基于GIS的饮用水水源管理信息系统研制与应用

王晨野，王敏英，穆晓东，吴晓晨

(海南省环境科学研究院，海口 570206)

1 系统建立的背景

饮用水安全关系到广大人民群众的身体健康、生命安全和经济社会的和谐稳定。随着我国工业化、城镇化进程快速推进和经济社会的高速发展，流域水环境面临越来越大的环境压力，饮用水水源水质安全受到威胁。根据环保部开展的集中式饮用水水源环境调查结果，我国城市集中式饮用水源水质安全状况堪忧，全国226个环境保护重点城市水源达标率为69.91%；从海南省饮用水源地的基础调查情况看，全省的饮用水水质总体情况并不容乐观，调查的226个水源地中，有153个水源地达到Ⅲ类以上标准，占总数的67.7%[1,2]。

根据目前我国的行政管理体制，水源地管理部门和水源地基础环境信息存在较强的交叉性，缺少统一管理和自由流通的信息平台，缺少运用信息管理技术，将基础调查数据、地理要素、专业图件和科学试验数据有效地管理起来，难以为统计分析、自动制图和档案更新提供更有效的服务[3,4]。目前亟需开展集中式饮用水水源地环境保护监管信息系统设计与研究工作，构建科学、合理的水源地监管信息化支撑体系，实现饮用水水源地监控预警和动态管理。本研究基于空间技术和大数据集成技术建立一个集水源地地理信息、水源水质监测数据、水源保护区内的污染源地理信息及排污监测数据等信息于一体的饮用水源综合管理信息系统[5]，对于提升海南省饮用水水源的管理水平，全面加强水源保护区的环境监管工作，保障饮用水安全意义重大。

2 系统的建立

2.1 系统设计要求

系统的建立目标是以地理信息系统和数据库为开发平台，建立面向环境管理的、可视化的、动态的信息系统。

设计功能要求有：①以电子地图为系统背景，建立海南省基础地理信息数据库，包括行政区划，一级、二级道路、铁路等交通信息，乡镇和村的居民点名称，河流水系的分布等，并且可分层显示，实现对流域基础多要素地理信息的查询。②水源地、水源保护区和污染源的空间数据库能分层、分行政区域显示查询。③建立污染源基本情况表、污染源监测数据库。④实现图形和非图形的属性数据的关联。⑤实现海南省的基础地理信息和水源地、水源保护区和污染源的地理信息及监测数据的更新维护。

2.2 系统运行环境

(1)服务器运行环境。Windows Server 2003以上环境；.net 3.5环境；access数据库。

(2)客户端运行环境。硬件需求：P3 1G以上CPU；512M以上内存；支持DirectX 9.0c以上的显卡。

软件需求：Windows XP sp2，Windows Server 2003，Vista，Windows 7以上操作系统；.net 2.0运行库支持；DirectX 9.0c运行时(托管Dx支持)。

3 系统架构与组成

海南省城镇集中式饮用水水源综合管理信息系统建设采用B/S模式，整体架构设计如图1所示。

如图1所示，系统包括客户端、服务器端2个部分：①三维浏览器(客户端)。客户端是一个基于三维浏览器(GeoBrowser)技术的富客户端应用，该部分基于iTelluro GlobeEngine，应用WinForm技术构建，是一个轻量级、可以提供友好的用户交互体验的地理信息客户端系统。客户端本身不保存数据，所有数据由服务器端提供，客户端通过先进的空间索引技术和流技术，从服务器获取所需部分，以实现海量空间数据的支持。客户端可以选择是否保存缓存数据，保存了缓存数据的客户端可以在网络断开状态下查看缓存于本地的部分数据。系统客户端构建于功能组件和iTelluro GlobeEngine之上，提供基本的地图数据浏览、查询、量算等功能，在此基础上，可以对工作区内灾害点、监测点进行浏览查看、查询、管理等功能。②服务器端。服务器端包括2个部分，空间数据部分：基于iTelluro Server，实现空间数据管理和服务；业务数据库：饮用水水资源水质信息、监测信息业务数据库。

图1 系统架构示意图Fig.1 System architecture diagram

图2 海南省集中式饮用水水源地信息管理系统模块示意图Fig.2 System module of drinking water source integrated management information system of Hainan province

4 系统功能简介

4.1 系统权限设置的功能

该系统用户分为超级用户和一般用户两种。超级用户对系统的所有数据具有很高的权限，可以进行添加、删除、修改等操作；而一般用户对系统只有数据查询，而没有修改等权限。同时，只有超级用户进入系统，才能修改密码。

当双击图标运行系统后，如密码连续出错三次，则系统认定为非法用户，会自动退出。当以超级用户进入系统后，在系统参数设置的对话框中，可以任意设置这两种用户的密码。点击应用按钮，当输入密码和确认密码一致，系统提示成功信息，如不一致，提示错误信息。

