关于牡丹江市地下水管理利用数字模拟系统建设的探索与研究

刘 勇，李学成

(牡丹江市水务局，黑龙江 牡丹江 157000)

牡丹江市地处我国东北边疆黑龙江省东南部，水资源丰富，境内有牡丹江、穆棱河、绥芬河三大水系一、二级支流464条水域面积643 km2，水资源总量91.8亿m3，牡丹江市所属行政区6个县(市)、4个区，牡丹江市是政治、经济和文化的区域中心。为了强化水资源管理，确保防洪安全、供水安全、生态安全、促进我国经济社会可持续发展，根据城市发展规划的总体要求，需要建设牡丹江市地下水模拟管理系统工程。

1 建设牡丹江市地下水模拟管理系统工程的必要性

随着工农业生产及生活用水的不断增加，牡丹江市区供水量日益递增，水资源的承载能力逐渐降低，地下水源开采区地下水位出现较大幅度下降。2004年国家水利部把牡丹江市列为首批水资源实时监控重点城市，为了解决牡丹江市地下水资源开发利用中存在的问题，达到地表水和地下水供水水源的优化合理配置，进一步，完善地下水资源科学管理设施，使地下水资源发挥更好的社会、经济和环境效益，全面建设节水防污型社会，迫切需要提高地下水资源科学管理水平，对地下水资源实施监控，迫切须要建设牡丹江市地下水管理数字模拟系统。与此同时该项目也正式列为国家水利部水资源实时监控重点城市之一。

2 牡丹江市地下水数字模拟管理系统的构成

牡丹江市地下水数字模拟管理系统是一个集数据库、地下水数值模型和地理信息系统的一体化平台，充分利用水利信息化的成果和优势，实现和其他已有系统的数据共享。模型涉及的源汇项等数据的处理，实现了计算机自动化处理，避免了海量数据的繁琐复制，节约了大量人力物力财力。牡丹江市地下水管理数字模拟系统的界面友好方便使用，使得用户稍加培训即可操作使用，拓宽了GMS专业软件的使用范围，为地下水模型技术在牡丹江市水资源管理中的广泛应用提供技术支撑。

3 设计原则和依据

充分利用已有工作数据成果和现有设施基础的原则。利用牡丹江市公共信息基础设施和相关行业以及水文、气象、防汛等方面的信息资源。充分吸收现有水利信息化工程的成果及实践经验，遵循国家水利部信息化的建设标准，并强调突出地下水资源信息管理系统的特点。利用先进和成熟的技术原则。尽可能采用先进技术，保证系统的开放性和兼容性，使建设工程具有较长的生命周期。尽可能应用成熟的技术，减少系统设计的风险，达到零风险。经济性原则。在设计系统功能符合管理部门需求的情况下，使其投入成本最低。在成本一定的情况下，实现系统的功能最强，系统总体效率最高。依据文件要注重时效性，采用新标准新规程以国标和部标为准则。

4 目标要求

牡丹江市地下水管理数字模拟系统在提供对地下水模拟相关数据(如:水文气象数据、现状开采数据、用水预测数据等)管理的基础上，实现其常规查询统计功能的同时，核心是支持信息管理系统、地理信息系统和地下水数值模型的集成，对原始数据进行前处理，自动生成地下水数值模型所需的模型文件，调用数值模拟计算程序GMS，完成数值模拟计算，并将计算结果以水位等值线、剖面水位线等单孔水位过程线、开采程度评价图等形式进行可视化表达。牡丹江市地下水数字模拟管理系统将采用B/S和C/S相结合的体系架构，分为界面层、应用层、应用中间件层、数据存储层、数据传输层、信息采集层6个层次进行建设。其体系结构见图1。

