（水利工程专业论文）石家庄市水资源监控管理系统设计与实现.pdf

石家庄市水资源监控管理系统设计与实现 摘要 当前，石家庄市面临的水资源短缺、水污染形势严峻、水生态环境安全面临 严重威胁三个方面的主要问题已成为制约全市社会经济发展的重要因素。对水资 源开发、利用、治理、配置、节约和保护各个环节，实施动态的、实时的监控管 理，以水资源的可持续利用支撑全市经济社会的可持续发展是今后水资源管理工 作的重点。尽管石家庄市早在1 9 9 9 年就开始水资源远程监测系统建设，但原有监 控系统采取以县区单独管理的模式，没有纳入全市统一规划，覆盖密度低，整体管 理水平较低，远不能适应全市国民经济快速发展的需求。 急需建设覆盖全市的水资源监控管理系统，提高石家庄市水资源管理的科学 化、现代化水平。对缓解水资源供需矛盾，促进水资源合理开发、高效利用、有 效保护、优化配置具有重要意义。 本文遵循总体规划、分步实施、滚动发展、安全可靠、高标准、避免重复建设 的原则，以原有建设为基础，吸收国内外先进的网络通讯、计算机技术、地理信息 系统技术、自动监测等技术和经验，建设和完善水资源、供水、取用水、排水与 水环境监测等方面水资源实时监控系统、业务应用与决策支持系统、水资源信息 门户网站。结合工作实际，提出了水资源监控管理系统的总体框架结构及功能要 求，分析设计优化了技术方案，提出了主要设备和软件、硬件配置的规范性要求 及运行环境抗干扰的主要措施，制定了实施计划和项目建设与运行管理机制和制 度，进行了投资估算及效益分析评价。对河北省水资源信息化建设具有示范带动 作用。 关键词：水资源，实时监控，业务管理，网络系统，决策支持 d e s i g na n dr e a u z a l l o no nm o n i t o l u n g l u 悄g e m e n ts y s t e mo f 、) 1 “恤r r e s o u r c e si ns h i j i a z h u a n g a tp r e s e n t t h r e em a j o rp r o b l e m so fw a t e rr e s o u r c e ss h o r t a g e 、s e v e r e w a t e rp o l l u t i o n ，w a t e re n v i r o n m e n ts a f e t yi ns h i j i a z h u a n gb e c a m et h e i m p o r t a n tf a c t o r so fr e s t r i c t i n gs o c i a le c o n o m yd e v e l o p m e n t t h ef u t u r e w o r kk e yp o i n t so fw a t e rr e s o u r c e sm a n a g e m e n ta j r et oi m p l e m e n tr e a l t i m e m o n i t o r i n gm a n a g e m e n to nw a t e rr e s o u r c e sd e v e l o p m e n t ，u t i l i z a t i o n ，h a r n e s s d e p l o y m e n t 。e c o n o m ya n dp r o t e c t i o n ，a n dt os u p p o r t e c o n o m i cs o c i e t y s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tb yt h ew a t e rr e s o u r c e ss u s t a i n a b l eu t i l i z a t i o n a l t h o u g hs h i j i a z h u a n gs t a r t e dw a t e rr e s o u r c e sl o n g d i s t a n c em o n i t o rs y s t e m c o n s t r u c t i o ni n1 9 9 9 ，t h eo r i g i n a lm o n i t o r i n gs y s t e ma d o p t st h ep a t t e r n w h i c hi si n d e p e n d e n t l ym a n a g e db yt h ec o u n t y ，h a sn o tb e e nb r o u g h ti n t o t h ew h o l ec i t yu n i f i e dp l a n ，l o wc o v e rr a n g ea n dm a n a g e m e n tl e v e l ，c a nn o t k e e pu pw i t hn a t i o n a le c o n o m yf a s td e v e l o p m e n td e m a n d i ti su r g e n tt