基于WebGIS的地下水超采区动态监测系统研究及设计

马乐平，陈兴国

（甘肃省疏勒河流域水资源管理局，735211，酒泉）

基于WebGIS的地下水超采区动态监测系统研究及设计

马乐平，陈兴国

（甘肃省疏勒河流域水资源管理局，735211，酒泉）

地下水超采区；动态监测；WebGIS技术；功能划分

针对甘肃省地下水超采问题，本研究基于监控体系采集的地下水信息数据，利用最新WebGIS空间技术，开发了甘肃省地下水超采区动态监测系统。该系统是解决地下水超采问题的重要手段，可监控、分析处理地下水水位、水质等信息，及时掌握超采区地下水动态变化规律，实现地下水超采综合有效治理。

甘肃是我国最为缺水的省份之一，近年地表水资源量不足，地下水补给量减少，地下水资源过度开采导致地面沉降、地下水水位下降、地下水水质恶化、土地盐碱化等问题的出现；人口增长和经济发展导致人们对自然资源的索取和占有量也越来越多，水资源出现失衡、贫水化。

甘肃省地下水超采区动态监测系统开发的关键创新是运用WebGIS技术。WebGIS技术是基于Internet技术标准，采用分布式体系结构，可展现、存储、分析空间信息和属性数据，并利用空间信息的优势进行分析、模拟与评价，以解决复杂的地下水超采区评价、预警、管理等问题，改变传统地理空间分析中以单一评价模型分析的一种方法。该技术能提高超采区的勘察、评价与信息管理效率和精度，是实现地下水超采区评价、预警、管理等探索的新途径。

一、总体框架

地下水超采区动态监测系统是以WebGIS、互联网技术为依托，以地下水动态监控体系和地下水地质调查为基础，采用地下水超采管理建设原则和标准，建设基础数据库、监测数据库、GIS数据库、专题数据库。地下水超采综合治理系统框架包括信息采集层、信息传输层、数据资源层、应用支撑层、业务应用层5个层面（见图1）。

图1 系统框架结构

①信息采集层：主要包括地下水动态监控体系和地下水地质调查。地下水动态监控通过地下水资源监测基础设施采集动态信息而实现；地下水地质调查由人工现场勘测数据得出。

②信息传输层：通过GPRS和水利专网，为系统提供高速可靠的传输通道。

③数据资源层：对数据存储体系进行统一管理，主要包括基础数据库、监测数据库、GIS数据库、专题数据库。

④应用支撑层：提供统一的技术架构和运行环境，为水资源应用系统建设提供通用应用服务和集成服务，为资源整合和信息共享提供运行平台。

⑤业务应用层：该层是系统应用的核心，由地下水综合信息服务、超采监测预警、超采决策支持、超采会商管理、超采信息发布等功能构成，支撑地下水超采区综合治理业务。

二、功能模块

甘肃省地下水超采区动态监测系统包括综合信息服务、超采监测预警、超采决策支持、超采会商管理、超采信息发布5大功能模块。通过WebGIS技术实现地下水资源空间数据和监测数据的实时查询，并以多种方式展现超采预警信息，提高了对地下水超采问题的关注；通过决策支持和会商管理系统制定超采区解决方案、信息发布系统执行方案。

1.综合信息服务

综合信息查询系统是将GIS应用于地下水超采区管理和分析中，并将地下水超采区动态信息与GIS功能相结合，借助GIS功能开展地下水超采区动态管理和分析工作。本系统实现了地下水超采区动态信息的快速检索查询，为地下水超采区动态信息共享创造了条件。

综合信息查询系统基础数据查询模块包括已划定的超采区、超采区分类、超采区级别的查询。判定地下水超采和划定地下水超采区可依据：地下水开采量是否超过可开采量并造成地下水水位持续下降，或是否由于开发利用地下水引发环境地质灾害或生态环境恶化。超采区分为裂隙水超采区、岩溶水超采区、孔隙水超采区3大类。根据地下水超采区在开发利用时期的地下水水位年均持续下降速率、年均地下水超采系数以及环境地质灾害或生态环境恶化的程度，各级地下水超采区划分为一般超采区和严重超采区，并在严重超采区中划分出禁采区。

