（水文学及水资源专业论文）基于组件gis的义马市水环境信息管理系统研究.pdf

郑州大学硕七学位论文 摘要 采用地理信息技术对河南省义马市水环境信息进行科学、高效的管理，搭建义马 市水环境信息管理工作的技术支撑平台，对于及时、准确的掌握义马市水环境质量状 况及变化规律，具有重要意义。本文主要以义马地区为研究对象，开展了“基于组件 式g i s 的义马市水环境信息管理系统研究，做了以下方面的工作： 在国内外水环境信息管理系统研究现状和地理信息系统技术发展趋势的基础上， 经分析、比较确定了系统开发目标、设计原则和总体结构，即基于组件式地理信息系 统技术和数据库技术建立能实现数据共享、具有水质评价、水质预报功能的可视化的 义马市水环境信息管理系统。 基于a r c s d e + s q ls e r v e r2 0 0 0 技术构建了义马市水环境信息数据库，实现了海 量数据的存储和有效管理，同时采用c s 模式，实现了局域网数据共享。利用面向对 象的编程工具v i s u a lb a s i c6 0 和组件式技术m a p o b j e c t s2 3 开发的义马市水环境信息 管理系统，具有信息查询浏览、数据编辑、统计汇总、系统管理、水环境评价等功能， 可以直观、形象地显示义马市主要河流、地下水、重点污染企业排污口水质现状，可 以方便的对数据进行编辑、统计、汇总、输出。系统具有信息时效性，可以随时更新 数据。 根据水质现状评价相关理论，将地理信息技术应用到水环境评价中，并在义马市 主要河流、地下水采样点、重点污染企业排污口监测点加以应用；结合一维河流水质 模型开发出的水质预测模块，可以模拟污染物在河流中的迁移，进一步预测排污口下 游水质，为义马市环保部门污染防治提供决策依据。 集数据库技术、地理信息技术和水环境评价及水质数学模型于一体的水环境信息 管理系统，面向水环境管理业务，能够实时、直观地对区域水环境信息进行可视化表 达，并能充分发挥地理信息系统技术在空间数据分析、处理、查询和管理等方面的优 势。应用本研究中的关键技术开发的系统具有界面友好、高效无缝、预报准确、功能 可扩充、局域网内数据可共享等优点。 关键词：水环境；地理信息系统；s q ls e r v e r2 0 0 0 ；水环境评价；水质预测 郑州大学硕士学位论文 a b s t r a c t y i m ac i t yw a t e re n v i r o n m e n ti n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e ma d o p t sg e o g r a p h i c i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yf o r t h es c i e n t i f i ca n dh i g h e f f i c i e n tm a n a g e m e n to fw a t e r e n v i r o n m e n ti n f o r m a t i o ni ny i m ac i t y , a n db u i l du pa na d v a n c e dt e c h n i c a ls u p p o r t p l a t f o r mf o rw a t e re n v i r o n m e n tm a n a g e m e n t i ti so fs i g n i f i c a n c et ot i m e l ya n da c c u r a t e l y m a s t e rt h eq u a l i t yo ft h ew a t e re n v i r o n m e n ta n dc h a n g e sl a w si ny i m ac i t y t h i sp a p e r k e 印sy i m aa r e aa st h em a i no b j e c t i v e ，a n di td e v e l o p st h e ”y i m ac i t yw a t e re n v i r o n m e n t i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e dc o m p o n e n tg i s ”t h em a i nj o bi sa sf o l l o w s ： o nt h eb a s i so ft h er e s e a r c ho ni n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mo fw a t e re n v i r o n m e n t a th o m ea n da b r o a d ，a n do ft e n d e n c y o fg i st e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t ，i ti sd e t e r m i n e d o b je c t i v e s ，d e s i g np r i n c i p l e sa n do v e r a l ls t r u c t u r ev i aa n a l y s i sa n dc o m p a r i s o n ，a n ds e t su p av i s u a ly i m a c i t yw a t e re n v i r o n m e n ti n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m w i t h c h a r a c t e r i s t i c so fd a t as h a r i n g ，w a t e rq u a l i t ya s s e s s m e n t ，a n dw a t e rq u a l i t yf o r e c a s t i n g b a s e do nc o m p o n e n tg i sa n dd a t a b a s et e c h n o l o g y b a s e do na r c s d e + s q ls e r v e r2 0 0 0t e c h n o l o g yi tc o n s t r u c t sy i m ac i t yw a t e r e n v i r o n m e n ti n f o r m a t i o nd a t a b a s e ，a n dr e a l i z e ss t o r a g ea n de f f e c t i v em a n a g e m e n to ft h e m a s