北江流域水资源信息查询暨辅助决策系统研制

刘 敏

（广东省水文局韶关水文分局，广东 韶关 210028）

北江流域水资源信息查询暨辅助决策系统研制

刘 敏

（广东省水文局韶关水文分局，广东 韶关 210028）

简单叙述北江流域水资源概况和 WebGIS 技术方案，并就系统设计及特色功能作简要介绍。综合运用计算机、水文水资源、地理信息系统、网络通信等技术，将水资源业务需求与 WebGIS 技术相结合，成功研制适用于北江流域的水资源信息查询系统，实现水资源信息的快速检索查询，为水资源的科学管理、合理配置等决策提供技术支撑。

北江流域；水资源信息；查询系统；WebGIS；检索查询

0 引言

北江是珠江流域第 2 大水系，河流水系呈阔叶脉状分布，洪水汇流集中迅猛，暴涨暴落，峰高量不大，范围广，历时长，洪水过程大都呈单峰或双峰型，复峰型的洪水过程较少，每年汛期发生洪水3～4 次，一般 4—7 月出现洪水的机会多，为北江的主汛期[1]。北江流域属亚热带季风气候，季风影响显著，地处岭南迎风坡，锋面雨集中且强度大，形成滨江和连江中上游暴雨中心，降水主要集中在 4～9 月[2]。流域内大型水利工程有：乐昌峡水利枢纽、湾头水利枢纽、锦江水库、南水水库、孟州坝水电站、长湖水库、白石窑水电站、清远水利枢纽、飞来峡水利枢纽和北江大堤等。由乐昌峡、湾头水利枢纽和韶关市堤防组成韶关市堤库结合的上游防洪体系，由飞来峡水库、北江大堤、潖江天然滞洪区及芦苞和西南涌分洪河道组成堤库结合，蓄、滞、泄、分洪兼施的中下游防洪工程体系。

为配合国务院《关于实行最严格水资源管理制度的意见》和《广东省最严格水资源管理制度实施方案》的工作推进，紧紧围绕“守住一条堤、管好一条江、发挥好两个枢纽的作用”的工作重心，积极开展北江流域水资源管理相关基础工作，推进水资源保护，加强流域防洪体系建设，实现流域防洪与水资源科学调度，提高流域防洪调控和水资源优化配置能力，维护流域河湖健康发展。针对流域水资源管理领域的发展需求，强化流域防洪与水资源调度数据资源整合与共享，推动水资源信息共享平台建设，丰富完善水资源业务应用系统，为实现水资源优化配置、高效利用和科学保护目标提供技术支撑，北江流域管理局提出开发一套适用于北江流域的水资源（含取水许可监管）信息查询暨辅助决策系统。

1 查询系统的技术支撑

WebGIS 是 Internet 和 GIS 2 种技术相结合的产物，是在 Internet 网上提供地理信息，用户通过浏览器获得地理信息系统中的数据和服务，是实现地理信息 GIS 互操作、空间数据与共享的最佳解决途径。WebGIS 除具有大部分乃至全部传统 GIS 软件的功能外，还具有利用 Internet 优势的特有功能，体系结构包括数据层、服务层和表现层 3 层结构，关键特征是面向对象、分布式和互操作[3]。

1.1 WebGIS 技术的开发途径

ArcGIS Server 是一个基于 Web 的企业级 GIS 主流解决方案，为创建和管理基于服务器的 GIS 应用提供了一个高效的框架平台，它将 GIS 和网络技术（Web）结合在一起，充分利用了ArcGIS 的核心组件库 ArcObjects，并且基于工业标准提供 WebGIS 服务。使用 ArcGIS Server 开发 WebGIS 一般使用以下 5 种途径：1） ESRI ADF for java 或 for .Net；2）ArcGIS Engine ；3） ArcGIS Server Rest Service；4）JavaScript API；5） Flex 或者 silverlight API。

从 ArcGIS Server 9.3 开始，基于 API 的 WebGIS开发架构成为开发的主流，而 ArcGIS Server for JavaScript API 是开发轻量级 WebGIS 系统的最佳选择，是 Esri 基于 dojo 框架和 REST 风格实现的一套编程接口，并用面向对象的方式对其提供的功能进行重新封装，在客户端可以轻松地利用JavaScript API 调用 ArcGIS Server 所提供的服务，并且将 ArcGIS Server 提供的地图和其它资源（ArcGIS Online）嵌入到 Web 应用中，实现地图应用和地理处理功能。使用 ArcGIS Javascript API 进行开发，有利用 ArcGISonline 提供的在线脚本服务和使用Javascript API 离线版本创建本地的 ArcGIS Javascript API 服务 2 种方法，开发人员只需编写客户端代码，无需编写服务器端代码[4]。