图1 系统总体架构图

5 功能描述

《牡丹江市地下水管理数字模拟系统》可实现和已有数据的数据共享整合，形成集数据库、地理信息系统、地下水模型的一体化平台，实现牡丹江市地下水资源的快速评价和预测功能，提供点、线、面多种形式的识别验证功能以辅助于水文地质条件的再认识，并最终形成地下水饱和厚度、地下水位漏斗区域等多种专题图件，为牡丹江市水务局在水资源管理中充分利用先进技术提供了技术平台，为牡丹江市水资源规划、管理和保护工作提供了技术支撑。牡丹江市地下水模拟管理系统的总体功能结构见图2。

图2 系统总体功能结构图

6 牡丹江市地下水用数字模拟系统实例

6.1 牡丹江市地下水资源分布及发展变化分析

在水资源实时监控通基楚上，过三维地下水模型的计算，软件系统可对牡丹江市的地下水分布以及发展变化状况进行分析，软件系统通过报表、曲线图、三维剖面图、漏斗区分析等功能实现对牡丹江市地下水资源状况的全面分析，使用户通过友好的软件界面直观的获取牡丹江市地下水资源随时间、空间的变化情况，为项目保护区的规划与建设提供决策支持。图3为牡丹江市地下水位漏斗分析示意图。

图3 地下水位漏斗区分析示意图

6.2 牡丹江市地下水资源应急能力分析

可以在地下水均衡分析的基础上对地下水的应急供水能力和停采后水位恢复能力进行预测，以判断能否承担持续应急供水的任务。

应急状态下地下水开采大多为疏干性开采，为了保证地下水开采不会引起水环境的恶化，需要确定一个合理水位作为地下水禁止开采水位。根据地下水资源开发利用现状调查，结合区域地质与水文地质条件及以往的开采试验，确定含水层厚度的一半作为地下水禁止开采标准。将预测末期水位与地下水禁止开采标准进行对比，通过对比结果分析来确定可否应急开采。

应急开采后，水位是否能得到很好恢复，也是衡量地下水资源应急开采能力的一个重要标准。和应急开采前相比，水位的恢复情况如何，见图4。以此来判断地下水资源经过大量开采后，如果停采且经丰水年充足降雨入渗补给，其水量是否可以恢复到正常水平。图5为停采1 a后较应急开采前水位变幅图。

图4 应急开采2 a后与禁止开采水位对比图

图5 停采1 a后较应急开采前水位变幅图

7 结论

牡丹江市地下水模拟管理系统综合数据库是整个系统平台的数据存储中心和汇集中心，支持系统内的数据交换与共享，为整合和集成提供了行之有效的解决方案。系统数据库的建设主要包括监控数据库、地理数据库、水文地质基础数据库、水文地质地图数据库等4大类数据的设计和开发。

信息资源规划主要可以概括为“建立两种模型和一套标准”。“两种模型”是信息系统的功能模型和数据模型“一套标准”是指信息资源管理基础标准。信息系统的功能模型和数据模型，实际上是用户需求的综合反映和规范化表达;信息资源管理基础标准是进行信息资源开发利用的最基本的标准，这些标准都要体现在数据模型之中。

牡丹江市地下水管理数字模拟系统，在已完成水资源实时监控基础上，得到国家水利部高度重视，2008年在水利部召开的《全国水资源信息牡丹江市现场会议》中得到迂会专家的好评，并建议向全国推广。

牡丹江市地下水管理数字模拟系统，它是一项多元的，历史积累与实时监测相接合，利用现代计算机技术处理后又展示给管理和决策者，做为会商的形像依据。它仅限于监控，远未达到远动遥调的目地，尚有很大发展空间有待我们去探索去研究。地下水管理数字模拟系统工程项目，随着新技术的发展和进步被人们认可和所接受，必将为水利事业发展和地方经济建设做贡献。

[1] 牡丹江市环境保护局.牡丹江市“十一五”环境保护发展规划[R].牡丹江:牡丹江市环境保护局，2006.

[2] 牡丹江市水务局.牡丹江市“十二五”水务事业发展规划[R].牡丹江:牡丹江市水务局，2011.

[3] 牡丹江市水务局.牡丹江市地下水模拟管理系统可行性研究报告[R].牡丹江:牡丹江市水务局，2010.