摘要：介紹了德國WASY流域水資源信息管理系統(tǒng)（WISYS）的軟件架構(gòu)、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和主要功能；針對(duì)太湖流域?qū)嶋H和流域水資源綜合利用信息管理的要求，充分借鑒和吸收了WISYS軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)思路,定制了太湖流域水資源綜合管理系統(tǒng)；通過消化與應(yīng)用開發(fā)，總結(jié)了WISYS軟件的特色，可為水資源信息管理系統(tǒng)的建設(shè)提供借鑒。
 

    關(guān)鍵詞：德國WASY,流域水資源,信息管理系統(tǒng),太湖流域,應(yīng)用,水利監(jiān)控系統(tǒng)論文
 

    水資源問題作為當(dāng)今世界的熱點(diǎn)問題之一，越來越受到人們的關(guān)注。據(jù)可持續(xù)發(fā)展世界首腦會(huì)議提供的資料顯示，水危機(jī)已經(jīng)嚴(yán)重制約了人類的可持續(xù)發(fā)展。過度用水、水污染等一系列水問題，已經(jīng)給人類帶來嚴(yán)重后果。

    歐洲議會(huì)和歐盟理事會(huì)針對(duì)當(dāng)今各國面臨的水資源問題，于2000年制定了歐盟水框架協(xié)議[1-3]WFD，EuropeanWaterFrameworkDirective）。歐盟水框架協(xié)議的制定，有利于協(xié)調(diào)歐盟各成員國改進(jìn)歐盟境內(nèi)水質(zhì)和保護(hù)水資源量，促進(jìn)水資源的可持續(xù)性利用。德國WASY水資源規(guī)劃和系統(tǒng)研究所研發(fā)的水資源信息管理系統(tǒng)WISYS（WaterInformationSystem）軟件以ArcGIS為基礎(chǔ)，遵循歐盟水框架協(xié)議開發(fā)的流域水資源信息管理系統(tǒng)，主要用于流域的管理和規(guī)劃、水資源可持續(xù)利用，以及地表水和地下水的生態(tài)環(huán)境控制。

    近年來，太湖流域管理局（以下簡(jiǎn)稱太湖局）在流域治理和管理的實(shí)踐中，各部門按照業(yè)務(wù)需要已經(jīng)建設(shè)了一些應(yīng)用系統(tǒng)，如水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控信息服務(wù)系統(tǒng)，水量水質(zhì)同步監(jiān)測(cè)信息服務(wù)系統(tǒng)等，對(duì)流域的防洪與水資源調(diào)度起到了積極的作用。為進(jìn)一步提高流域水資源規(guī)劃、管理能力，太湖局引進(jìn)了WISYS軟件，消化、吸收其先進(jìn)的軟件系統(tǒng)架構(gòu)，并在太湖流域進(jìn)行了應(yīng)用。

    1　WISYS軟件簡(jiǎn)介

    1.1　軟件架構(gòu)

    WISYS軟件由地理數(shù)據(jù)庫、中間處理設(shè)備、用戶管理及WISYS工具等部分組成[4]。地理數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)圖形和屬性數(shù)據(jù)的存貯；中間處理設(shè)備為系統(tǒng)的運(yùn)行提供技術(shù)支撐，主要包括ArcIMS，ArcSDE和Web服務(wù)器的搭建；用戶管理包括數(shù)據(jù)庫、元數(shù)據(jù)和用戶權(quán)限等的管理；WISYS工具為軟件的應(yīng)用層，提供了模型對(duì)象創(chuàng)建、信息查詢、河流流向生成等功能。WISYS體系具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    1.2　數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

    WISYS將水資源管理所涉及的河流、污水處理廠、土地利用、水源保護(hù)區(qū)、自來水廠等眾多信息歸納為5類，分別為地表水網(wǎng)絡(luò)、水文地質(zhì)、區(qū)域規(guī)劃、地圖網(wǎng)格和管理單位。

    1）地表水網(wǎng)絡(luò)：包括流域、河流、湖泊、水庫、堤防、點(diǎn)污染源、水利工程等要素類；

    2）水文地質(zhì)：包括地下水、地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)、污染區(qū)、地下水回灌區(qū)等要素類；

    3）區(qū)域規(guī)劃：包括水資源、自然景觀、鳥類、娛樂等保護(hù)區(qū)和國家公園等要素類；

    4）地圖網(wǎng)格：包括展示地圖的空間分布信息的要素類；

    5）管理單位：包括�。ㄖ陛犑校⑹�、區(qū)縣等要素類。

    WISYS系統(tǒng)按照一定的模型和規(guī)則組合地理要素?cái)?shù)據(jù)集，以地理要素為載體展示各種屬性信息，具有直觀、對(duì)象性強(qiáng)的特點(diǎn)。

    1.3　WISYS軟件系統(tǒng)主要功能

    WISYS軟件的主要功能體現(xiàn)在流域水資源基礎(chǔ)信息的構(gòu)建、水資源管理規(guī)劃、水資源評(píng)價(jià)和事件管理等4個(gè)方面[5]。

    流域水資源基礎(chǔ)信息包括流域水系、水利工程、監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、行政區(qū)劃、地下水分布等管理對(duì)象地理位置和特征屬性的直觀表達(dá)。作為水資源管理核心元素的流域水系，WISYS軟件提供了河流流向分析、河段拓?fù)潢P(guān)系分析等多種水系處理工具。

