華北地區(qū)地下水超采治理信息系統(tǒng)設計與實現(xiàn)研究

于 磊，韓瑞光，王 琪，王 哲，薛麗娟

（水利部海河水利委員會，天津 300170）

華北地區(qū)特別是京津冀地區(qū)的水資源問題，事關(guān)首都水安全、京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略實施和雄安新區(qū)建設，在政治和戰(zhàn)略上具有十分重要的意義。20世紀70 年代以來，由于經(jīng)濟社會用水量需求大增，嚴重超采地下水，導致地下水位下降、河湖水面萎縮、地面沉降、海水入侵等生態(tài)環(huán)境問題，對保障國家水安全和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成威脅。

2019年1月，水利部、財政部、國家發(fā)展改革委、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部會同有關(guān)部門和地方，研究制定了《華北地區(qū)地下水超采綜合治理行動方案》（以下簡稱《行動方案》），以實現(xiàn)地下水采補平衡、解決地下水超采問題。華北地區(qū)地下水超采綜合治理行動涉及面廣，信息來源多，數(shù)據(jù)量大，指標復雜，數(shù)據(jù)處理技術(shù)要求高。水利部要求盡快建設華北地區(qū)地下水超采綜合治理信息管理系統(tǒng)，為監(jiān)督考核《行動方案》治理目標及任務提供重要手段，同時為評估綜合治理效果提供重要支撐。

1 系統(tǒng)建設目標和任務

1.1 建設目標

系統(tǒng)建設覆蓋北京、天津、河北3 個省市地下水超采區(qū)域，涉及11個地級市149個縣（區(qū)），占3省市總縣數(shù)的84%，總面積約8.7萬km2，如圖1所示。依據(jù)華北地區(qū)地下水超采綜合治理目標，遵循“一張表、一套圖、一個清單、一個系統(tǒng)”的總體思路，充分利用已建的信息化基礎(chǔ)設施和信息資源，在國控項目的建設框架和技術(shù)標準下，接入1 603 眼國家級（水利部）地下水自動監(jiān)測井、1 155眼自然資源部地下水自動監(jiān)測井以及部分省級地下水自動監(jiān)測井的監(jiān)測數(shù)據(jù)，構(gòu)建服務于華北地下水超采綜合治理措施跟蹤、效果評估、監(jiān)督復核、宣傳引導的業(yè)務應用系統(tǒng)，實現(xiàn)對“節(jié)”“控”“調(diào)”“管”等各項治理措施指標落實情況和目標實現(xiàn)情況的上報、查詢和動態(tài)跟蹤，評估分析地下水采補平衡狀態(tài)，有效提升國控項目水資源監(jiān)管服務能力，為監(jiān)督考核《行動方案》實施成效、支撐華北地下水綜合管理提供重要技術(shù)手段。

系統(tǒng)建成后，可實現(xiàn)對超采區(qū)“節(jié)”“控”“調(diào)”“管”等監(jiān)測數(shù)據(jù)（地下水、河湖補水、取用水等）、治理措施指標和目標實現(xiàn)情況的動態(tài)跟蹤和“一張圖”展示，以及治理成效的分析評估和模擬評價，在華北地區(qū)地下水超采綜合治理工作中發(fā)揮重要支撐作用。

圖1 華北地下水超采綜合治理范圍

1.2 建設任務

項目遵循“一張表、一套圖、一個清單、一個系統(tǒng)”的工作要求，以“監(jiān)控、跟蹤、評價、評估、考核、宣傳”為核心功能，涉及信息采集、數(shù)據(jù)中心、支撐平臺、業(yè)務應用系統(tǒng)、系統(tǒng)集成等建設內(nèi)容。

1.2.1 信息采集

建設信息采集平臺，充分利用海委現(xiàn)有監(jiān)測站網(wǎng)并接入實時地下水水位、水雨情、取水點、引調(diào)水等監(jiān)測站點數(shù)據(jù)，在已有基本水文站的基礎(chǔ)上，補充新建視頻點，實現(xiàn)項目所需的地下水、雨量、引調(diào)水、河湖補水、取用水等監(jiān)測信息和補水河道視頻信息采集。開發(fā)信息填報功能，實現(xiàn)對“節(jié)”“控”“調(diào)”“管”等現(xiàn)狀基準年數(shù)據(jù)、任務跟蹤數(shù)據(jù)、效果評估數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)的定時報送。