sd a t a , m e a n w h i l e ，i ta d o p t sc sm o d e lt oa c h i e v ed a t as h a r i n gw i t h i nt h el o c a la r e a n e t w o r k y i m ac i t yw a t e re n v i r o n m e n ti n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e md e v e l o p e db y v i s u a lb a s i c6 0f o ro b j e c t o r i e n t e dp r o g r a m m i n gt o o la n dm a p o b j e c t s2 3o fc o m p o n e n t t e c h n o l o g y , t h i ss y s t e mi sc h a r a c t e r i z e do fi n f o r m a t i o nb r o w s i n g ，d a t ae d i t i n g ，s t a t i s t i c a l a g g r e g a t i o n , s y s t e mm a n a g e m e n t ，w a t e re n v i r o n m e n t a la s s e s s m e n te t c ，a n da l s oc a nb e i n t u i t i v e l ys h o ws t a t u sw a t e rq u a l i t yt h a ti ss u p e r v i s e da n dm o n i t o r e da ts e w a g ed r a i n i n g o u t l e to fm a j o rr i v e r s ，g r o u n d w a t e r , s e w a g ep o l l u t i n ge n t e r p r i s e si ny i m ac i t y , w h i c hh a v e t h ed a t ae d i t ，s t a t i s t i c s ，a g g r e g a t i o n ，a n do u t p u ta te a s e t h es y s t e mp a c e sw i t ht h et i m e ， a n di tc a nu p d a t ed a t aa ta n yt i m e t h i sp a p e rc o m b i n e st h et h e o r yo fc u r r e n tw a t e rq u a l i t ya s s e s s m e n tw i t hg e o g r a p h i c i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya p p l i e dt ot h ee v a l u a t i o no ft h ew a t e re n v i r o n m e n t ，a n do p e r a t e s i t s e l f i ns u p e r v i s i o na n dm o n i t o r i n ga ts e w a g ed r a i n i n go u t l e to fm a j o rr i v e r s ，g r o u n d w a t e r s a m p l es i t e ，s e w a g ep o l l u t i n ge n t e r p r i s e si ny i m ac i t y i ta l s oa d o p t so n e d i m e n s i o n a l w a t e rq u a l i t ym o d e lf o rt h ed e v e l o p m e n to fw a t e rq u a l i t yp r e d i c t i o nm o d u l e ，s i m u l a t i n g t h ep o l l u t a n tt r a n s p o r t i n gi nr i v e r s ，f u r t h e rf o r e c a s t i n gt h ew a t e rq u a l i t yo fs e w a g eo u t f a l l i l 郑州大学硕士学位论文 f o r e c a s ta td o w n s t r e a m ，w h i c hp r o v i d e sd e c i s i o n - m a k i n gt od e p a r t m e n to fe n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o ni ny i m ac i t y t h i sw a t e re n v i r o n m e n ti n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e mi n t e g r a t e s d a t a b a s e t e c h n o l o g y , g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , w a t e re n v i r o n m e n te v a l u a t i o n ，a n dw a t e r q u a l i t yp r e d i c t i o nm o d e l i tf a c e st h er e q u i r e m e n to fw a t e re n v i r o n m e n tm a n a g e m e n t ， t i m e l ya n dd i r e c t l yv i s u a l i z e st h er e g i o n a lw a t e re n v i r o n m e n ti n f o r m a t i o n , a n df u l l y r e f l e c t st h ea d v a n t a g eo fg i si nt h ea s p e c t so fs p a t i a ld a t aa n a l y s i s ，p r o c e s s i n g ，q u e r ya n d m a n a g e m e n t t h es y s t e md e