德国WASY流域水资源信息管理系统在太湖流域的应用

   
    摘要：介绍了德国WASY流域水资源信息管理系统（WISYS）的软件架构、数据库结构和主要功能；针对太湖流域实际和流域水资源综合利用信息管理的要求，充分借鉴和吸收了WISYS软件系统的设计理念和技术思路,定制了太湖流域水资源综合管理系统；通过消化与应用开发，总结了WISYS软件的特色，可为水资源信息管理系统的建设提供借鉴。
 

    关键词：德国WASY,流域水资源,信息管理系统,太湖流域,应用,水利监控系统论文
 

    水资源问题作为当今世界的热点问题之一，越来越受到人们的关注。据可持续发展世界首脑会议提供的资料显示，水危机已经严重制约了人类的可持续发展。过度用水、水污染等一系列水问题，已经给人类带来严重后果。

    欧洲议会和欧盟理事会针对当今各国面临的水资源问题，于2000年制定了欧盟水框架协议[1-3]WFD，EuropeanWaterFrameworkDirective）。欧盟水框架协议的制定，有利于协调欧盟各成员国改进欧盟境内水质和保护水资源量，促进水资源的可持续性利用。德国WASY水资源规划和系统研究所研发的水资源信息管理系统WISYS（WaterInformationSystem）软件以ArcGIS为基础，遵循欧盟水框架协议开发的流域水资源信息管理系统，主要用于流域的管理和规划、水资源可持续利用，以及地表水和地下水的生态环境控制。

    近年来，太湖流域管理局（以下简称太湖局）在流域治理和管理的实践中，各部门按照业务需要已经建设了一些应用系统，如水资源实时监控信息服务系统，水量水质同步监测信息服务系统等，对流域的防洪与水资源调度起到了积极的作用。为进一步提高流域水资源规划、管理能力，太湖局引进了WISYS软件，消化、吸收其先进的软件系统架构，并在太湖流域进行了应用。

    1　WISYS软件简介

    1.1　软件架构

    WISYS软件由地理数据库、中间处理设备、用户管理及WISYS工具等部分组成[4]。地理数据库负责图形和属性数据的存贮；中间处理设备为系统的运行提供技术支撑，主要包括ArcIMS，ArcSDE和Web服务器的搭建；用户管理包括数据库、元数据和用户权限等的管理；WISYS工具为软件的应用层，提供了模型对象创建、信息查询、河流流向生成等功能。WISYS体系具体结构如图1所示。

    1.2　数据库结构

    WISYS将水资源管理所涉及的河流、污水处理厂、土地利用、水源保护区、自来水厂等众多信息归纳为5类，分别为地表水网络、水文地质、区域规划、地图网格和管理单位。

    1）地表水网络：包括流域、河流、湖泊、水库、堤防、点污染源、水利工程等要素类；

    2）水文地质：包括地下水、地下水监测点、污染区、地下水回灌区等要素类；

    3）区域规划：包括水资源、自然景观、鸟类、娱乐等保护区和国家公园等要素类；

    4）地图网格：包括展示地图的空间分布信息的要素类；

    5）管理单位：包括省（直辖市）、市、区县等要素类。

    WISYS系统按照一定的模型和规则组合地理要素数据集，以地理要素为载体展示各种属性信息，具有直观、对象性强的特点。

    1.3　WISYS软件系统主要功能

    WISYS软件的主要功能体现在流域水资源基础信息的构建、水资源管理规划、水资源评价和事件管理等4个方面[5]。

    流域水资源基础信息包括流域水系、水利工程、监测站点、行政区划、地下水分布等管理对象地理位置和特征属性的直观表达。作为水资源管理核心元素的流域水系，WISYS软件提供了河流流向分析、河段拓扑关系分析等多种水系处理工具。

    水资源管理规划体现在水资源供给、分布、流域地表和地下水管理、水资源开发利用等几个方面。软件通过不同流域级别及行政分区作为规划单元，对供水、排水、水资源开发量、水资源利用方式及社会经济等信息进行管理。

    水资源评价通过水质和水量2个方面进行评价。水质评价主要从水功能区水质目标、排污指标、监测数

    据等几个方面进行评价；水量评价主要从取水量、排水量、供需水量平衡的角度做出评价。

    事件管理是对用户自定义的事件过程或管理对象的状态与动作进行的设置与管理。例如线事件可以定义河流的河道类型、水体特征等；面事件可以定义假设的1个区域植被种植情况；水质事件可以反映各功能区的水质目标等。

    2　WISYS软件消化与应用开发

    太湖流域水资源综合管理系统依托于ArcGIS软件平台，基于WISYS软件进行开发。系统划分了以下9大管理模块：自然资源、水系、社会经济信息、点源、监测、水利工程及设施、水功能区、水资源和供水量等管理模块，用户通过系统可以全面查询太湖流域自然资源、社会经济、水利工程及设施状况等的各类水资源信息。太湖流域水资源综合管理系统主界面如图2所示。

    3　WISYS软件应用设计特点

    3.1　WISYS数据结构设计

    WISYS数据结构设计是以地理要素为中心，将地理要素与其属性数据存贮在同一张数据表中，保证了地理要素与属性数据的一致性。太湖流域目前的数据库结构设计基本是按照业务需求进行分类建设的，如基础水文、实时水雨情、水质数据库等。

    这种设计使各个数据库自成一套体系，难以进行统一的更新、维护，确保数据的唯一性。

    3.2　业务对象类的设计

    WISYS将地理要素进行对象类的设计，将水资源管理对象抽象成地图元素，侧重描述对象的自然属性，既体现了高级抽象，又体现了业务属性。如河流、水库、湖泊、堤防类的建立。传统的GIS软件包含的图元类型主要是点、线、面，具体每条线所代表的含义需要通过关联属性数据后，进行展示，GIS软件本身并不知其具体的含义。WISYS通过河流、堤防类的建立，可以区分出一条线对象到底是河流还是堤防，在水资源调度管理时，可以自动判别，进行河流流向自动生成等相关的分析工作。

    3.3　数据转换工具的开发

    由于WISYS超越了传统的点、线、面对象模型，外部的地图数据不能直接为WISYS所用。因此，WISYS开发了数据转换工具GeoDataeXchange[6]，通过图形化的界面将ArcGIS的图形文件（shp格式）和数据库转换为WISYS可访问的标准数据库。利用GeoDataeXchange，可以将原有的数据输入到设定的数据结构中，也可以将数据导出到ArcSDE和PersonalGeodatabase中。

    3.4　对象管理模块的设计

    河流、堤防等水资源管理对象的建立通过对象管理模块来实现。WISYS的对象管理模块能够由用户利用图形化的工具来完成设计和修改工作，无需修改源代码。这样的系统能够适应不断改进的业务需求，大大减少了管理和维护的工作量。

    3.5　统计分析功能的实现

    根据对象之间的从属关系，可以季笠等：德国WASY流域水资源信息管理系统在太湖流域的应用自动统计相关信息。例如：在设置好每个排污口隶属的河流（如望虞河）后，根据每个排污口的排污量，可以自动统计出在某段时间内望虞河的入河排污量。

    4　结语

    遵循欧盟水框架协议开发的德国WISYS软件在数据库结构和业务对象类的设计、数据导入、对象管理及统计分析等方面具有一定的先进性。通过在太湖流域的应用，WISYS系统的扩展性较强，能够适应不断改进的业务需求，极大减少了管理和维护的工作量。