o c o n s t r u c tw a t e rr e s o u r c e sm o n i t o r i n gm a n a g e m e n ts y s t e mc o v e r i n gt h ew h o l e c i t yt oe n h a n c et h es c i e n t i f i ca n dm o d e r n i z e dl e v e lo fs h i j i a z h u a n gw a t e r r e s o u r c em a n a g e m e n t i th a st h es i g n i f i c a n c et oa l l e v i a t ew a t e rr e s o u r c e s s u p p l ya n dd e m a n dc o n t r a d i c t o r y ，t op r o m o t ew a t e rr e s o u r c e sr e a s o n a b l e d e v e l o p m e n t ，h i g h l ye f f e c t i v eu s e ，p r o t e c t i o n ，o p t i m i z e dd i s p o s i t i o n t h i sp a p e rf o l l o w e dt h ep r i n c i p l eo fo v e r a l lp l a n ，s t e pb ys t e p i m p l e m e n t a t i o n ，r o l ld e v e l o p m e n t ，s a f e t ya n dr e l i a b l e ，h i g hs t a n d a r d ，a n d a v o i d a n c er e p e t i t i o n ，t o o kt h eo r i g i n a lc o n s t r u c t i o na st h ef o u n d a t i o n ， a b s o r b sd o m e s t i ca d v a n c e dt e c h n o l o g ya n de x p e r i e n c es u c ha s ：n e t w o r k c o m m u n i c a t i o n ， c o m p u t e rt e c h n o l o g y ，g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m t e c h n o l o g y ，a u t o m a t i cm o n i t o r i n g ，c o n s t r u c t sa n di m p r o v e sw a t e rr e s o u r c e s r e a l t i m em o n i t o r i n gs y s t e m , p r o f e s s i o n a la p p l i c a t i o na n dd e c i s i o n 。m a k i n g s u p p o r ts y s t e m ，a n dw a t e rr e s o u r c e si n f o r m a t i o nn e t w o r ko fw a t e rr e s o u r c e s ， w a t e rs u p p l y ，w a t e ru s e ，w a t e rd r a i n a g ea n dw a t e re n v i r o n m e n t a lm o n it o r i n g a u t h o rp r o p o s e do v e r a l lf r a m ea n df u n c t i o no fw a t e rr e s o u r c e sm o n i t o r i n g m a n a g e m e n ts y s t e m ，a n a l y z e d ，d e s i g n e da n do p t i m i z e dt h et e c h n i c a ls c h e m e ， p r o p o s e dt h es t a n d a r dd e m a n do fm a i ne q u i p m e n ta n ds o f t w a r e ，h a r d w a r e c o n f i g u r a t i o n ， a n da n t i j a mm e a s u r e a c c o r d i n gt op r a c t i c a lw o r k ， e s t a b l i s h e d i m p l e m e n t a t i o np l a n 。