4.2 地图显示的功能

4.2.1 图形的分层显示

该系统可对行政区域、水源地、水源保护区、污染源进行分要素、分层显示(图3)。

图3 图层管理示意图Fig.3 Layer management diagram

4.2.2 视图的无级缩放显示

系统可对电子地图提供十分方便和灵活的视图操作。在地图上选择某个点或某个部分，单击鼠标右键，就会出现/放大、缩小、移动和满屏对话框。若选择放大或缩小，则随着地图显示的放大和缩小，显示内容也自动增减，使图面的清晰度与信息量的大小一致。放大、缩小操作可通过拉框缩放和点击缩放两种方式。满屏操作可使所有的信息元素显示在主视图中。点击移动，可浏览图形任意地区。

4.2.3 图形的快速导航

通过导航操作，可使视图快速移动到用户所关心的地区。当系统加载了地图后，在视图区的左上角有一个/总索引图，图中有一个红色的矩形框，框内锁定的是右边地图的视图在整个地图中的具体位置。当右边的主视图进行放大、缩小或移动，总索引图中的矩形框同样跟着进行放大、缩小或移动；如用鼠标在总索引图中点击某个地区，红框会自动跟着移动到点击的地方，同时在主视图中的地图也会跟着移动到相应的地方。

4.3 水源地信息管理

4.3.1 水源地信息查询功能

系统可以实现对水源地基本信息进行维护管理(图4)。利用查询工具栏对水源地编号、名称、类型、级别及行政区划的组合查询检索。

图4 水源地信息查询界面示意图Fig.4 Drinking water source information query interface diagram

4.3.2 水源地基本信息管理功能

点击“新增”按钮打开水源地新增页面，可实现水源地信息的增加和管理信息修改(图5)。

图5 水源地信息管理模块Fig.5 Drinking water source information management module

4.3.3 水质监测信息管理

系统可提供水质监测信息的维护管理，可在水源地信息中查看具体水源地的水质监测信息(图6)。

图6 水质监测信息管理模块Fig.6 Water quality monitoring information management module

4.3.4 污染源监测管理

系统可提供污染源监测信息的维护管理，可在水源地信息中查看具体的水源地污染源监测信息(图7)。

图7 污染源信息管理模块Fig.7 Pollution sources information management module

4.4 水源地评估功能

系统从构建专门的环境绩效评估体系，设计评估模型，通过定期评估全面了解和掌握我省城乡饮用水水源水质和管理状况及年度变化趋势[5](图8)。

图8 水源地绩效评估模块Fig.8 Environmental performance assessment module

4.5 数据交换功能

4.5.1 数据导入与导出功能

系统为方便对数据进行管理和更新，设计了数据的导入与导出功能，方面对各类数据的交换(图9)。

图9 数据交换模块Fig.9 Data exchange module

4.5.2 专题图制作与输出的功能

对主视图的电子地图，经过任意增减图层和放大、缩小等操作，达到满意效果后，可以在“实用工具栏里选择”打印当前视图或把当前视图保存为图片命令，把当前的电子地图直接打印或输出为图像文件。

5 结 语

对饮用水水源地环境安全进行全面监管是健全饮用水安全保障体系的关键环节，建立全国重点城市集中式饮用水水源地环境保护监管信息系统是环保部门必须承担的一项公共服务职能[6]。海南省城镇集中式饮用水水源综合管理信息系统以地理信息系统(GIS)为基础平台，以水源地基本信息数据库、水源地监测信息数据库、水源地多媒体数据库为基础，基于三维网络技术，对饮用水源地的各环境要素进行综合分析和信息处理，并使操作结果能以专题图、表格、多媒体等方式显示，具有实用性、交互性、可开发性、智能化等特点。通过对各类饮用水水源地管理功能的实现，为各级饮用水水源环境保护管理部门的工作人员提供及时、准确的饮用水水源环境保护管理工作所需的信息和数据，以实现集中式饮用水水源地环境质量的动态监管。

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[1] 刘贤词,邢 巧,王晓辉,等. 海南省城市集中式饮用水水源地基础环境调查及评估研究[J]. 中国农村水利水电,2011,(5):56-59.

[2] 刘贤词,周 文,邢 巧,等. 海南农村饮用水水源地基础环境调查及评估研究[J]. 中国农村水利水电,2012,(5):54-55,58,61.

[3] 杨 薇. 基于GIS的郑州市农村饮用水安全管理信息系统的设计与实现[D]. 郑州：郑州大学,2013.

[4] 朱 琦,胡 昊,尚 屹,等. 全国重点城市集中式饮用水水源地环境保护监管信息系统技术框架设计与研究[C]∥ 中国环境科学学会.2012中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷).中国环境科学学会,2012:4.

[5] 王晨野,邢 巧,岳 平,等. 海南省饮用水水源保护环境绩效评估体系构建研究[J]. 中国农村水利水电,2015,(4):132-137.

[6] 姜 伟,黄 卫.集中式饮用水水源地环境监控预警体系构建[J].环境监控与预警,2010,2(6):5-7.