    水資源管理規(guī)劃體現(xiàn)在水資源供給、分布、流域地表和地下水管理、水資源開發(fā)利用等幾個(gè)方面。軟件通過不同流域級(jí)別及行政分區(qū)作為規(guī)劃單元，對(duì)供水、排水、水資源開發(fā)量、水資源利用方式及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等信息進(jìn)行管理。

    水資源評(píng)價(jià)通過水質(zhì)和水量2個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。水質(zhì)評(píng)價(jià)主要從水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)、排污指標(biāo)、監(jiān)測(cè)數(shù)

    據(jù)等幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)；水量評(píng)價(jià)主要從取水量、排水量、供需水量平衡的角度做出評(píng)價(jià)。

    事件管理是對(duì)用戶自定義的事件過程或管理對(duì)象的狀態(tài)與動(dòng)作進(jìn)行的設(shè)置與管理。例如線事件可以定義河流的河道類型、水體特征等；面事件可以定義假設(shè)的1個(gè)區(qū)域植被種植情況；水質(zhì)事件可以反映各功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)等。

    2　WISYS軟件消化與應(yīng)用開發(fā)

    太湖流域水資源綜合管理系統(tǒng)依托于ArcGIS軟件平臺(tái)，基于WISYS軟件進(jìn)行開發(fā)。系統(tǒng)劃分了以下9大管理模塊：自然資源、水系、社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息、點(diǎn)源、監(jiān)測(cè)、水利工程及設(shè)施、水功能區(qū)、水資源和供水量等管理模塊，用戶通過系統(tǒng)可以全面查詢太湖流域自然資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、水利工程及設(shè)施狀況等的各類水資源信息。太湖流域水資源綜合管理系統(tǒng)主界面如圖2所示。

    3　WISYS軟件應(yīng)用設(shè)計(jì)特點(diǎn)

    3.1　WISYS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    WISYS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是以地理要素為中心，將地理要素與其屬性數(shù)據(jù)存貯在同一張數(shù)據(jù)表中，保證了地理要素與屬性數(shù)據(jù)的一致性。太湖流域目前的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本是按照業(yè)務(wù)需求進(jìn)行分類建設(shè)的，如基礎(chǔ)水文、實(shí)時(shí)水雨情、水質(zhì)數(shù)據(jù)庫等。

    這種設(shè)計(jì)使各個(gè)數(shù)據(jù)庫自成一套體系，難以進(jìn)行統(tǒng)一的更新、維護(hù)，確保數(shù)據(jù)的唯一性。

    3.2　業(yè)務(wù)對(duì)象類的設(shè)計(jì)

    WISYS將地理要素進(jìn)行對(duì)象類的設(shè)計(jì)，將水資源管理對(duì)象抽象成地圖元素，側(cè)重描述對(duì)象的自然屬性，既體現(xiàn)了高級(jí)抽象，又體現(xiàn)了業(yè)務(wù)屬性。如河流、水庫、湖泊、堤防類的建立。傳統(tǒng)的GIS軟件包含的圖元類型主要是點(diǎn)、線、面，具體每條線所代表的含義需要通過關(guān)聯(lián)屬性數(shù)據(jù)后，進(jìn)行展示，GIS軟件本身并不知其具體的含義。WISYS通過河流、堤防類的建立，可以區(qū)分出一條線對(duì)象到底是河流還是堤防，在水資源調(diào)度管理時(shí)，可以自動(dòng)判別，進(jìn)行河流流向自動(dòng)生成等相關(guān)的分析工作。

    3.3　數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具的開發(fā)

    由于WISYS超越了傳統(tǒng)的點(diǎn)、線、面對(duì)象模型，外部的地圖數(shù)據(jù)不能直接為WISYS所用。因此，WISYS開發(fā)了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具GeoDataeXchange[6]，通過圖形化的界面將ArcGIS的圖形文件（shp格式）和數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換為WISYS可訪問的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫。利用GeoDataeXchange，可以將原有的數(shù)據(jù)輸入到設(shè)定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，也可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到ArcSDE和PersonalGeodatabase中。

    3.4　對(duì)象管理模塊的設(shè)計(jì)

    河流、堤防等水資源管理對(duì)象的建立通過對(duì)象管理模塊來實(shí)現(xiàn)。WISYS的對(duì)象管理模塊能夠由用戶利用圖形化的工具來完成設(shè)計(jì)和修改工作，無需修改源代碼。這樣的系統(tǒng)能夠適應(yīng)不斷改進(jìn)的業(yè)務(wù)需求，大大減少了管理和維護(hù)的工作量。

    3.5　統(tǒng)計(jì)分析功能的實(shí)現(xiàn)

    根據(jù)對(duì)象之間的從屬關(guān)系，可以季笠等：德國WASY流域水資源信息管理系統(tǒng)在太湖流域的應(yīng)用自動(dòng)統(tǒng)計(jì)相關(guān)信息。例如：在設(shè)置好每個(gè)排污口隸屬的河流（如望虞河）后，根據(jù)每個(gè)排污口的排污量，可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出在某段時(shí)間內(nèi)望虞河的入河排污量。

    4　結(jié)語

    遵循歐盟水框架協(xié)議開發(fā)的德國WISYS軟件在數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)對(duì)象類的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、對(duì)象管理及統(tǒng)計(jì)分析等方面具有一定的先進(jìn)性。通過在太湖流域的應(yīng)用，WISYS系統(tǒng)的擴(kuò)展性較強(qiáng)，能夠適應(yīng)不斷改進(jìn)的業(yè)務(wù)需求，極大減少了管理和維護(hù)的工作量。