水利工程論文-瑪納斯河流域水資源管理信息系統(tǒng)研究.doc

水利工程論文-瑪納斯河流域水資源管理信息系統(tǒng)研究摘要：瑪納斯河流域水資源管理信息系統(tǒng)的開發(fā)研究主要針對水資源管理的需要，解決目前管理效率低，水市場機制不完善等問題，建設(shè)高效可靠的、實用先進的綜合查詢信息系統(tǒng)。本文根據(jù)水資源管理信息系統(tǒng)（WRMIS）的開發(fā)目標，分析系統(tǒng)的功能需求和結(jié)構(gòu)，提出新的開發(fā)方式，強調(diào)開發(fā)過程中用戶參與的重要性，提高工作效率和管理水平。關(guān)鍵詞：水資源管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計瑪納斯河流域1引言國家對水資源管理工作曾明確地指出過：“任何一個河流用水，必須統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)籌管理，才能充分利用水資源，統(tǒng)一水行政的原則在于集中掌握河流的水政管理、水權(quán)核準、水利事業(yè)計劃的核定，水利事業(yè)的檢察及多目標水利事業(yè)的興辦”。即水資源管理包括洪旱防治、基建發(fā)電、水質(zhì)監(jiān)測、污染防治、農(nóng)田灌溉、水土保持等多種職能，然則，流域水資源使用權(quán)界定不清，責、權(quán)、利不明確，常存有“多龍治水”和“多龍管水”的現(xiàn)象，導(dǎo)致水資源利用率低下；毋容置疑，水資源管理工作是水利工作的核心,它直接影響到水資源的優(yōu)化配置及流域經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展1?，敿{斯河流域地處亞歐腹地，天山北麓準噶爾盆地南沿，屬典型的干旱區(qū)。地處北緯43274521，東經(jīng)85018632之間。流域面積2.4104km2，可耕地約為46.7104ha，多為平原。平原區(qū)海拔300500m，年平均氣溫6.6C，年降水110200mm，年蒸發(fā)15002000mm，無霜期148187天。全流域除瑪納斯河外尚有4條小河，總計年徑流量23108m3，其中瑪納斯河年平均徑流量為12.7108m3，占全流域的55.2%，另有可資利用的地下水10108m3。瑪納斯河及其小河均有較豐富的水力資源，規(guī)劃裝機達50104kW，年發(fā)電18108kWh?，F(xiàn)已建成水庫25座，總庫容5.2108m3。建成各級渠道2.3104km，打井1500眼，年抽水2.5108m3?，F(xiàn)年引地表水和地下水21108m3。已建成水電站6座，裝機6.128104kW，年發(fā)電1.8108kWh2。但由于河流的季節(jié)性很強，水量集中在68月，水量占全年的60%-80%，年內(nèi)水量分配極度不均，加上管理形式粗放，手段落后，體系不健全，致使地下水嚴重超采，水資源的大量無效消耗，造成了流域的生態(tài)環(huán)境惡化，河流縮短，湖泊萎縮，森林衰退；如農(nóng)區(qū)引水不斷增加，致使河道下游及綠洲外圍地下水位急劇下降，環(huán)境生態(tài)可利用水量迅速減少，70年代末，面積曾達550km2的瑪納斯湖干枯，周圍的胡楊林也大面積地衰退死亡；沙漠化，土壤的次生鹽漬化日趨嚴重（過量的灌溉必然導(dǎo)致地下水位的升高，引起土壤的次生鹽漬化）；水質(zhì)污染嚴重等。本文從綜合考慮瑪納斯河流域的可持續(xù)發(fā)展及合理優(yōu)化配置流域水資源的角度上，初步研究和探討水資源管理信息系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用。2流域水資源管理信息系統(tǒng)的開發(fā)目標與原則及總體規(guī)劃2.1開發(fā)目標和原則開發(fā)目標應(yīng)是針對瑪納斯河流域水政水資源管理工作的具體需要，結(jié)合兵團水政管理的具體特點，開發(fā)出能及時地向各層次（包括決策層、管理層、運行層）提供與問題相關(guān)的各種信息及問題的解決方案，對水政水資源管理中重點監(jiān)察項目、水事糾紛、執(zhí)法隊伍建設(shè)、水事案件統(tǒng)計信息、取水口、排污口、水質(zhì)公報、水資源公報等進行查詢和統(tǒng)計，為各級領(lǐng)導(dǎo)監(jiān)督、協(xié)調(diào)水政水資源提供支持，為各級水管部門準確及時提供水資源信息，提高工作效率和決策水平4。流域水資源管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)遵循以下原則：堅持統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、統(tǒng)一規(guī)劃，立足于流域社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展；統(tǒng)一設(shè)計、統(tǒng)一標準，保證系統(tǒng)的可集成性和整體性，同時注重系統(tǒng)技術(shù)更新的可過渡性和連續(xù)性；盡可能利用現(xiàn)代信息技術(shù)的最新成果，使其具有先進性和較長的生命周期，特別注重系統(tǒng)的可操作性和實用性；充分發(fā)揮各級水利主管部門的積極性，自上而下地進行逐級建庫，在條件成熟時，實現(xiàn)水資源信息網(wǎng)絡(luò)管理；在實施水政水資源管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建設(shè)的同時，注重信息源的規(guī)范化和進一步的開發(fā)建設(shè)，強調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化、標準化、模塊化，做到界面清晰，接口標準統(tǒng)一，在保證可靠的前提下，加強系統(tǒng)的開放性；將來作為國家水資源管理信息系統(tǒng)的有機組成部分，提供全方位的、現(xiàn)代化的水資源管理與決策方面的信息支持手段和環(huán)境，為科學(xué)水資源管理、水利建設(shè)與發(fā)展的全局服務(wù)；將來作為國家資源環(huán)境信息系統(tǒng)的水資源子系統(tǒng)，為國民經(jīng)濟全局發(fā)展服務(wù)。