p r o j e c tc o n s t r u c t i o n a n do p e r a t i o n m e c h a n i s m , a n dc a r r i e do nt h ei n v e s t m e n te s t i m a t i o na n db e n e f i ta n a l y s i s a p p r a i s a l i th a st h ed e m o n s t r a t i o nf u n c t i o nf o rw a t e rr e s o u r c e s i n f o r m a t i o nc o n s t r u c t i o no fh e b e ip r o v i n c e k e yw o r d s ：w a t e rr e s o u r c e s ，r e a l t i m em o n i t o r i n g ，p r o f e s s i o n a l m a n a g e m e n t ，n e t w o r ks y s t e m ，p o li c y m a k i n gs u p p o r t 独立完成与诚信声明 本人郑重声明：所提交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立 进行研究工作所取得的研究成果并撰写完成的没有剽窃、抄袭等违反学术 道德、学术规范的侵权行为。文中除已经标注引用的内容外，本学位论文中 不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北水 利水电学院或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。本人 完全意识到本声明的法律后果由本人承担 学位论文作者签名：盘n 聋 保证人( 嗣签名硝j 嘭 签字日期：如0 7 1 签字日期；7 ，。7 ，占、乙 学位论文版权使用授权书 本人完全了解华北水利水电学院有关保管、使用学位论文的规定。特授 权华北水利水电学院可以将学位论文的全部或部分内容公开和编入有关数据 库提供检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查 阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文原件或复印件和电子文 档。( 涉密的学位论文在解密后应遵守此规定) 导师签名：勺j ii 匆 i 签字日期：舻7 善1 - 廿彳 缸 - 赵“ ：f-， 鹕 洳 者作 ； 文 期 沦 日 位 字 学 签 华北水利水电学院工程硕士学位论文 1绪论 1 1 课题背景 石家庄市是河北省会所在地，地处华北平原腹地，北靠京津，东临渤海，西 倚太行山，东径1 3 0 。3 3 1 1 5 。2 97 ，北纬3 7 。2 9 3 8 。4 5 ，是首都的南 大门。现辖6 个区、1 2 个县、5 个县级市和1 个国家级高新技术开发区，总面积 1 5 8 万平方公里，常住人口9 1 7 5 万，其中市区面积4 5 5 8 平方公里，人口2 1 7 3 万， 是全省经济、文化中心 石家庄市地处半湿润半干旱地区，属于温暖带大陆性季风气候，市区平均气 温为1 2 9 c ，最高温度4 2 5 ，最低气温一2 6 5 ，干旱少雨，年降雨量多年平均 为5 2 7 6 r a m 。 根据近5 0 年水文水资源资料测算，全市年均可开发利用的水资源总量2 2 4 亿 立方米，人均占有水资源量2 5 6 立方米，约为全国平均水平的1 8 。现状年均用水 量约3 2 亿立方米，年均缺水l o 亿立方米左右。预测到2 0 1 0 年全市总用水量将达 到3 4 5 5 亿立方米，考虑南水北调工程调入水量，全市可供水量为2 8 6 4 亿立方米， 缺水率仍达1 7 1 。近几年，全市年排放废污水约5 8 3 亿立方米，入河废污水约 3 7 l 亿立方米，其中达标排放量仅1 4 5 亿立方米。大量废污水未经处理就直接排 入河道，严重影响地表水质。同时，农业生产中大量使用农药、化肥，其残留有 害物质经地表渗透进入地下，也使地下水水质逐步变差。目前，石家庄市平原区 地下水综合质量较差和极差的面积已达1 4 9 4 平方公罩，占平原区面积的2 2 。多 年来，全市经济社会发展用水主要靠超采地下水和牺牲环境用水来维持，地下水 位持续下降。形成了以石家庄市区化工集团、辛集城关为中心的两大漏斗区，宁 晋柏乡隆尧漏斗边界正纵深进入我市高邑、赵县。石家庄市区年均超采 地下水1 1 亿立方米，市区漏斗区面积已达4 1 0 平方公里，漏斗中心区最大埋深 5 2 4 米，辛集市漏斗区面积已超过6 0 平方公里。河道断流、湿地萎缩，全市滹沱 河、磁河、沙河等六条主要行洪河道，除汶河和滹沱河黄壁庄水库上游河段外， 其余河道基本上常年处于断流状态，河流功能逐步退化，河滩湿地基本消失，水 资源调蓄能力和水体自净能力下降，加剧了洪涝灾害的危害和河流水质的恶化。 华北水利水电学院工程硕士学位论文 水资源短缺、水污染形势严峻、水生态环境安全面临严重威胁三个方面的主 要问题已成为制约石家庄市社会经济发展的重要因素。