1.2 WebGIS 技术与水资源信息的结合

随着 WebGIS 应用水平的逐步深化及推广，WebGIS 与水资源业务的结合将有效地提高水资源信息的共享和服务水平，可以实现以下功能：

1）站点地图的显示、放大、缩小、漫游等WebGIS 基本功能。

2）水资源要素流功能，指以数据流的方式向客户端发送矢量数据，使客户端完成一些高级 GIS任务，如水雨情要素标注、地图提示创建、空间选择等。

3）水资源信息查询功能，采用创建新的查询条件或执行预定义的查询获取特定的信息。客户端提交这些查询条件给服务器，服务器将查询的结果返回给客户端。例如：查询流域某日降水量大于 0 的所有站点，当客户端发出查询命令后，服务器执行查询命令，然后将满足该条件的站点以列表的形式快照返回到浏览器。

4）各类水资源专业服务产品的发布、实时监测及历史数据查询功能。

5）基础社会经济数据等辅助决策支持数据的显示及查询功能。

2 查询系统的设计及功能特色

2.1 查询系统的建设目标

设计一个水位、雨量、水库库容等相关信息的水资源数据库，整合现有相关水资源数据和资料，充分利用北江干流各重点大中型水库、现有水文站点和雨量站等相关信息，实现对北江流域水位、流量、雨量、省管取水户取水量、水库入库流量、水库库容和过程线等水资源信息的在线监控，建立适用于北江流域的水资源（含取水许可监管）WebGIS查询平台。

2.2 查询系统的信息流程

韶关水情分中心数据库通过数据交换服务器，由数据交互中心软件写入北江流域管理局水资源数据库，供系统服务器读取，用户再通过互联网或局域网访问系统服务器，获取相关水资源信息。

针对水资源信息表达的多样性、复杂性，采用 ArcGIS Server for JavaScript API 技术，提供更为丰富的表现力和交互功能，实现水资源业务特殊的表现，可大大提高系统的表现力、可操作性和用户体验。系统网站分内网和互联网 2 大部分，局域网用户可以使用广东省水利厅信息数据中心的地图服务，内网地图采用直接调用水利厅信息数据中心的地图服务，互联网则以自行建立发布的 ArcGIS Server 北江流域地图为背景。站点规模包含水库站17 站，水文（位）站 42 站，雨量站 134 站。除了地图的显示、放大、缩小、漫游、站点定位等 WebGIS基本功能，系统网站由以下 7 大主要部分组成：水资源综合信息监测区、降水等值线专题区、雨情信息服务区、水情信息服务区、水资源自助服务区、水资源专题服务区、用户管理中心。查询系统在功能上满足用户需求的同时，在性能设计上也尽量追求完善，以满足系统运行的要求。查询系统具有较高的抗干扰性和控制故障的能力，系统的维护升级、数据的更新简单易行，还设置了访问权限，杜绝了对系统的非法操作，同时系统界面简洁清晰、生动直观具有较好的可操作性。

2.3 查询系统的功能特色

1）Web 在线批量生成降水等值线图辅助决策功能。具有多种色带与要素的组合选择，通过 Web 远程调用 Surfer 组件，实现从查询—绘制—输出到降水过程的动态演示的一气呵成。绘制 1 张图只需 3～5 s，1 次降水过程仅需 2～3 min。在线动态生成雨量等值线符合防汛决策中快速、准确的要求，灵活性和直观性强。