2.2系統(tǒng)的總體規(guī)劃根據(jù)現(xiàn)時流域水資源管理工作的流程分析，得出流域水資源管理信息系統(tǒng)的基本功能，包括水資源公報、流域水資源管理年報、水資源工程規(guī)劃、水資源中長期供求計劃、流域需水預(yù)測、洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)、水資源評價、水質(zhì)監(jiān)測、取水許可管理、地下水管理、水資源費及使用管理、水政水資源管理法律法規(guī)等。具體框架如圖1：圖1系統(tǒng)總體規(guī)劃圖Fig.1SketchofTheOverallPlanToTheSystem3數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)庫設(shè)計數(shù)據(jù)收集與輸入是產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫和建立信息系統(tǒng)的最基本工作，建立完整的流域水資源信息系統(tǒng)需要大量的數(shù)據(jù)，花費大量的人力和費用，在時間和經(jīng)費有限的情況下，難以做得很完整。因而，應(yīng)充分利用已有資源，根據(jù)系統(tǒng)需要，先從最基本的部分開始，分步實施。3.1數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)源主要有：實地調(diào)查，歷史資料收集，人工數(shù)字化或掃描現(xiàn)有的地圖；有條件可收集衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，及其它地理數(shù)據(jù)和科研成果材料等。根據(jù)現(xiàn)有資料，合理規(guī)劃數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。3.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計數(shù)據(jù)庫是信息系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)所有程序的運行都必須依賴數(shù)據(jù)庫支撐。數(shù)據(jù)庫設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到系統(tǒng)的運行。數(shù)據(jù)庫設(shè)計的主要原則有：應(yīng)具有靈活性、可擴充性和可維護性；能確保數(shù)據(jù)的可靠性、有效性、完整性和安全性；滿足查詢輸出、報表生成、預(yù)報和調(diào)度等對數(shù)據(jù)的使用要求；并能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的需要；滿足遠程用戶的數(shù)據(jù)庫的訪問要求，實時主動為上級提供信息和數(shù)據(jù)；還必須保證數(shù)據(jù)的規(guī)范性和水利行業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)庫的一致性，便于數(shù)據(jù)信息的資源共享。本文主要從概念設(shè)計、代碼設(shè)計、功能設(shè)計、邏輯設(shè)計及物理設(shè)計等方面來探討瑪納斯河流域管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計基本方法。3.2.1流域水資源管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概念設(shè)計在開發(fā)一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的整個過程中，概念模型設(shè)計是關(guān)鍵的一步，其質(zhì)量好壞關(guān)系到整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的成敗。數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計是通過系統(tǒng)分析確定一個不依賴任何數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）軟件或硬件環(huán)境的而能充分反映應(yīng)用要求的數(shù)據(jù)模型。它既要符合范式的要求，又要具有簡明性、穩(wěn)定性、完備性和通用性。系統(tǒng)開發(fā)過程中，采用實體聯(lián)系方法（Entity-RelationshipApproach簡稱E-R方法）進行概念模型設(shè)計。圖2所示為水政水資源管理信息系統(tǒng)系統(tǒng)實體聯(lián)系圖。