1.2.2 數(shù)據(jù)中心

依據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源、基礎(chǔ)服務、應用支撐建設基礎(chǔ)，建設華北地下水超采綜合治理數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)融合利用，提供數(shù)據(jù)訪問、存儲、備份和挖掘等服務。

1.2.3 支撐平臺

提供業(yè)務系統(tǒng)所需要的信息交換和數(shù)據(jù)融合等各類服務。同時，針對京津冀三省市地下水綜合治理數(shù)據(jù)量大、范圍廣、指標復雜等情況，配置服務器、操作系統(tǒng)、GIS軟件等設備。

1.2.4 業(yè)務應用系統(tǒng)

以多種形式為各類用戶提供地下水超采區(qū)綜合治理的數(shù)據(jù)匯集、業(yè)務管理、模擬評價和信息展示等服務，實現(xiàn)地下水治理一張圖可視化展示、動態(tài)信息實時監(jiān)控、治理措施定期跟蹤、治理效果科學評估和治理目標監(jiān)督考核等功能。系統(tǒng)包含基礎(chǔ)信息查詢、信息填報、任務跟蹤、效果評估、信息發(fā)布和系統(tǒng)管理等子系統(tǒng)。

1.2.5 系統(tǒng)集成

整合新建和已有資源，在基礎(chǔ)設施、數(shù)據(jù)資源、應用系統(tǒng)和地下水模型4方面進行集成。系統(tǒng)建成后，接入國家水資源監(jiān)控系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)建設技術(shù)路線和框架

2.1 技術(shù)路線

通過梳理現(xiàn)有系統(tǒng)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，分析本項目數(shù)據(jù)資源、業(yè)務功能等需求，在此基礎(chǔ)上，進行系統(tǒng)設計和開發(fā)工作，技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)建設技術(shù)路線

2.1.1 現(xiàn)狀梳理

海河流域水資源監(jiān)控系統(tǒng)、地下水監(jiān)測信息系統(tǒng)以及防汛抗旱指揮系統(tǒng)為項目建設提供了工作基礎(chǔ)。但現(xiàn)有系統(tǒng)尚不能完全滿足項目需求，無法反映各項治理任務進展、主要目標指標完成情況、地下水水位恢復和回升情況、河湖生態(tài)恢復及治理成效等。充分利用現(xiàn)有成果，圍繞華北地下水超采綜合治理信息上報、數(shù)據(jù)審核分析、治理成效展示等業(yè)務實際需求進行建設，是對已有項目的擴展和延伸。

2.1.2 需求分析

在數(shù)據(jù)支撐方面，除整合利用現(xiàn)有系統(tǒng)的地下水位、雨水情和調(diào)水等監(jiān)測數(shù)據(jù)外，主要對三省市上報的現(xiàn)狀基準年、季度跟蹤和年度評估等數(shù)據(jù)進行匯總統(tǒng)計和審核分析，實現(xiàn)華北地下水超采綜合治理數(shù)據(jù)體系的統(tǒng)一管理。在功能支撐方面，集信息填報、任務跟蹤、效果評估、基礎(chǔ)信息查詢、治理成效可視化展示、信息發(fā)布等多項功能于一體，監(jiān)督考核《行動方案》確定的治理目標。

2.1.3 系統(tǒng)設計和開發(fā)

遵循已有系統(tǒng)建設框架和技術(shù)標準，根據(jù)需求分析成果和項目技術(shù)要求開展系統(tǒng)設計、開發(fā)、集成、測試和試運行工作。

2.2 系統(tǒng)框架

華北地下水超采綜合治理信息管理系統(tǒng)建設采用B/S 架構(gòu)，主要內(nèi)容包括信息采集、數(shù)據(jù)中心、支撐平臺、業(yè)務應用系統(tǒng)、移動端和網(wǎng)頁端6 部分，標準規(guī)范體系和系統(tǒng)安全體系貫穿于整個系統(tǒng)，系統(tǒng)框架如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)框架

