基于WebGIS的宁波市区河道调水管理系统的实现

胥 昕,马建良,佘亮亮

(宁波弘泰水利信息科技有限公司,浙江 宁波 315192)

1 问题的提出

宁波市位于我国东南沿海季风气候区,每年台风暴雨洪水和风暴潮危害较为严重。市区内属于平原感潮河网地区,水利工程众多,人工干预强。宁波市经济发展迅速,工业化和城市化进程加快,人口越来越密集,导致市区河道一方面要接纳大量污水,另一方面因城市建设需要河道不断被占用,导致水质恶化。近年来,宁波市采取截污、河道疏浚等方式治理河道污染,但由于市区河道水源补给主要靠雨水,河水流动性差,总体水质难有大的改观。给河网补充“活水”,进行跨区域、水域进行调水、换水,无疑已成为改善水质的首选。

宁波市的信息化建设尚不能满足水资源综合管理和水量统一调度需要。作为一项跨区域、跨水系、跨部门、跨行业的综合性系统工程,有必要应用GIS技术建立市区水资源综合管理平台,通过河道调水相关环节与空间可视化及远程控制管理相结合,达到调水工作有效监控、科学分析、精确调度、统一管理等。同时,为宁波市水资源综合利用、科学管理提供手段和科学依据,为规范市区河道调水管理,切实改善市区河道水环境,为水政管理部门及调水决策者提供决策支持。

2 WebGIS及其开发平台概述

该系统采用SuperMap IS.Net 6.0作为WebGIS Server,Microsoft IIS 7作为Web服务平台,Visual Studio C#2010作为系统开发环境,SQL Server 2008作为空间信息和属性信息数据库,并结合 Silverlight、JavaScript、HTML等语言进行系统开发。

WebGIS,即互联网地理信息系统,指在Internet/Intranet网络环境下,以支持标准Html的浏览器为统一的客户端,通过Web Server向GIS Server提出GIS服务请求的网络化GIS[1]。WebGIS采用的 HTTP协议是基于 B/S(Browser/Server)的请求/应答机制,具有较强的用户交互能力,可以传输并在浏览器上显示图形、图像。用户通过交互操作对空间数据进行查询分析,利用Web来寻找所需要的空间数据,并且进行地图放大、缩小、漫游等各种操作。因此,与传统的GIS相比,WebGIS具有明显的优势,具有大众性、易扩展性、跨平台性、动态性等优势[2]。

3 系统结构及功能设计

3.1 系统体系结构设计

宁波市区河道调水管理系统的开发与集成采用B/S方式进行,在该系统中采用3层结构体系,分别是表现层、业务层、数据层。平台中各个子系统开发均是基于网络数据库进行,通过对整个系统的分解可分成基础设施和应用系统2大部分,系统总体框架见图1。

图1 系统总体框架图

基础设施部分:主要包括实时水雨情信息采集、取水口信息采集和实时工情信息采集。信息采集进行数据处理后存入对应的数据库。宁波市实时水雨情信息数据库及取水口信息数据库已经建好,本次新增站点信息录入现有水雨情数据库,取水口信息只做读取集成,另新建实时工情信息、水域、水利工程和调水业务数据库,结合基础地理信息数据,组成水资源综合管理应用基础数据库。

应用系统部分:主要包括水雨情信息查询、取水口实时监测信息查询、水域信息查询、水利工程信息查询和调水管理5个子系统。其中,水雨情信息查询、水利工程信息查询、水域信息查询和调水管理4个子系统需新建或完善,取水口实时监测信息查询子系统采用集成的方式,建成宁波市水资源综合管理平台,具有开放性,方便后期功能的扩展。平台对照水利基础设施条件,结合水资源管理和调水业务自身特点,基于基础设施的4类信息采集系统,依托3层调水管理体系 (宁波市水利局水政监察支队、三江河道管理局及各区调水管理部门、各调水工程控制点)实施宁波市区水资源管理及河道调水作业。

3.2 系统具体功能设计

该系统具体功能设计包括水雨情信息查询子系统、取水口实时监测及水质信息查询子系统、水域信息查询子系统、水利工程信息查询子系统、调水管理子系统等5个功能系统,其功能框图见图2。