综合信息查询系统监测数据查询模块包括地下水动态监控体系和地下水地质调查数据信息查询。该系统提供地下水超采区基本情况表以及动态监测区的地下水水位监测成果表、地下水开采量监测成果表、需要保护的名泉泉水流量监测成果表、地下水水质监测成果表、地面沉降量监测成果表、地面塌陷调查统计成果表、地裂缝调查统计成果表，为水利工作人员快速了解地下水资源信息提供方便。

2.超采区监测预警

超采区监测预警模块可实时监测地下水水位、水质等，结合GIS地图展示监测网的空间分布点，并对超过临界值进行预警，直观地对每个监测点进行监控，及时预警超采监测点。此模块与会商系统关联，当某一测站预警，可通过查询超采地区的统计数据，并由会商管理发布地下水超采区解决方案。

甘肃省地下水超采区GIS展示，根据超采区级别标准和地下水评价数据确定超采区级别与上一次评价数据级别变化情况，超过原级别超采区显示红色预警，与原级别相同显示绿色预警，低于原级别显示白色预警。

3.超采区决策支持

超采区决策支持模块包括数据统计分析和评价预测两部分。首先是对地下水超采区信息进行综合分析，并通过地下水动态数据和历史水位变化趋势进行地下水资源评价；然后通过超采区预警信息研判预测，设计地下水资源评价模型，对未来地下水资源情况进行预测。GIS可直观显示地下水超采未来预测的水位、水质等监测信息，并能查询出各监测点的基本信息，计算描绘未来数据变化曲线及水质变化曲线等，为研究地下塌陷、地下水枯竭等提供数据依据。

4.超采区会商管理

根据水资源评价结果和预测成果，水行政管理人员通过超采区会商管理系统，针对超采情况提出解决方案，为保证地下水资源可持续循环利用、治理地下水环境问题提供对策。

5.超采区信息发布

地下水超采区解决方案通过超采区信息发布系统发布给相关水行政管理人员。决策者获得该解决方案后，可对超采区地下水利用进行水量控制，通过禁采或是回灌等方式快速治理地下水超采区环境问题，保证地下水的自然循环过程。

三、WebGIS技术的关键应用

WebGIS技术在系统设计中的关键应用主要体现在3个方面：

①更广泛GIS数据使用。通过Web浏览器可以查询多个不同服务器上GIS数据，大大优化了GIS的数据管理，使得分散的数据在地图上统一展现。

②图形与数据的交互。如超采区的分布图和属性数据，预警超采区状态图和属性数据，GIS能对具有时空特征的信息进行可视化表达，有利于提高地下水资源管理决策的科学性、及时性。

③空间数据分析和处理。在决策支持系统里能够对超采区的空间对象进行查询和分析，将查询或分析结果以报表或图表的形式呈现，并能提供分析决策，辅助超采区解决方案的治理。

四、功能实现

本系统是基于JAVA开发语言和ArGIS Server10.2产品而开发的，实现对象模块功能。根据甘肃省地下水超采区的分布特点和地下水管理问题的需求，开发甘肃省地下水超采区动态监测系统，基于决策支持系统地下水超采的评价模型，制作超采区解决方案并执行。 基于WebGIS的甘肃省地下水超采区动态监测系统研究及设计，实现了方便快速的信息查询、实时在线的监测预警、快速执行的信息发布，提供了功能强大的决策模型、快速跟进的解决方案，为地下水资源可持续发展提供服务和决策依据。同时准确实时收集地下水资源信息，快速高效处理大量历史数据和实时监测数据，并结合WebGIS技术和评价模型对未来地下水资源进行预判，WebGIS在甘肃省地下水超采区管理中发挥了不可或缺的作用，同时也为地下水资源管理奠定了基础。

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责任编辑 江 芳

TN911.2

B

1000-1123（2016）05-0037-02

2015-09-17

马乐平，高级工程师。

水利部公益性项目（编号：201301081-02）。