华北地区地下水超采治理信息系统设计与实现研究

于 磊，韩瑞光，王 琪，王 哲，薛丽娟

（水利部海河水利委员会，天津 300170）

华北地区特别是京津冀地区的水资源问题，事关首都水安全、京津冀协同发展战略实施和雄安新区建设，在政治和战略上具有十分重要的意义。20世纪70 年代以来，由于经济社会用水量需求大增，严重超采地下水，导致地下水位下降、河湖水面萎缩、地面沉降、海水入侵等生态环境问题，对保障国家水安全和区域可持续发展构成威胁。

2019年1月，水利部、财政部、国家发展改革委、农业农村部会同有关部门和地方，研究制定了《华北地区地下水超采综合治理行动方案》（以下简称《行动方案》），以实现地下水采补平衡、解决地下水超采问题。华北地区地下水超采综合治理行动涉及面广，信息来源多，数据量大，指标复杂，数据处理技术要求高。水利部要求尽快建设华北地区地下水超采综合治理信息管理系统，为监督考核《行动方案》治理目标及任务提供重要手段，同时为评估综合治理效果提供重要支撑。

1 系统建设目标和任务

1.1 建设目标

系统建设覆盖北京、天津、河北3 个省市地下水超采区域，涉及11个地级市149个县（区），占3省市总县数的84%，总面积约8.7万km2，如图1所示。依据华北地区地下水超采综合治理目标，遵循“一张表、一套图、一个清单、一个系统”的总体思路，充分利用已建的信息化基础设施和信息资源，在国控项目的建设框架和技术标准下，接入1 603 眼国家级（水利部）地下水自动监测井、1 155眼自然资源部地下水自动监测井以及部分省级地下水自动监测井的监测数据，构建服务于华北地下水超采综合治理措施跟踪、效果评估、监督复核、宣传引导的业务应用系统，实现对“节”“控”“调”“管”等各项治理措施指标落实情况和目标实现情况的上报、查询和动态跟踪，评估分析地下水采补平衡状态，有效提升国控项目水资源监管服务能力，为监督考核《行动方案》实施成效、支撑华北地下水综合管理提供重要技术手段。

系统建成后，可实现对超采区“节”“控”“调”“管”等监测数据（地下水、河湖补水、取用水等）、治理措施指标和目标实现情况的动态跟踪和“一张图”展示，以及治理成效的分析评估和模拟评价，在华北地区地下水超采综合治理工作中发挥重要支撑作用。

图1 华北地下水超采综合治理范围

1.2 建设任务

项目遵循“一张表、一套图、一个清单、一个系统”的工作要求，以“监控、跟踪、评价、评估、考核、宣传”为核心功能，涉及信息采集、数据中心、支撑平台、业务应用系统、系统集成等建设内容。

1.2.1 信息采集

建设信息采集平台，充分利用海委现有监测站网并接入实时地下水水位、水雨情、取水点、引调水等监测站点数据，在已有基本水文站的基础上，补充新建视频点，实现项目所需的地下水、雨量、引调水、河湖补水、取用水等监测信息和补水河道视频信息采集。开发信息填报功能，实现对“节”“控”“调”“管”等现状基准年数据、任务跟踪数据、效果评估数据和成果数据的定时报送。

1.2.2 数据中心

依据现有数据资源、基础服务、应用支撑建设基础，建设华北地下水超采综合治理数据中心，实现多源数据融合利用，提供数据访问、存储、备份和挖掘等服务。

1.2.3 支撑平台

提供业务系统所需要的信息交换和数据融合等各类服务。同时，针对京津冀三省市地下水综合治理数据量大、范围广、指标复杂等情况，配置服务器、操作系统、GIS软件等设备。

1.2.4 业务应用系统

以多种形式为各类用户提供地下水超采区综合治理的数据汇集、业务管理、模拟评价和信息展示等服务，实现地下水治理一张图可视化展示、动态信息实时监控、治理措施定期跟踪、治理效果科学评估和治理目标监督考核等功能。系统包含基础信息查询、信息填报、任务跟踪、效果评估、信息发布和系统管理等子系统。