水资源利用粗放，浪费严 重；在加快经济社会发展，推进城市化、工业化的进程中，没有充分考虑自身的 水资源条件；在全力打造“中国药都”、“全国纺织基地”、“华北重要商埠”、 “北方特色农业区”和区域性高新技术产业中心为主导的支柱产业的过程中超出 了当地水资源的承载能力。在未来一个相当长的时间内，石家庄市资源性缺水的 市情不会改变，水资源对经济增长的制约作用将越来越大，人民群众对生态环境 质量的要求将越来越高。建立覆盖全市的水资源监控管理系统，对水资源开发、 利用、治理、配置、节约和保护各个环节，实施动态的、实时的监控管理，以水 资源的可持续利用支撑全市经济社会的可持续发展是解决上述问题的突破口n 1 ， 也是石家庄市今后水资源管理工作的重点。 1 2 现状分析 为了加强水资源的合理开发、高效利用和有效保护，全面提升水资源管理水 平，做好对用水户的全程动态管理，石家庄市早在1 9 9 9 年就在全国率先开展了水 资源远程监测系统建设。几年来一直在积极组织力量、筹措资金，进行水资源实 时监控系统应用推广工作，积累了丰富的经验。目前石家庄市区、高新技术丌发 区、经济技术开发区和井陉县等1 2 个县( 市) 区3 3 0 家主要用水单位的7 5 7 眼自 备井已实现了用水实时远程监测，对用水单位用水实时精准计量，按量收费，有 效控制，提高了管理水平，改善了管理手段，增强了水资源费征收的科学性，对 有效遏制乱采乱挖现象起到了较大作用。但是，原有监控系统采取以县区单独管 理的模式，没有统一规划，整体管理水平还不够完善，覆盖密度远远不足，仅市 区及周边四县( 正定县、藁城市、栾城县、鹿泉市) 仍然还有6 0 多家主要用水单位 1 3 0 眼自备井没能有效实时计量监控，水资源监控管理手段和水平还比较低，已远 不适应石家庄市国民经济快速发展需求。 当前计算机信息技术已在各个领域得到了迅速的发展、应用，地理信息系统 ( g i s ) 技术、计算机网络技术、自动监测技术迅速发展、成熟和应用普及，为建 立水资源监控管理系统提供了先进、可靠的高新技术手段。人们越来越多的利用 计算机技术准确掌握各行业的基础信息、提高办事效率。水资源监控管理系统” 2 华北水利水电学院工程硕士学位论文 在许多省份、城市已经有了较为先进、成熟的先例，取得了很好的成效。 1 3 目的意义 2 0 0 4 年6 月石家庄市水资源实行了统一管理，迫切要求对有限水资源进行优 化配置和有效保护，提高水资源管理工作的公开、公平、先进和实效性，使有限 的水资源支撑石家庄市经济、社会和环境的可持续协调发展。水利部汪恕诚部长 多次强调建设水资源实时监控系统是实现水利现代化的重要标志。2 0 0 5 年7 月2 6 日水利部印发了城市水资源实时监测与管理系统建设项目管理办法的通知。 2 0 0 5 年1 1 月8 日至9 日，全国水利信息化工作座谈会在河南郑州召开，着重提出 了水利信息化近期工作要点，即：组织编制水利信息化发展4 十一五”规划；贯 彻落实关于进一步推进水利信息化工作的若干意见；加快水利信息化重点项目 建设；高度重视水利信息资源的开发利用；尽快颁布施行水利信息化建设管理 办法；加大重点业务应用软件的研究、开发与推广力度；加强水利信息网络管理 和网络安全保障。 按照水利部水利信息化发展纲要和石家庄市水利发展“十一五”规划，今后 几年，石家庄市将把加快水资源管理信息化建设作为推进水利现代化的龙头和重 点，整合资源、集中力量、优先发展。 对现有水资源实时监控系统进行整合、扩充和完善、提高，开发石家庄市水 资源政务办公网络信息管理系统，提高石家庄市水资源管理的能力和科学化、现 代化水平，为地方水资源规划、管理和决策提供及时、准确的信息服务和先进有 效的技术支持，增强各级水行政主管部门的协调和组织能力，为“依法治水、科 学管水”提供新一代的管理手段，并便于有效地利用宝贵的水资源信息，在全省乃 至全国水资源管理中具有典范意义。 1 4 目标内容 1 4 1 目标 建设和完善以城市水资源、供水、取用水、排水与水环境监测设施为基础、 计算机网络系统为依托、决策支持系统为核心、远程监控为手段的石家庄市水资 源监控管理系统；逐步实现信息采集自动化、传输网络化、管理数字化、决策支 3 华北水利水电学院工程硕士学位论文 持科学化的目标；为全面建设节水型社会、保障城市水安全提供技术支持和信息 保障。 1 4 2 内容1 ( 1 ) 建立石家庄市水资源实时监控系统，按照石家庄市“l “”组团式城市 布局，并能更科学、准确、全面地了解全市地下水位动态情况，对“1 市4 县” ( 即石家庄市区、处于环省会城镇密集区的正定、藁城、栾城、鹿泉4 个县( 市) ) 水资源信息( 用水量、地下水位、降雨量、排污量等) ，以及对地下水位重要监测 点的地下水位信息进行实时计量监控，准确及时掌握水资源信息、科学评价水资 源状况，正确提供水资源合理开发利用、可持续发展决策支持等。 系统包括石家庄市水资源监控中心、4 个县级分中心、新增加1 3 0 个水量监测 点、7 3 个地下水监测点和3 个污水排放监测点的建设，改造原有监测系统。利用 g s m g p r s ，实现水资源信息远程在线传输，采用地理信息系统( g i s ) 平台、构 建覆盖全市区的网络在线实时监控系统，以实时监控数据为基础，建立水资源辅 助决策支持系统等。 ( 2 ) 建立石家庄市水资源政务办公网络系统，对“l 市1 7 县”( 即石家庄市 区、石家庄市所属辛集市、晋州市、藁城市、新乐市、鹿泉市、正定县、深泽县、 无极县、赵县、栾城县、高邑县、元氏县、赞皇县、井陉县、平山县、灵寿县、 行唐县计1 7 个县) 进行水资源政务信息管理和政务网络办公，利用i n t e m e t 网络 建立封闭的水资源信息管理虚拟网( v p n ) ，利用地理信息系统( g i s ) 平台、构建 覆盖全市区的水资源政务办公网络系统。系统分为市、县两级，采用b s 三层体系， 全部为w e b 结构。 4 华北水利水电学院工程硕士学位论文 2 系统需求分析 水资源监控管理系统就是以信息技术为基础，运用各种高新科技手段，对 水资源及相关的大量信息进行实时采集、传输及管理；以现代水资源管理理论为 基础，以计算机技术为依托对水资源进行实时、优化配置和调度：以远程控制及 自动化技术为依托对工程设施进行控制操作；以互联网技术为依托，为水资源政 务办公提供网络支持，实现“电子”政务的一个综合网络系统。 系统需求是。水资源监控管理系统”设计、开发与实现的基础，通过需求调 查，进行综合分析，确定用户对。系统”功能与性能的初步要求，明确。系统” 内容和行为。 2 1 业务需求 水资源信息是一种社会资源，主要用于水行政职能部门根据水资源信息对水 资源进行管理、规划、决策。同时还用于研究人员、教育人员对其分析模拟试验， 研究其形成、运移规律，掌握其空间、时自j 分缸，提供开发利用策略，以及公众 的知情权，等等。 2 1 1 系统用户 “系统”是面向用户的，有其特定的目的。其用户主要分为三类：一类是水 资源行政管理职能部门与人员，利用系统提供的信息对水资源进行更有效的管理、 开发、利用，制定相关政策，规划可持续发展，根据“系统”实时监控信息，准 确掌握取用水供求状况，及时调控供求关系，优化配置水资源：另一类是水资源 利用单位和个人，按照规范、规定有偿使用或无偿使用、开发、研究，以及远程 业务申报审批、检查监督等等；第三就是公共大众，根据系统发布的水资源信息 及时、准确了解水资源状况、水资源政策、未来发展等等信息。 2 1 2 系统业务需求 ( 1 ) 水资源的管理应用 “系统”的主要用户为市、县两级水行政管理职能部门。各级水资源管理职 5 华北水利水电学院工程硕士学位论文 能部门的主要职责是根据国家和地方的有关法律、法规、政策及上级主管部门的 要求，对计划用水、节约用水、合水资源开发、利用、保护以及水安全、水环境 进行科学有效的管理，使有显效的水资源得到充分合理使用、优化配置和科学保 护，做到可持续发展，人与自然、人与社会和谐发展、可持续发展提供水资源保 障。 石家庄市水行政管理部门主要任务是为市级水资源管理和决策提供信息支持 和服务。负责全市水资源信息管理工作，通过g p r s 无线网络和i n t e m e t ( v p n ) 对水资源信息进行收集、分析、处理、存储、管理、评价、决策等，以及市县 间的政务办公等，实现市、县两级水资源政务网上办公，并与省进行数据共享， 在技术和管理上对市级水资源实时监控与管理系统进行指导。 ( 2 ) 水资源使用、开发、研究应用 水资源是国民经济发展的重要资源， 要和深远影响，制约其发展，合理使用、 对当地经济、社会、环境、生态具有重 优化配置，才能和谐、可持续。“系统” 可以满足水资源用户的需求，准确掌握水资源的供、用量，供、用计划，政策法 规，合理交费，有效使用，等等。及时动态掌握水资源信息，研究其规律，制定 其丌发利用规划，做到优化配置、可持续发展。 ( 3 ) 水资源是公众资源，公众需要了解、认识，自觉践行节水型社会建设 水资源作为公众资源，应该让公众认识它、了解它、掌握它，认识其发展规 律，认识其资源性和困乏性，认识当i j f 水资源的严峻形势，了解其对当地经济、 社会、环境的影响和重要性，了解我国、我省、我市的水资源政策，正确开发、 利用有限的水资源，节水用水，减少污水排放，改善水环境，做到人水和谐、可 持续发展。 系统需求大量的公众服务，及时发布水资源信息、水资源政策、法规，公众 通过i n t e m e t 互联网随时、随地可以查阅有关水资源信息、申请办理水资源业务， 以及相关行业水资源信息的共享和充分利用。 2 2 功能需求 水资源监控管理系统是为水资源行政职能部门管理、水资源利用、开发研究 者和公众服务提供信息支持、满足需求。所以，系统主要应具备两个方面的功能： 6 华北水利水电学院工程硕士学位论文 第一是水资源信息的实时监控管理及辅助决策支持功能；第二是市、县( 区) 两 级水资源行政职能部门政务远程网络办公。 2 2 1 水资源实时监控管理及辅助决策支持功能“” ( 1 ) 水资源实时监控管理 水资源实时监控管理是系统的重点。包括水资源空间数据与属性数据的采集、 传输、处理、查询、统计、分析、制图、报表、输出、w e b 发布、资源共享与数 据维护、数据安全等等功能。 水资源实时监控管理分为三级，市级、县( 区) 级及监测站点。 市级完成所辖县( 区) 站点和直管站点与所辖区( 各县区) 内各站点实时监 控与管理。 县( 区) 级负责所辖区域内各站点实时监控与管理，以及与市级的远程通讯 监控站点完成该站点用水量( 或地下水位、或水质、或污水排量、或降雨量 等有关水资源信息) 的实时采集、存储，并按照上级指令通过g p r s 网络将实时数 据或存储数据远传至所属的监控管理中心”。 ( 2 ) 辅助决策支持系统 系统提供的实时监控数据和信息是为管理和决策服务。辅助决策支持系统就 是对实时监测获得的数据信息，运用模型库中的相应模型进行智能化的综合分析， 参照知识库中的专家知识和有关法律、法规、规程规范，形成水资源( 包括水量、 水质、水情、水安全和水环境等) 动态状况的分析成果；并根据贫析成果，产生辅 助决策报告。为管理者制定法律法规、规划开发利用、优化配置水资源、可持续 发展等提供科学依据。它将以国内外近年在水资源、水安全、水环境以及经济、 社会、生态等多方面的科研成果为基础，结合现代高新技术和科学方法进行综合 开发，形成技术先进、功能完善、实用性强、又便于扩展和更新的具有辅助决策 支持功能的智能化综合系统。 2 2 2 水资源行政职能部门政务办公 根据水资源管理的业务内容与系统实际应用需求，其建设必须紧密结合水资 源管理与水环境保护等重点工作，必须结合各级职能，尊重现有业务办公流程， 提供应用系统，为行政许可审批管理、水资源利用规划、水资源监测、水资源评 7 华北水利水电学院工程硕士学位论文 价、水资源预测预警、水资源征费、入河排污管理、水资源节水保护、水资源安 全等政务办公提供安全、快速、可靠网络，实现远程网络办公。包括取水许可管 理应用系统、水资源监控管理应用系统、水资源年报应用系统、机井审批管理、 水资源评价管理、水资源费征收管理、排污口管理、水政管理、水资源公报管理 发布、水资源规划管理、水资源简报、供需水预测管理、水安全预瞀管理、数据 维护管理等业务应用系统，以及办公网络系统等等。 2 3 性能需求 ( 1 ) 系统先进性和实用性 系统的先进性和实用性是系统先进技术应用与系统价值的重要体现系统充 分利用当今先进技术和先进公共资源，符合行业发展潮流和要求，以地理信息系 统( g i s ) 为平台，g p r s 实时监控通讯，i n t e r n e t 构成封闭虚拟网络( v p n ) 和快 速以太网局域网，拓扑星型结构。构成覆盖全市网络体系。保证系统满足实用要 求的前提下，集成我国当今先进的水资源监控与管理技术，使系统在全省具有示 范效果。 ( 2 ) 系统高效性 系统运行效率主要体现在系统的处理能力、运行时间和响应时间几个方面。 在确保系统可靠性和可维护性的i j 提下，尽可能地提高系统的执行效率和相应时 间。 根据各级数据量和需求，在硬件上采用较为先进的设备，如中心服务器的 选用要合理、科学( 市级较高档、县级中档) ，以提高系统的处理能力和处理速度。 系统应用系统的设计应尽可能较少中间环节，减少中问数据量，采用高效 数据库系统，以提高数据的处理速度和系统的运行速度。 选择先进、高效编程语言，便于优化系统结构，提高系统处理能力和运行 速度。 合理设计系统的容量和可扩展性，考虑未来发展需求，在满足实用和未来 扩展需求的前提下，合理使系统“瘦身”，避免味的追求庞大，造成臃肿。 ( 3 ) 系统可靠性 可靠性是指系统运行过程中的抗干扰和正常运行能力。为保证系统出现的故 8 华北水利水电学院工程硕士学位论文 障能够很快得到排除，产生的错误能及时被发现或能够进行相应的处理，系统应 具有较强的纠错能力，具有在错误干扰后能够重新启动的能力。系统要采用冗余 技术、软件复杂性控制、软件在线自检等技术，以提高系统的可靠性。 ( 4 ) 系统可维护性 系统要具有较高的可维护性，以提高系统的可用性和使用效率系统主要从 系统的可理解性、可测试性、可修改性、可移植性、可使用性、开放性及效率等 多个方面来增强系统的可维护性，以提高系统的质量、延长系统的生存期。可以 从硬件和软件两个方面加以考虑。硬件应以集成程度高、通用性强、标准输入输 出、相对独立的功能模块等等硬件的集成。软件要建立明确的质量目标和优先等 级、开发工具与技术、规范的编程、相对独立功能模块、规范开发制度等多方面。 ( 5 ) 系统可扩展性 随着经济、社会和科学技术的不断发展，对系统的要求、对系统的覆盖程度 都会提出更高的要求。为了能够提高系统的生存期、提高系统的投入效益，所以 要求系统要具有较好的可扩展性。可扩展性主要从监测站点的增容、用户的增加、 功能的扩展、数据的进一步共享、公众信息服务的扩充等多方面加以考虑。 ( 6 ) 系统的安全性 系统安全是关系到系统能否正常运行、抗攻击破坏的能力，是检验系统可靠 性和质量的重要要素。系统安全主要包括两部分：一个是数据安全，另一个是系 统权限管理。 数据安全 数据安全包括两部分：数据传输安全和存取安全。 本系统数据传输有两种方式：g p r s 无线传输和互联网( v p n ) 传输，再就是 内部局域网传输，根据水资源信息数据的安全性要求，这些传输方式能够满足数 据传输安全要求。 水资源信息数据一般要集中到数据库服务器中进行统一管理。其特点是使数 据具有独立性。并提供对完整性支持的并发控制、访问权限控制、数据的安全恢 复等。所以，系统数据库需要采用并发控制、存取控制和备份恢复技术。 系统权限管理 9 华北水利水电学院工程硕士学位论文 在系统中要采用基于角色的访问控制机制，进行系统权限管理，从而决定一 个用户或程序是否对某一特定资源执行某种操作，防止用户或程序越权使用，消 除系统隐患，同时提供良好的系统柔性。