圖2水資源管理系統(tǒng)實體聯(lián)系圖Fig.2SketchofEntity-RelationshipforWRMS3.2.2流域水資源管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)代碼設(shè)計代碼設(shè)計是建立信息系統(tǒng)的一項重要的基礎(chǔ)工作。代碼設(shè)計的目的是為了能更有效、更方便地使用計算機處理信息。3.2.2.1代碼設(shè)計的對象本系統(tǒng)代碼設(shè)計的對象有兩類：數(shù)據(jù)代碼和軟件要求的各種標識符。（1）數(shù)據(jù)代碼有兩種情況需要考慮編制數(shù)據(jù)代碼。第一種情況是當數(shù)據(jù)本身不為英文或數(shù)字，但卻需要作為主碼值時，則我們對其全部編碼，并盡量采用層次數(shù)字碼，并稱其為第一類數(shù)據(jù)代碼（例如，行政分區(qū)代碼，水資源分區(qū)代碼等）；第二種情況是數(shù)據(jù)字段雖然不是主碼，但數(shù)據(jù)具有較多的不定長文字描述時，我們視需要而定是否編碼，若對其進行編碼，則稱為第二類數(shù)據(jù)代碼。表1所示為系統(tǒng)需要使用的數(shù)據(jù)代碼。表1數(shù)據(jù)代碼Table1CodeOfData序號代碼名代碼標識符代碼長度編碼規(guī)則1行政分區(qū)代碼ADDVCDC(6)GB/T226019952流域代碼BSCDC(1)中國水資源利用3水資源分區(qū)代碼WRRCDC(7)中國水資源利用4計算單元代碼WAUNCDC(13)5水文流域代碼BS2CDC(1)全國水文數(shù)據(jù)庫6水系代碼HNCDC(3)全國水文數(shù)據(jù)庫7河流代碼RICDC(8)8取水許可審批部門代碼WMUCDC(1)9機構(gòu)代碼WMAGCDC(10)SL/T200.019710測站代碼STCDC(8)全國水文數(shù)據(jù)庫11河流干支流分級RIGRCDC(1)12單位級別代碼AGGRCDC(2)SL/T200.069713機構(gòu)主體單位分類代碼AG1CDC(1)SL/T200.039714機構(gòu)隸屬程度代碼AG2CDC(1)SL/T200.039715報表代碼RPCDC(16)（2）軟件要求的各種標識符數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的關(guān)系表名、字段名、程序模塊名、文件名等一律采用英文（包括數(shù)字）標識符。3.2.2.2代碼設(shè)計的原則本系統(tǒng)代碼設(shè)計的原則是：在有國際標準、國家標準或行業(yè)標準的情況下就采用標準代碼。在沒有標準代碼，但有通用習(xí)慣符的情況下采用通用習(xí)慣符。在既沒有標準代碼，又沒有通用習(xí)慣符可用的情況需自編代碼時，根據(jù)代碼應(yīng)滿足穩(wěn)定性、可擴充性、通用性和易讀性原則進行編碼。3.2.2.3標識符命名規(guī)則系統(tǒng)關(guān)系表名、字段名的標識符命名規(guī)則應(yīng)如下：為了便于國際交流，系統(tǒng)的關(guān)系表名及字段名的標識符以英文為基礎(chǔ)，可全部用英文及數(shù)字構(gòu)成。標識符都以英文字母開頭，標識符中英文大小寫字母表示同一含義，可任意選用。本系統(tǒng)標識符的長度限制不超過10個字母數(shù)字字符。但為了便于與全國水文數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，本系統(tǒng)中的水文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)部分的標識符基本遵循原水利部水調(diào)中心（現(xiàn)水利部信息中心）制定的標識符命名規(guī)則，標識符的長度限制不超過6個字母數(shù)字字符。如測站代碼可采用STCD，測站名稱采用NAME。為使工作人員便于聯(lián)想和記憶，標識符的構(gòu)造直接與其中文名掛鉤，即完全按中文名的漢語詞序?qū)⑾喈數(shù)挠⑽膯卧~縮寫然后合并而成標識符。這種方法可以使標識符的制定者完全不顧英文的語法和習(xí)慣，并且減少了由英文譯法的不同所帶來的隨意性3，4。3.2.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)的目的是使瑪納斯河流域水資源管理科學(xué)化、規(guī)范化，促進流域社會、經(jīng)濟及生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。在功能分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)具體數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）的特點，以及系統(tǒng)所提供的開發(fā)環(huán)境，將功能分析的結(jié)果轉(zhuǎn)換成軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案。系統(tǒng)功能設(shè)計中應(yīng)遵循的指導(dǎo)原則是結(jié)構(gòu)化和模塊化，即將系統(tǒng)設(shè)計成由相對獨立、單一功能的模塊組成的結(jié)構(gòu)。即系統(tǒng)應(yīng)具有流域水文、水資源和水環(huán)境有關(guān)空間信息的錄入、存貯與編輯；流域水文、水資源和水環(huán)境狀況及其有關(guān)空間信息顯示和查詢；