1.2.5 系统集成

整合新建和已有资源，在基础设施、数据资源、应用系统和地下水模型4方面进行集成。系统建成后，接入国家水资源监控系统。

2 系统建设技术路线和框架

2.1 技术路线

通过梳理现有系统和数据基础，分析本项目数据资源、业务功能等需求，在此基础上，进行系统设计和开发工作，技术路线如图2所示。

图2 系统建设技术路线

2.1.1 现状梳理

海河流域水资源监控系统、地下水监测信息系统以及防汛抗旱指挥系统为项目建设提供了工作基础。但现有系统尚不能完全满足项目需求，无法反映各项治理任务进展、主要目标指标完成情况、地下水水位恢复和回升情况、河湖生态恢复及治理成效等。充分利用现有成果，围绕华北地下水超采综合治理信息上报、数据审核分析、治理成效展示等业务实际需求进行建设，是对已有项目的扩展和延伸。

2.1.2 需求分析

在数据支撑方面，除整合利用现有系统的地下水位、雨水情和调水等监测数据外，主要对三省市上报的现状基准年、季度跟踪和年度评估等数据进行汇总统计和审核分析，实现华北地下水超采综合治理数据体系的统一管理。在功能支撑方面，集信息填报、任务跟踪、效果评估、基础信息查询、治理成效可视化展示、信息发布等多项功能于一体，监督考核《行动方案》确定的治理目标。

2.1.3 系统设计和开发

遵循已有系统建设框架和技术标准，根据需求分析成果和项目技术要求开展系统设计、开发、集成、测试和试运行工作。

2.2 系统框架

华北地下水超采综合治理信息管理系统建设采用B/S 架构，主要内容包括信息采集、数据中心、支撑平台、业务应用系统、移动端和网页端6 部分，标准规范体系和系统安全体系贯穿于整个系统，系统框架如图3所示。

图3 系统框架

3 系统应用子系统建设

业务应用系统建设内容包括首页面、基础信息查询、信息填报、任务跟踪、效果评估、信息发布和系统管理等子系统。

3.1 首页面

包括治理范围、治理目标、治理效果、治理措施和空间展示5 个功能模块，集中展示了“一个清单”“一套图”“一张表”中涉及的主要指标，以曲线图、柱状图、饼状图等形象直观展示各类内容。

3.2 基础信息查询子系统

该系统包括地下水位信息、埋深信息、河湖补水信息、雨情信息、取水信息和文档查询6 部分内容，基于“一张图”思路，按照行政区划、补水河湖、自定义分区等不同查询条件，对各类监测点、线、面等要素进行空间定位和基础信息、监测信息、业务统计分析信息交互式综合查询，实现综合反映华北地下水超采区地下水水位（埋深）、雨水情、重要取水户、灌区引水和河湖补水等动态情况。

3.3 信息填报子系统

按照“县级填表——市级入库——省级初审——流域级详审、汇总入库——中央级（水利部各责任司局）把关”的总体路线进行，逐步实现对各级超采治理措施信息、目标指标信息、重要文档、工程信息和项目成果信息的收集查询、审核、统计分析以及短消息自动督办等功能。

3.4 任务跟踪子系统

对“一个清单”的任务落实、目标完成及资金投入使用等情况进行跟踪，形成“有措施就有指标，有指标就有跟进，有跟进就有数据，有数据就有跟踪结果”的不间断、无遗漏的跟踪体系。

3.5 效果评估子系统

在项目治理措施动态跟踪的基础上，利用监测及现有数据，结合水资源评价、数值模拟、卫星遥感、无人机等技术，通过对治理方案的汇总分析，从不同角度评估“一张表”各治理目标指标的效果，包括基准年评估、动态评估和年度评估。系统提供基准年情况、治理措施和治理成效的联动展示及“一套图”的查询分析功能，为目标达效评估提供有力支撑。

3.6 信息发布子系统

该系统包括治理进展与成效、大事记和评估报告3 部分内容，提供项目措施进展、压采目标完成、治理成效、治理行动重要节点以及评估报告等关键信息的查询和展示功能。

3.7 系统管理子系统

该系统包括系统监控和用户管理，主要目的是及时掌握系统运行情况、数据情况以及使用情况，实现用户管理和权限控制，管理所有的用户数据和组织机构数据。

4 小结

华北地区地下水超采综合治理信息管理系统建设项目是海委落实水利部部署要求，助推《行动方案》落实，切实解决华北地区地下水超采问题，逐步实现地下水采补平衡的重要举措。工程的实施将为水利部门全面掌握超采区地下水开采量、河道补水水量、水面面积恢复、地下水水位变化等地下水超采综合治理进展情况提供更加高效、便捷的平台，切实解决综合治理涉及面广、信息来源多、监测数据量大、数据处理技术要求高等难题，为各项治理行动开展提供重要技术支持，为全面评估分析华北地区地下水采补平衡状态、充分展示综合治理成效持续提供技术支撑。