就是在用户与角色之问建立多对多关联， 为每个用户分配一个或多个角色；在角色与权限之间建立多对多关联，为每个角 色分配一种或多种操作权限；同时，通过角色将用户与权限相关联，使用户通过 一个角色拥有一种权限。 圉2 - 1 权限管理图 f i g u r e2 - 1 t h ep u r v i e wm a n a g e m e n g tf i g u r e 2 4 信息流程分析 本次规划的信息从监测站网采集实时数据开始，通过数据存储管理，业务应 用、决策支持，到信息发布共有四个层次。 第一层是数据采集层：是各类实时数据的形成过程，对水资源信息进行数据 实时采集，包括用水量、地下水位、污水排放量、降雨等，通过g p r s 无线网络传 输进行数据监测。 第二层是数据存储管理层：是数据的存储及管理过程。数据库中保存实时数 据、基础资料信息、地图空间数据、综合分析数据、辅助信息、多媒体数据、元 数据等。 第三层是数据应用层：是数据的调用与综合分析过程。包括决策支持系统以 及取水许可管理系统、水资源费征收及使用管理系统、水资源公报、年报管理系 统等业务应用系统。 第四层是信息发布层：主要指信息产品以普通w e b ，e b g j s 方式通过内外网门 户发布。 1 0 水资源能 华北水利水电学院工程硕士学位论文 - 夏磊。砸i i 阙层 水资源供需平衡分析模型 水资源优化配置模型 水资源管理模型 水质评价模型 可供水量预测模型 区域水量均衡模型 图2 2 信息流程图 f i g u r e2 - 2t h ep r o c e s so fi n f o r m a t i o nf i g u r e p 唐情自思m友作 用水量 地下水位 降腱 捧污量 华北水利水电学院工程硕士学位论文 3 指导思想和原则 3 1 指导思想 根据全国水利信息化纲要、河北省水资源管理信息化建设规划、石家 庄市水利发展“十一五”规划、水利部印发的城市水资源实时监测与管理系统 建设项目管理办法和城市水资源实时监控管理系统指导性技术文件所确定 的技术要求，结合石家庄市实际，按照“统一规划，各负其责；平台共用，资源 共享；以点带面，分步建设”的思路，建设“石家庄市水资源监控管理系统”，以 推进石家庄市水利行业的技术优化升级和提高行业管理水平，更好地为石家庄市 国民经济发建设和社会发展服务，同时也为实现河北省水资源信息化管理打下坚 实的基础。 3 2 原则 3 2 1 设计依据的主要规范与标准 水文资料整编规范s l 2 4 7 1 9 9 9 水文自动测报系统规范s l 6 1 9 4 水文自动测报系统设计规定s l _ r 5 0 5 1 1 9 9 6 水文自动测报系统设备基本技术条件( s l ，i 1 0 2 1 9 9 5 ) 水环境监测规范( s l 2 1 9 _ - 9 8 ) 、水环境监测管理规定 民用建筑电气设计规范j g j f r l 6 9 2 ； 数据通信基本型控制规程( g b 3 4 5 3 ) 水电厂计算机监控系统基本技术条件( d 5 7 8 9 5 ) g b 厂1 18 5 6 6 1 9 9 5 信息技术软件生存期过程 g b ，i 8 5 6 7 1 9 8 8 计算机软件产品开发文件编制指南 g b ，r9 3 8 5 1 9 8 8 计算机软件需求说明编制指南 g b ，i 11 4 5 7 1 9 9 5 软件工程术语 g b ，i 1 2 5 0 4 - 1 9 9 0 计算机软件质量保证计划规范 华北水利水电学院工程硕士学位论文 ( g b g r1 2 5 0 5 1 9 9 0 计算机软件配置管理计划规范 g b t1 4 0 7 9 1 9 9 2 软件维护指南 ( g b t1 4 3 9 4 - 1 9 9 3 计算机软件可靠性和维护性管理 g b ，r1 5 8 5 3 1 9 9 5 软件支持环境 3 2 2 设计原则 为更好实现水资源管理系统的预定目标和功能，建成一个适用、先进、高效、 可靠的水资源管理信息化、现代化的平台，系统开发应遵循以下原则： ( 1 ) 总体规划，分步实施、滚动发展的原则 石家庄市水资源监控管理系统规模大、结构复杂，监测对象点多面广。在项 目建设中要贯彻总体规划、统筹考虑与突出重点、分步实施相结合的原则。系统 应该在总体规划指导下分步分阶段实旄，满足当前工作的追切需要，并留有接日， 随着工作的深化和外部环境的变化，使系统功能逐步扩展。 ( 2 ) 适用性与先进性并重原则 在实用的前提下力求先进、科学，把水资源管理过程中的新思想、新方法融 入到系统的开发中，真正做到数据与图形相融合，g i s 技术、数学模型、g p r s 无 线通讯技术、v p n 网络技术相结合，将复杂的过程通过计算机技术科学准确实现。 软件系统设计需要进行分级，按照不同的服务对象提供不同的功能。 ( 3 ) 开放性与扩展性原则 水资源管理信息系统建设不是一蹴而就，而是分阶段逐步实施的。因此，本 系统采用开放式结构。在软硬件方面，保证具有良好的扩展性和资源共享性，以 便今后系统不断地升级、扩展和完善，并与省、市、县政府及有关部门进行数据 共享。 ( 4 ) 标准化原则、易学易用易维护原则 系统的硬件建设、数据库开发、代码编码、计算方法、分析评价、系统集成 等均采用标准化开发模式，严格执行国家、行业标准或规范，对无标准或规范可 依的，采用通用做法。各子系统之间有机结合，而不是彼此孤立，不同子系统问 实现无缝集成。系统最终是为用户服务的。系统开发应考虑不同层次的用户，系 统界面设计友好、操作直观、简便，易维护，实用、易用。 1 3 华北水利水电学院工程硕士学位论文 5 ) 高效可靠，系统安全 系统的软硬件配置要协调和相互匹配，避免资源的浪费，提高系统整体性能 信息采集软件的采集参数、采集频率、采集精度必须满足相关业务要求，同时， 要注意系统的安全，确保系统安全、稳定运行。 ( 6 ) 整合资源，避免重复建设 系统建设要充分利用国家和当地已有的信息公共基础设施和相关行业的信息 资源，实现优势互补，资源共享。要避免重复建设，统筹考虑，结合当地已建的 信息系统的网络设施、硬件设备、软件平台、数据库等，整合已有的气象、水文、 供水、排水和水环境等监测体系。 1 4 华北水利水电学院工程硕士学位论文 4 总体建设方案 4 1 总体目标及本期目标 4 1 1 总体目标 建设和完善以城市水资源、供水、取用水、排水与水环境监测设施为基础， 通讯系统为保障，计算机网络系统为依托，决策支持系统为核心，远程控制为手 段的石家庄市水资源监控管理系统；逐步实现信息采集自动化、传输网络化、管 理数字化、决策科学化的目标；为全面建设节水型社会、保障城市水安全提供技 术支持。 4 1 2 本期目标 ( 1 ) 通过网络通讯、自动化技术、计算机模拟技术等高新技术，实现“l 市 4 县”水资源管理信息采集自动化、处理数字化、传输网络化和辅助决策的科学化。 ( 2 ) 支持w e b 信息发布和网络查询，在全市。l 市1 7 县”实现网上远程办 公，为用户提供水资源信息服务和现代化管理系统平台，实现水资源信息的“有 限”开放。 ( 3 ) 实现“l 市1 7 县”市与县之间在取水许可、水资源费征收使用、水资源 论证、水资源规划、节水管理、入河排污口管理、需水预测、水政监察执法、网 上办公等方面的管理和省、市数据共享，从而提高水资源综合管理的科学化、现 代化水平，带动和促进石家庄市及河北省水利事业的蓬勃发展。 4 2 总体建设规模、内容 在石家庄市“1 市1 7 县”建设和完善水资源、供水、取用水、排水与水环境 监测等方面水资源实时监控与管理系统、业务应用与决策支持系统以及水资源信 息门户网站建设，适用于全市水行政主管部门及其所辖的各有关管理单位的水资 源管理的需要，从而可以形成石家庄市水资源监控管理信息系统，建立一整套与 水资源统一管理相协调的科学技术支撑体系，带动全市水利事业的蓬勃发展。 4 3 本期建设规模、内容 ( 1 ) 建立石家庄市水资源实时监控系统，按照石家庄市“l + 4 ”组团式城市 1 5 华北水利水电学院工程硕士学位论文 布局，并能更科学、准确、全面地了解全市地下水位动态情况，对“l 市4 县” ( 即石家庄市区、处于环省会城镇密集区的正定、藁城、栾城、鹿泉4 个县( 市) ) 水资源信息( 用水量、地下水位、降雨量、排污量等) ，以及对地下水位重要监测 点的地下水位信息进行实时计量监控，准确及时掌握、评价水资源状况，正确提 供水资源合理开发利用、可持续发展决策支持等。 系统包括石家庄市水资源监控中心、4 个县级分中心、新上的1 3 0 个水量实时 监测点、7 3 个地下水实时监测点、3 个污水排放监测点的建设、原有监测系统的 改造等。采用地理信息系统( g i s ) 平台、构建覆盖全市区的网络在线实时监控系 统。利用g s m g p r s ，实现水资源信息远程在线传输，以此信息为基础，建立水资 源辅助决策支持系统等。 ( 2 ) 建立石家庄市水资源政务办公网络系统，对“1 市1 7 县”( 即石家庄市 区、石家庄市所属辛集市、晋州市、藁城市、新乐市、鹿泉市、正定县、深泽县、 无极县、赵县、栾城县、高邑县、元氏县、赞皇县、井陉县、平山县、灵寿县、 行唐县计1 7 个县) 进行水资源信息管理和政务网络办公，利用i n t e m e t 网络建立 封闭的水资源信息管理虚拟网( v p n ) ，采用地理信息系统( g i s ) 平台、构建覆盖 全市区的水资源政务办公网络系统。 系统包括： 取水许可管理系统 水资源费征收及使用管理系统 水资源论证管理系统 水资源规划管理系统 节水管理系统 水政管理系统 入河排污口管理系统 需水预测管理系统 水资源公报、年报管理系统 办公自动化系统 共l o 个子系统，分为市、县两级，采用b s 三层体系，w e b 结构，客户端为 浏览器，应用系统全部在服务器端。 1 6 华北水利水电学院工程硕士学位论文 5 系统结构纠7 3 5 1 系统网络结构 拟建的网络系统为典型的企业广域网( i n t r a n e t ) ，分为局域网( 近程连结) 和 广域网( 远程连接) 两部分。局域网选用l o 1 0 0 m b p s 交换式快速以太网技术并以 双绞线布线组网。网络结构采用星型拓扑结构。整个网络采用v p n ( v i r t u a lp r i v a t e n e t w o r k ，虚拟专用网) 技术，以d d n ( d i g i t a l d a