图2 系统功能框图

3.2.1 水雨情信息查询子系统

水雨情信息查询子系统,以更加形象、直观、开放的形式,在网络上实现图形界面上显示市区河网相关水雨情信息,并提供相关信息的查询、分析、统计和预警等功能(见图3),为调水工作提供实时,准确的参考依据和调水决策支持。具体实现功能主要有:

(1)查询宁波市区范围内各大中型水库的水情信息;

(2)查询宁波市区范围内主要河网的水情信息;

(3)查询宁波外江、外海的潮位信息;

(4)查询宁波市区范围内各国家雨量站的雨情信息;

(5)实时绘制任意国家重点雨量站、任意时段的降水量等值线图和等值面图,全面直观地显示该区域降水分布及大小;

(6)调水相关要素预警功能。

图3 水雨情信息查询子系统界面图

3.2.2 取水口实时监测及水质信息查询子系统

目前宁波市已建取水口实时监测系统,主要以统计图、表格传达数据信息。本次项目建设主要将相关取水口信息移至到WebGIS平台上,实现图形界面上取水口实时监测及水质信息查询。包括平台上取水口位置的显示、取水信息的查询,水质站点的分布及水质信息的查询和预警等。具体功能如下:

(1)在地图上标注宁波市各取水口分布,查询包括取水口名称、类型、所在地、所在流域等信息;

(2)查询宁波市各取水口取水量情况,包括取水单位、取水口、数量、取水时间、当月取水量和当年取水量的统计值等;

(3)提供宁波市各分区取水量分析统计功能:以图形或表格的形式,将鄞东南、鄞西和江北镇海等各分区的取水量展示出来;

(4)查询宁波市重要水源地的水质信息,在地图上标出相应站点的信息,并以表格的形式显示详细信息;

(5)查询宁波市重要水功能区的水质信息,在地图上标出相应站点的信息,并以表格的形式显示详细信息;

(6)河道水质劣于指定水质标准进行预警。

3.2.3 水域信息查询子系统

该子系统结合地理信息技术实现对宁波市区内主要河道、水库、湖泊、山塘等水域信息的显示与查询。通过该系统可以实现:

(1)在地图上显示宁波市区水域分布图,包括主要河道、大中型及小(1)型水库、湖泊、海塘等;

(2)能够查询到省市区级河道(包括3条省级河道、1条市级河道、75条区级河道等)相关信息,包括各级河道的名称、长度、起止点、断面资料、水域面积、水域容积、正常高水位水域面积、正常高水位水域容积等;

(3)能够查询到市区范围内1座大型水库、7座中型水库、28座小(1)型水库的相关信息,包括各级水库的名称、水库类型、兴建时间、水域面积、水域容积、库容曲线等;

(4)能够查询到市区范围内山塘(共计428座)、海塘的相关信息,包括其名称、兴建时间、水域面积、水域容积等。

3.2.4 水利工程信息查询子系统

该子系统集合地理信息技术实现对宁波市区主要水库、河道、水闸、泵站及海塘等工程信息的显示与查询(见图4)。具体显示与查询如下:

(1)在地图上显示宁波市区调水相关的水利工程分布图,包括主要河道、水闸、泵站和大中型水库、小(1)型水库及海塘等;

(2)河道信息查询:通过点选地图上的河道即可以方便地查询到市区范围内79条各级河道的详细信息:包括河道基本情况、特征值等,例如河道长度、平均面宽、平均水深、起止点等工程信息;

(3)水闸信息查询:通过点选地图上的水闸即可方便地查询到市区范围内主要31座水闸的详细信息:包括水闸基本情况、特征值等,例如闸门宽度、最大开度、开度流量关系、闸门用途等工程信息;

(4)泵站信息查询:通过点选地图上的泵站即可以方便地查询到市区范围内每座泵站的详细信息,包括泵站基本情况、特征值等,例如泵站用途、功率、泵的台数等工程信息;

(5)水库信息查询:通过点选大中型、小(1)型水库即可以方便地查询到各水库的详细信息:包括水库基本情况、特征值等,例如水库特征水位、特征库容、特征曲线、泄流能力曲线、水库类型等工程信息;

