。

3.2 空间数据库

西线工程综合基础数据库空间数据，设置1:2000，1:10000，1:25000，1:50000，1:250000这5种比例尺。

1）基础地理。分为测量控制点、居民地、地物设施、交通、管线垣栅、水系、境界、地貌土质、植被、地名、辅助要素、栅格数据12类。以地理要素类为基础，按照其空间特性（点、线、面）和不同属性进行分层。

2）工程地质。分为基础地质、构造信息、地震信息、勘探工作、测试、剖面、建筑物布置、料场、工程9类图层。范围包括调水工程、引水线路、水库、坝址和料场分布等区。

3）生态环境。主要包括监测点、土地利用、植被分布、动物分布、自然保护区、料场弃渣区等要素，比例尺均为 1:250000。

4）建设征地移民空间数据。主要包括土地类别、土地权属、淹没影响区、移民安置区、交通、输电线、通讯线等要素。除移民安置区采用1:250000比例尺，其它均为 1:10000。

5）水文气象空间数据。分为水文、雨量、气象3个专题图层，比例尺为 1:250000。

6）社会经济空间数据。包括调水和受水区2部分，按水资源可分为 1～4级4个分区，比例尺均为 1:250000。

7）工程设计数据。主要包括调水工程线路布置、枢纽坝址区分布、施工设施分布、引水支洞、竖井等，比例尺为 1:50000。

4 管理服务平台设计与开发

4.1 系统结构与功能

管理服务平台以工程数据库为基础，包括数据管理、文档管理、后台维护、综合信息应用服务和专业应用服务等系统（地质、移民、水保、环评、规划、工程设计）。

4.2 数据管理平台功能

1）数据管理。提供统一、向导式的输入界面对各类属性、空间地理数据进行输入编辑和批量导入，数据有效、完整性验证等；提供专业基础建库、初始化和结构调整，以及已建库结构、入库数据的浏览。

2）文档管理。实现对西线工程的各种文档进行登记、存储、查询、打印等管理。

3）后台维护。包括系统各类用户、权限、日志和资源等管理。

4.3 应用服务平台功能

1）综合信息应用服务系统。

a.数据发布。提供空间地理数据和属性信息的网络发布，包括数据共享和各种信息浏览、地图查询、统计分析和数据下载等功能。

b.数据服务。提供 GIS 地图的分类导航、空间位置的属性表交互查询，以及各类工程综合数据查询、显示与制图输出。

c.专业分析。提供常用 GIS 空间分析（缓冲区、位置分析、坡度、坡向、山体立影、剖面等）和基于 DEM 专业分析（水库淹没分析、库容、挖填方、等值线等）。

2）专业应用服务系统。

a.地质。提供钻孔、平硐、断层、节理、坝轴剖面、线路平面、天然建材等综合统计和输出；提供实验室试验成果分析（水样水质、室内土工、室内岩石、建材土料、建材石料）和现场测试成果分析（点荷载、回弹、岩体剪切、岩体变形、钻孔地应力、平洞地应力、地温、压力、抽水等）。

b.移民。提供移民实物指标（人口、房屋、土地、公路、电力、通信等）按村、行政村、乡镇、县市、省分级汇总统计；提供安置规划分级查询（安置去向、居民点、乡镇迁建、企业迁建、专项等）；提供淹没分析和影响损失分析模型的淹没影响、实物指标、淹没比较和综合方案比较等分析。

c. 环评、水保。 提供生态环境（水质监测、污染源、水温测试、地下水、水保监测、土壤侵蚀、森林、植被、水环境、防治分区与措施）信息的显示、查询和输出；提供基于水土流失预测分析模型（土壤侵蚀模数、通用土壤流失方程）的主体工程区、土石料场、堆弃渣场等区域水土流失量估算。

d.规划。提供调水区多年各类水文、气象要素（流量、水位、水温、含沙、气温、降水、风速等）的快速统计、查询和图表输出；提供多年社会经济调查成果统计输出；提供可调水量分析模型的水文水资源信息处理。

e.工程设计。提供基于 DEM 的开挖填方、库容、占地平整等工程量估算，以及开挖、库容、地形等分析参数化计算模型。

5 成果应用情况

目前测绘、勘察、地质、水文水资源、生态环境、工程设计与施工等数据资料已在工程数据中心网络化存储、共享与使用，围绕工程地质、移民、环评、水保、规划、设计等专业应用，研发了以专业需求为导向的支持系统，提升了专业应用的深度。

地质专业重点应用了地质测绘成果查询和勘探试验成果等分析。通过以区域地质、水库区综合地质、枢纽工程区地质、天然建材分布为背景图，集成断层、水文地质、钻孔、平硐、节理、建材料场和线路、库区、坝址等要素，为地质专业人员提供图文并茂的各种综合工程地质资料；对外业采集的大批量勘探试验数据进行实验室试验和现场测试成果分析，为地质勘察报告编制提供成果分析数据及其统计、计算资料及图形、表格。

移民专业重点应用了实物指标调查分级汇总、规划分级查询和库区淹没影响损失分析，以自然村、村、乡、县、州、省等逐级汇总方式，采用可视化图表显示分级汇总、查询及详细数据；通过淹没影响实物指标和损失分析模型，汇总计算库区淹没影响、施工区占压影响实物指标，估算补偿费概算和损失分析，为编制移民安置规划方案和计算水库淹没补偿投资提供数据支持，为移民规划专业技术人员提供快速、准确和直观的淹没影响数据指标和分析报表。

环评和水保专业重点应用了调水区生态环境和水土流失预测分析。通过以环境监测、土地利用、植被现状、野生动植物、自然保护区为背景图，提供综合直观的生态环境现状资料查询；通过水土流失预测分析模型，以施工总布置、土壤侵蚀分布等为背景图，研究主体工程区、土石料场、堆弃渣场、施工生产生活区、施工道路等区域产生的水土流失总量，为水保专业人员提供可视化、高精度的水土流失预测分析方法和技术手段。

规划专业重点应用了水文气象、社会经济要素查询统计和水文水资源综合规划分析，以调水区地形、流域分布、水系分布为背景图，以综合图表方式快速统计水文要素、气象要素、年月径流量、平均气温年较差和多年社会经济调查等综合水文水资源信息，并提供给规划专业人员；利用多年水文气象和社会经济统计成果，建立水文泥沙分析、可调水量分析的流程化处理过程，提供综合规划分析方法和技术手段。

6 结语

管理服务平台建设与开发涉及专业多、工程范围广、时间跨度长、数据种类多、数据量大，实施过程中建立了各专业间的紧密协调机制，着重加强了相关信息技术标准建设，坚持“边建边用、逐步求精”方法，加强规划设计人员的技术培训，保证了项目的顺利实施。

该平台先后在地质分析评价、可调水量分析、工程方案比选、环境影响分析、移民安置规划、水土保持规划等多方面发挥作用，特别是为项目建议书阶段的工作作很大贡献，有力支持了工程方案的研究、模拟、评价、决策，取得了显著的社会经济和技术效益。

该平台的建设与开发过程、技术和方法，可为国内大型水利水电工程综合数据库建设提供很好的实现途径。