地下水超采区综合治理信息系统设计与应用

刘 凯，张衍福，赵 新

（山东省水利综合事业服务中心，山东 济南 250014）

山东省平原区地下水超采区面积为12210km2，约占全国超采区总面积的1/5，其中淄博至潍坊区域超采区面积达5 422 km2，占全省超采区总面积的44.4%，该区域是山东省最大的地下水超采区，出现了环境地质灾害及生态环境破坏现象，对当地的水生态环境、人民生产生活带来了严重危害。为实现地下水超采区的综合治理，有效解决区域水资源短缺、超采、时空分布不均等问题，促进水资源可持续利用，山东省全面开展实施了地下水超采区域综合治理示范项目[1]。为保障项目的实施过程及建成后的日常管理工作，通过信息化的手段实现对地下水超采区域综合治理的全面管理，建立一套综合管理的信息化系统[2]，有利于为省、县、工程三级管理部门提供信息数据和决策支持，实现建设过程“可管”、“可控”、“可监督”，建设成果“可看”、“可用”、“可分析”，日常管理“便捷”、“高效”、“可协同”，全面提高地下水超采区综合治理现代化水平[3]。

1 设计思路与建设原则

1.1 统筹规划，统一标准

系统建设是个复杂的工程，需要综合考虑各方面的实际情况，制定科学合理、切实可行项目的信息化建设的总体目标及分阶段目标[4]，进行统一的规划设计，保障各个环节相互衔接。同时还要建立统一的技术基础平台和统一的标准和规范，在实施过程中严格遵循相关标准。

1.2 突出重点，分步实施

综合考虑人力、物力、资金等多方面因素，把总体目标分解为若干阶段性任务，根据目前地下水超采区最核心、最关注的建设需要，合理安排运筹，并集中力量解决不同阶段的重要问题。

1.3 整合资源，信息共享

充分利用以往信息化建设积累的可用资源，按照地下水超采区治理工程总体设计实现新旧资源的整合，增加相互之间的兼容性，实现不同系统间优势互补，并根据新的要求进一步拓展、完善和提升应用系统的功能与质量[5]。

1.4 加强管理，保证安全

借鉴国外先进的科学管理办法，建立起项目管理制度，确保信息化工程的建设质量。同时，采用新理念、新办法、新手段，加强信息系统的运营管理，完善安全措施。

2 系统平台架构

整体系统架构以水利信息化保障环境和系统安全运行环境为基础[6]，自底向上地划分为五个层次：采集层、通信层、云数据层、应用服务层和用户层。具体架构如图1所示。

图1 地下水超采区综合管理系统架构图

采集层：主要将地下水超采区域综合治理工程建设的水位、水质、雨量地下水水位、水质监测站点以及寿光市已建设的水雨情自动测报系统、工情、视频等各类数据汇集至系统。

通信层：主要利用移动网络、互联网、水利专网组成的水利通信网络与信息传输通道进行各类数据信息的传输。

云数据层：主要包括综合治理云平台和综合治理大数据系统，综合治理云平台提供基础的云服务设施和支撑软件。综合治理大数据系统由基础数据库、业务数据库、空间数据库等组成，提供数据的汇集、存储、清洗、加工、脱敏等功能。

应用服务层：为各类用户提供各类业务应用服务，包括流域“一张图”、工程信息管理、项目管理、日常工作管理、智能分析等功能[7]。

用户层：为省、市、县以及工程管理单位提供不同权限的服务，部分公共类、服务类信息及业务对社会公众、企业单位提供服务。

3 功能设计

为满足寿光市水行政主管单位对地下水超采区域综合治理情况的总览、工程信息的监管、项目进度的进展以及巨淀湖对地下水影响智能分析等方面的需求，设计了水利信息“一张图”、工程信息管理、项目管理、日常工作管理、地下水智能分析五项功能。具体功能设计如表1。

表1 系统功能模块表

3.1 流域“一张图”

流域“一张图”以地下水超采区所在流域信息数据和寿光市各类水利相关信息数据为基础，基于三维地理信息系统，设计开发了适应流域图形化展示特点的直观便捷、灵活多样、适应性强的图形化展示系统。系统汇集流域相关的各种信息，提供地图、各类报表、统计图表等多种展示方式，“流域”一张图提供基础信息、综合监控、断面监测、水质监控、预警管理及统计分析六个功能模块，可实现各级管理人员及时、快速地了解工程情况、河道信息、治理情况、河道各监测断面和河面建筑的监控情况以及水质检测结果，实现对当前工程、河道、综合治理情况的信息服务。为水利工作人员在综合治理工作的动态和成效提供多样化的信息展现渠道。

3.2 工程信息管理

工程信息管理提供对综合治理范围内相关水利工程信息的管理和维护，主要包括工程信息查询模块、信息维护模块及统计分析模块。

3.3 项目管理

项目管理主要提供对地下水超采综合治理所修建开发的各类建筑物及设施的基本资料管理以及建设监督等功能，包括项目基本信息模块、项目进度管理模块、质量与安全监督管理模块。

3.4 日常工作管理

日常工作管理主要向行政主管单位提供对内部公文、通知进行管理的功能，主要包括收文管理、发文管理、公文查询和通知管理。

3.5 地下水智能分析

系统针对地下水超采区中的巨淀湖周边地下水实际状况，集成了MODFLOW等专业水文软件并对巨淀湖地下水环境进行三维建模，实现巨淀湖周边地下水流场、溶质运移模型、地下水水位等信息的三维模拟，为实施精细化水利工程管理和调度打下基础。

4 结语

本文对地下水超采区综合治理信息化系统进行了设计和研究，并初步实现了一套可以应用于实际管理的信息化系统，有利于对业务管理流程进行规范，有利于对整个项目资料、项目建设过程、项目进展、运行等各个阶段的关键性文件和步骤进行留档和监督，智能分析模块的建设也为传统的信息化建设提升了分析和决策能力，可为管理者进行评价和决策提供一定的支撑和帮助。但是水利模型、大数据分析、人工智能等先进技术如何进一步同信息化建设相融合仍然是一个需要不断深耕研究的课题，由于受限于采集体系不完善、模型边界较模糊等条件限制，当前仅可以为用户提供一定可参考的信息，但还需要管理者依靠自身的经验和专业素养对其结果进行判断和分析后再进行利用。而在未来，随着采集体系的不断完善和丰富，模型算法、大数据分析、人工智能等诸多方法可以和水利业务管理深度的融合，可为用户提供更加方便、快捷、智能、有价值的信息，真正实现水利管理的现代化。