(6)海塘信息查询:通过点选海塘即可以方便地查询到各海塘的详细信息:包括基本情况,海塘波浪特征、海塘工程特征、海塘断面特征、海塘水文特征、海塘效益指标(受益情况、历史水没情况)、海塘工程量及配套设施,海塘上水闸情况等。

图4 水利工程信息查询子系统界面图

3.2.5 调水管理子系统

该子系统以宁波市区工情及流量采集信息为主要来源,借助GIS平台,以图形或表格等形式显示宁波市区调水相关河网的水位、引排水流量和水量以及调水工程的运行情况等信息,并可进行相关信息的分析、统计,实现宁波市区河道调水的监管和辅助分析功能。具体实现的功能主要有:

(1)各调水线路及调水工程位置及工程概况信息查询与显示;

(2)各调水工程运行及工况信息监测:各调水使用中的水闸、泵站运行情况;

(3)河道流量监测:使用ADCP等测流仪测流的河道,显示测流仪名称、型号、测时水位、流量等;

(4)引水口和排水口过水流量及过水量信息统计:以表格的形式统计调水过程中各闸门或泵站的过水流量、开启时间等;

(5)分区水量平衡分析统计:进行调水水源地供水水量统计、各闸泵引水或排水统计、分区引排水量统计,并能以报表的形式汇总输出等;

(6)建设区域上边界 (如东钱湖、姚江等)如上游山区水库水雨情、蓄水量及可供水量等;

(7)下边界如下游外江(外海)水位(潮位)信息等;

(8)宁波市八库一江水雨情等信息查询;

(9)统计功能:调水成果输出、报表统计;

(10)输出功能:报表及各项统计信息能以Excel的格式输出,以供编辑和打印等;

(11)专题地图生成:包括主要水利工程分布图、调水相关河网分布图和水域相关分布图等,以供编辑与打印。

4 系统运行

在各子系统开发的基础上进行系统分析和集成,系统集成包括功能集成和数据集成,解决各子系统兼容性、整体性和高效性问题,保证市区河道调水系统的运行。本次系统运行需要进行集成的功能包括水雨情及水质信息、取水信息、水域信息、监测信息等集成。

数据集成则是跳过界面和业务逻辑层,直接从应用软件的数据库或数据结构开始集成。由于现在宁波市水利局各业务系统都有各自不同的数据库,数据源各不相同。新增水雨情采集信息集中输入原宁波市水文站水雨情信息数据库存储;新增水质采集信息数据库存储水质监测站点水质信息;新增工情采集信息数据库存储相关实时工情信息;集成应用现有取水信息数据库信息。

系统通过网络可以将空间信息和调水相关信息传至各客户端,同时Web GIS体系又可以跨平台运行,减小系统的维护成本。宁波市区河道调水GIS管理系统软件安装在宁波市水利局机关办公楼内,机房建设及网络环境都已建设完成(见图5),可充分利用现有环境设备避免重复建设。

图5 系统运行环境示意图

5 结 语

该系统基于Web GIS技术,通过先进的电子信息技术、计算机技术、空间信息等技术构建宁波市区河道调水管理系统,实现了宁波市区河道调水的有效监控和科学调度,使有限的水资源得到最科学、合理、有效的利用,实现了水管部门长期以来粗放式管理向精细化管理转变。同时,借助Web GIS平台的资源信息系统,可以方便地解决海量数据的管理和客户端臃肿的问题,有效地解决空间数据的可视化问题,提高了数据的使用效率,实现图层信息的快速查询,达到水资源管理的科学化、规范化和标准化,提高了管理工作的效率和质量[3]。相信随着技术的不断升级,Web GIS将更为广泛地应用在水利部门的管理工作中,成为高效可靠的管理工具和现代化的管理手段。

[1]北京超图地理信息技术有限公司.SuperMap SDX+技术白皮书[M].北京:超图公司,2006.

[2]刘南,刘仁义.WebGIS原理及其应用[M].北京:科学出版社,2005.

[3]李飒,杨勇.基于Web GIS农业土地资源信息系统设计[J].农业网络信息,2008(12):16-18.