基于WISYS地下水环境健康管理系统构建研究

徐 蕾，王凯军，王永伟

（1.吉林省水文水资源局，吉林 长春 130022；2.水利部松辽水利委员会，吉林 长春 130021；3.吉林省水文水资源局延边分局，吉林 延吉 133001）

1 概 述

1.1 地下水环境健康

地下水环境健康是表征地下水环境所处的状态——健康程度的指标，是指地下水环境在发挥其资源、生态以及地质环境功能等诸方面所具有的稳定性和可持续性[1]。

健康的地下水环境在现状条件下具有正常的功能，并能在长期的外界活动影响下维持地下水环境系统稳定的结构和正常功能，正常的物质和能量的循环流动没有受到破坏，对外界干扰的长期效应具有一定的抵抗能力和恢复能力，可以通过自我调节对在一定程度范围内的外界胁迫具有自我恢复能力[2]。

因此，影响地下水环境健康的因素主要有自然因素和人为因素，特定区域的地下水环境健康等级是自然和人类活动空间上互相叠加互相影响的结果的外在表现，地下水环境各组成要素之间相互依靠一定的信息产生联系和相互作用，在空间上构成特定的分布组合形式，共同完成地下水环境的各种功能。

1.2 WISYS系统简介

WISYS信息系统平台是上海市水务局于2004年6月申请的水利部“948”项目—《水务一体化软件平台关键技术》，从德国水资源规划及系统研究院（WASY）引进的信息系统平台。

WISYS是德国WASY在ArcGIS基础上开发而成的信息系统开发工具，主要用于在欧洲水框架指令下流域的管理和规划、可持续发展控制及地表水的生态环境控制。作为目标模拟工具，WISYS能处理与流域管理和相关的所有地表水和地下水空间表象信息，用于水信息管理，主要用于进行管理流域基本信息、监测信息的管理和WISYS事件信息的管理，事件信息的管理主要包括：点（各类监测点、泵站等点状要素事件）、线（如河段、管道等线状要素事件）、水质信息、河流水系等水网信息及水类型事件信息的管理。

2 地下水环境健康管理系统总体设计

2.1 系统设计目标

地下水环境健康管理系统构建的总体目标是利用计算机技术，包括GIS、数据库、二次开发语言及WISYS系统等先进技术手段，建立一套先进的、涵盖地下水环境健康评价、预测和预警功能的地下水环境健康管理体系。通过系统的建立，形成较为完善的与地下水系统环境相关数据的数据库，通过对库中各类数据的整理、分析，利用所构建的模型库中的评价、预测和预警模型实现研究区地下水环境健康的评价、预测和预警，并将结果以统计图表、电子地图等方式生动直观地显示出现，为合理开发利用水资源和改善地下水环境提供科学依据，为各级水行政主管部门的科学决策提供有力支撑[3]。

2.2 系统整体框架

该系统以ARCGIS和WISYS系统为支撑环境，采用服务器的体系结构，结合COM+技术，以组件为基础单元提高系统各项功能的聚合性,完成软件的功能设计，从而构建起完善的地下水健康管理系统，以便提供以图、表等各种形式的地下水评价、预测、预警成果，为水资源保护和日常管理提供先进手段和科学依据。

根据系统结构，系统主要为三层：系统数据层、应用服务层、人机交互层。

1）系统数据层：进行相关数据的存储、分析、计算和管理，为系统提供查询分析的数据基础，并对成果进行管理；使用Oracle数据库进行数据管理，使用文件方式管理文件和电子地图。

2）应用服务层：作为系统核心，提供面向功能的模型和组件，包括基于ArcGIS的电子地图组件，数据库访问组件、数据统计分析计算组件、地下水评价模型组件、地下水预测模型组件、地下水预警模型组件和系统管理组件等。

3）人机交互层：以客户端交换界面方式实现地下水健康管理信息的管理、查询分析和应用，并利用客户端实施人为调控。

系统总体结构图如图1所示。

图1 地下水环境健康管理系统网络拓扑图

3 地下水环境健康管理系统主要功能设计

3.1 数据库设计

地下水环境健康管理系统主要功能的实现主要通过数据来实现的，数据库包括：基础数据库、空间数据库和模型数据库，基础数据库涵盖了水资源指标、社会经济指标、生态环境指标三大准则，六个分类，共计54个地下水环境健康指标。空间数据库包括基础空间信息和地下水监测站网、地下水水质类别、地下水健康等级分区等各类空间专题图层数据。针对模型具有对象的特征，提出了一种采用面向对象技术构造模型及模型库管理系统的方法。

地下水环境健康评价、预测、预警关注的核心都是地下水环境的变化以及演化趋势，三者有密切的关系，前者是后者的基础，后者是前者的深化和发展应用。根据这三者的关系，要进行地下水环境健康预测研究，就必须先进行合理的现状评价，有了科学准确的预测，才能科学正确的地下水环境健康预警，为水资源的优化配置、合理利用和科学管理，提供强有力的支撑。因此，针对地下水健康评价、预测、预警相互关系，建立地下水健康评价模型、预测模型及预警模型库，对地下水健康管理系统进行模型支持。

3.2 地下水环境健康综合评价

根据地下水环境健康综合评价的内涵、研究内容及评价方法，进行地下水环境健康的综合评价。首先构建研究区地下水环境健康综合评价指标体系，利用地下水环境健康管理信息数据库中的指标，利用模型库不同的指标筛选方法，如主成分分析法或灰色关联度分析法，进行地下水环境健康综合评价指标的筛选，构建适用于研究区地下水环境健康综合评价的指标体系；根据数据库中所构建的指标体系的各指标数据，利用模型库中地下水环境健康综合评价数学方法，进行研究区地下水环境健康的综合评价。

3.3 地下水环境健康预测和预警

根据地下水环境健康预测和预警的内涵、研究内容及计算方法，进行地下水环境健康的预测和预警。按照构建地下水环境健康综合评价指标体系方法构建研究区地下水环境健康预测和预警指标体系。根据所构建的研究区地下水环境健康预测指标体系及相应指标数据，利用模型库中地下水环境健康预测的数学模型，对研究区地下水环境健康状况进行预测。主要包括：研究区地下水环境健康单指标预测和综合指数预测两种。在地下水环境健康预测的基础上，亦地下水环境健康诊断的基础上，提出研究区地下水环境健康的预控措施，构建研究区地下水环境健康的人工免疫子系统[4]。

4 结语

作为水环境重要组成的地下水环境，对于促进生态环境的良性发展具有举足轻重的作用。将生态系统健康理念引入地下水环境的系统研究中，分析地下水环境的可持续发展的能力和状态，对现状地下水系统环境健康状况进行综合评价、预测和预警，为水行政主管部门的科学管理、水资源的优化配置和提供技术支撑，以水资源的可持续利用保障经济社会的可持续发展。

[1]王凯军.地下水环境健康预测研究与应用[D].长春：吉林大学，2009.

[2]姜纪沂.地下水环境健康理论与评价体系的研究及应用[D].长春：吉林大学，2007.

[3]曹东平，王凯军，李升.黄河下游河南段地下水环境健康预测诊断[J].东北水利水电，2009，27（3）：48-50.

[4]李升.地下水环境健康预警研究[D].长春：吉林大学，2008.