3 系統(tǒng)應用子系統(tǒng)建設

業(yè)務應用系統(tǒng)建設內(nèi)容包括首頁面、基礎(chǔ)信息查詢、信息填報、任務跟蹤、效果評估、信息發(fā)布和系統(tǒng)管理等子系統(tǒng)。

3.1 首頁面

包括治理范圍、治理目標、治理效果、治理措施和空間展示5 個功能模塊，集中展示了“一個清單”“一套圖”“一張表”中涉及的主要指標，以曲線圖、柱狀圖、餅狀圖等形象直觀展示各類內(nèi)容。

3.2 基礎(chǔ)信息查詢子系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括地下水位信息、埋深信息、河湖補水信息、雨情信息、取水信息和文檔查詢6 部分內(nèi)容，基于“一張圖”思路，按照行政區(qū)劃、補水河湖、自定義分區(qū)等不同查詢條件，對各類監(jiān)測點、線、面等要素進行空間定位和基礎(chǔ)信息、監(jiān)測信息、業(yè)務統(tǒng)計分析信息交互式綜合查詢，實現(xiàn)綜合反映華北地下水超采區(qū)地下水水位（埋深）、雨水情、重要取水戶、灌區(qū)引水和河湖補水等動態(tài)情況。

3.3 信息填報子系統(tǒng)

按照“縣級填表——市級入庫——省級初審——流域級詳審、匯總?cè)霂臁醒爰墸ㄋ扛髫熑嗡揪郑┌殃P(guān)”的總體路線進行，逐步實現(xiàn)對各級超采治理措施信息、目標指標信息、重要文檔、工程信息和項目成果信息的收集查詢、審核、統(tǒng)計分析以及短消息自動督辦等功能。

3.4 任務跟蹤子系統(tǒng)

對“一個清單”的任務落實、目標完成及資金投入使用等情況進行跟蹤，形成“有措施就有指標，有指標就有跟進，有跟進就有數(shù)據(jù)，有數(shù)據(jù)就有跟蹤結(jié)果”的不間斷、無遺漏的跟蹤體系。

3.5 效果評估子系統(tǒng)

在項目治理措施動態(tài)跟蹤的基礎(chǔ)上，利用監(jiān)測及現(xiàn)有數(shù)據(jù)，結(jié)合水資源評價、數(shù)值模擬、衛(wèi)星遙感、無人機等技術(shù)，通過對治理方案的匯總分析，從不同角度評估“一張表”各治理目標指標的效果，包括基準年評估、動態(tài)評估和年度評估。系統(tǒng)提供基準年情況、治理措施和治理成效的聯(lián)動展示及“一套圖”的查詢分析功能，為目標達效評估提供有力支撐。

3.6 信息發(fā)布子系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括治理進展與成效、大事記和評估報告3 部分內(nèi)容，提供項目措施進展、壓采目標完成、治理成效、治理行動重要節(jié)點以及評估報告等關(guān)鍵信息的查詢和展示功能。

3.7 系統(tǒng)管理子系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括系統(tǒng)監(jiān)控和用戶管理，主要目的是及時掌握系統(tǒng)運行情況、數(shù)據(jù)情況以及使用情況，實現(xiàn)用戶管理和權(quán)限控制，管理所有的用戶數(shù)據(jù)和組織機構(gòu)數(shù)據(jù)。

4 小結(jié)

華北地區(qū)地下水超采綜合治理信息管理系統(tǒng)建設項目是海委落實水利部部署要求，助推《行動方案》落實，切實解決華北地區(qū)地下水超采問題，逐步實現(xiàn)地下水采補平衡的重要舉措。工程的實施將為水利部門全面掌握超采區(qū)地下水開采量、河道補水水量、水面面積恢復、地下水水位變化等地下水超采綜合治理進展情況提供更加高效、便捷的平臺，切實解決綜合治理涉及面廣、信息來源多、監(jiān)測數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)處理技術(shù)要求高等難題，為各項治理行動開展提供重要技術(shù)支持，為全面評估分析華北地區(qū)地下水采補平衡狀態(tài)、充分展示綜合治理成效持續(xù)提供技術(shù)支撐。