可绘制的降水要素有以下几点：

a.逐时 n h 滑动总量。用于演示每 n h 累加并逐时滑动的降水动态变化过程。如 n = 1 代表每小时雨量，n = 3 代表每 3 h 累加雨量并逐时滑动（如 1～4时、2～5 时、3～6 时、4～7 时 ……）。

b.逐时日总量。用于演示日总量随时间动态变化过程。按照传统日雨量的概念，从每日 8 时开始计时，逐时累加成日总量。

c.逐时时段总量。用于演示时段总量随时间动态变化过程。从选择的起始时间开始计时，逐时累加成时段总量。

d.逐日日雨量。用于演示选择时段内每日日雨量动态变化过程。按照传统日雨量的概念，日雨量计算是从当日 8 时至次日 8 时累加总量。

f.时段累加总量。用于绘制选择时段内降水总量单张分布图。

2）多要素切换功能。ExtJs 打造了多面板整体布局及边框左右伸缩、Panel 多窗体切换、右侧站点列表的要素勾选和排序，以及信息弹窗的多要素切换功能。边框通过 region 配置 east，south，west，north，center 等面板；viewport 作为浏览器窗口的整个显示部分，有着 Panel 多窗体切换功能；信息弹窗可切换查看水位过程线图、剖面示意图、降水柱状图及报表等。查询系统主界面如图1 所示。

3）实时水雨情监测的站点降水颜色分级表达及声音、光闪方式告警功能。放大比例后显现的站点水资源信息标示如图2 所示，水位示意图如图3 所示。

4）地图信息窗口显现有鼠标感应的即指即现和点击左健弹出 2 种表达方式。

5）水位示意图和降水柱状图的特有表达。效果图见图1 和 3。

6）多站单要素对比查询和单站雨洪等过程线绘制功能。

7）水量平衡法反推水库入库流量的辅助决策和交互式报表查询功能。

图1 查询系统主界面

3 结语

基于 WebGIS 的北江流域水资源信息查询暨辅助决策系统以现代水资源管理理论为基础，以地理信息系统为框架，以计算机技术为依托，以水资源整合和信息共享为手段，将 WebGIS 技术与水资源管理工作通过 B/S 模式的系统开发有机地结合在一起。综合运用了计算机、水文水资源、地理信息系统、网络通信等多方面技术，将 WebGIS 技术融合于水资源管理和分析，把水资源日常业务的需求与WebGIS 功能相结合，实现了流域水资源信息的快速检索查询，为水资源的科学管理、合理配置等决策提供技术支持服务，是一个集易操作性、技术先进性、功能综合性和适度前瞻性等优点于一身的综合性流域水资源信息查询系统。北江流域水资源信息查询系统实现了对北江流域水位、流量、雨量、水库入库流量、水库库容及过程线等已有水资源信息的在线实时监控和历史数据查询，充分发挥其在北江防洪与水资源调配中的关键性作用，经过 1 年多的发布运行，稳定可靠，具有明显的业务特色和技术先进性，功能贴切用户需求，实用性强。

北江流域水资源管理和保护是一项纷繁复杂的系统工程，涉及面广，管理和保护难度大，不同程度涉及环保、水务、国土等多个部门，长期以来形成了“九龙治水”的复杂局面。因此，有关部门应加强顶层设计，整合各方资源形成合力，共同维护流域河湖健康发展。

图2 放大比例后显现的站点水资源信息标示

图3 水位示意图

[1] 王秋生.北江水文特性及水电站运行方式[J].水利水运科学研究，1994 (增刊 1): 133-134.

[2]《中国河湖大典》编纂委员会.中国河湖大典•珠江卷[M].北京：中国水利水电出版社，2013: 219.

[3] 邓凤东.WebGIS 的应用与开发[R].西安：陕西省农业遥感信息中心，2007: 23-35.

[4] 刘宇，杜保坤，伏伟伟，等.ArcGIS API for Javascript 开发教程[R].北京：易智瑞（中国）信息技术有限公司，2013: 13-20.

Development of Water Resources Information Query and Aid Decision Making System in Beijiang River Basin

LIU Min
(Nanjing Branch of Hydrology and Water Resources Survey Bureau of Guangdong Province, Shaoguan 512028, China)

This paper simply describes the Beijiang River Basin water resources survey and WebGIS technology scheme, and briefly introduces the design and characteristics of the system function.The comprehensive application of computer, hydrology and water resources, geographical information system, network communication technology, water resources business demand combined with WebGIS technology, water resources information query system is developed successfully which is applicable to the Beijiang River Basin.It realizes the fast retrieval and query of water resources information, and provides technical support for scientific management, rational allocation of water resources decision.

Beijiang River Basin; water resources information; query system; WebGIS; search query

TV39

A

1674-9405(2014)06-0036-04

2014-09-11

刘 敏（1975－），男，湖南隆回人，高级工程师，主要从事水资源评价、水文分析计算、水文预报等工作。