v e l o p e db yk e yt e c h n o l o g yi nt h i ss t u d ye n j o y sa d v a n t a g e so f f i - i e n d l yi n t e r f a c e ，s e a m l e s s n e s sa n de f f i c i e n c y , a c c u r a t ef o r e c a s t i n g ，e x p a n d e df u n c t i o n s ， a n ds h a r a b l et h el a nd a t aa n ds oo n k e yw o r d s ：w a t e re n v i r o n m e n t ；g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ；s q ls e r v e r2 0 0 0 ；w a t e r e n v i r o n m e n ta s s e s s m e n t ；w a t e rq u a l i t yp r e d i c t i o n i i i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者： 力传i 事 日期： 加勺c 7 年， 月2 孑日 学位论文使用授权声明 本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑卅i 大学。根据 郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位 论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相 关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此 规定。 学位论文慌毒缸唧日期：沙呷年，月甜日 郑州大学硕士学位论文 引言 人类的一切生活、生产活动都离不开水，水是人类赖以生存和发展的物质基础， 作为自然界的一种可再生性资源，它是生态环境的主要控制性要素之一，作为基础性 自然资源和战略性经济资源的水资源也是一个国家综合国力的重要组成部分。但是， 随着工业企业和经济建设的快速发展，特别是用水量大幅度增加，水环境污染加剧， 从而导致水资源短缺、水环境恶化与水资源需求不断增长的矛盾日益突出，水环境问 题成为我国当前面临的最严重的环境问题之一。 河南省义马市拥有涧河、石河两条主要河流，若干个小型湖泊水库，随着城乡经 济的发展，义马市水体承担的环境压力越来越大，位于义马市涧河和石河两岸的小工 业企业很多，它们向这两条河流中排放的污、废水造成了河流不同程度的污染。面对 此种形势，义马市环境监测站开展了对全市水环境信息的调查工作，调查内容主要包 括地表水、地下水相关水质信息和相关污染源信息以及与地表水有关的社会地理信 息。由于单一的属性信息无法全面体现出水环境信息所拥有的空间性、综合性和整体 性等特性，而水环境管理工作对水环境信息的数量、质量、空间性和时效性都有很高 的要求，因此建立一套能够及时提供水环境地理信息及其它相关信息的综合性信息管 理系统，用于信息管理和水环境评价，对于提高义马市水环境管理的效率和决策水平， 具有非常重要的现实意义。 本文主要结合河南省义马市环境信息管理系统开发项目，在对义马市环保局各种 业务进行详细调研的基础上，开展了“基于组件式g i s 的义马市水环境信息管理系 统”的课题研究。本文阐述了基于a r c s d e 和s q ls e r v e r2 0 0 0 的义马市水环境信息 数据库的建立方法，实现了空间数据和属性数据无缝集成和局域网数据共享，并以可 视化开发工具v i s u a lb a s i c6 0 作为开发平台，利用组件式g i s 技术m a p o b j e c t s2 3 开发系统的各个功能模块。本研究主要利用义马市主要河流断面、地下水监测点和排 污口监测数据及义马市相关水文资料，进行了水质现状评价、水质预测及水环境数值 模拟。 本论文共分为6 章： 第1 章绪论，首先分析了选题依据和研究意义，概述了国内外水环境信息管理系 统研究现状、发展趋势，总结目前存在的问题，并在此基础上提出本论文研究内容、 采用的关键技术及技术路线。 第2 章介绍了义马地区自然地理概况、水文水资源概况及水信息状况从而进行系 郑州大学硕士学位论文 统建设的必要性分析。 第3 章是义马市水环境信息管理系统的总体设计，对系统进行需求分析和可行性 分析，并阐述了系统的结构设计、功能设计和安全性设计等。 第4 章是基于a r c s d e 和s q ls e r v e r2 0 0 0 进行义马市水环境信息数据库的设计 及建立，介绍了数据库相关理论，以及本研究所需数据库的建立过程。 第5 章是基于g i s 的水环境管理系统研发，阐述系统的开发方式，开发语言及 系统运行环境，详细介绍了系统各个功能模块的实现，重点介绍水环境现状评价、水 质预测和水环境数值模拟的功能，并对所用的方法和计算的结果进行了验证。 第6 章是本论文的结论部分，总结本次研究所取得的成果，指出下一步需要完善 的方面和对下一步工作进行展望。 2 郑州大学硕士学位论文 第1 章绪论 本文以河南省义马市为主要研究区域，研究现代水环境信息管理系统的建立方法 技术，重点研究g i s 、数据库技术、模糊数学、水环境评价等与水环境信息管理手段 相结合，进而研制开发义马市水环境信息管理系统。 1 1 研究背景 随着经济的快速发展，环境污染问题日趋严重，如何更好地加强国家环境监测网 络、信息系统以及环境应急系统建设的任务已经列入国家环境保护“九五”计划和 2 0 1 0 年远景目标 1 1 。如何采用实时高效的决策方法来加快环境信息建设已成为环保 部门迫切需要解决的课题，然而“水资源一环境一社会经济”组成了一个复杂的大系 统，其时空分布及各子系统之间的相互作用关系非常复杂，各种相关信息的收集、存 储、分析和利用对提高水环境管理水平至关重要。对于传统的信息管理方法，除了用 纸张进行信息的收集、储存等方面存在的物理缺陷以外，技术上也越来越不适应现代 水环境管理的需要【2 】g i s 凭借其高效的空间数据和属性数据的维护能力和强大的查 询检索功能，为其在水环境管理过程中实时获取信息和决策分析提供了有效的工作平 台和可靠的技术支持，g i s 技术在流域水环境管理中的应用具有普遍的意义【3 1 。水环 境信息具有明显的空间特性和层次性，利用地理信息技术可以更加清晰地反映不同区 域的水环境质量状况，反映水体环境质量在空间上的变化情况；能更加直观地反映如 污染源、排污口、监测断面等环境要素的空间分布；利用g i s 还可以实现水质预测、 水环境容量计算等功能；能以表格和图片的形式为水环境管理决策提供多方位的支 持，并将各种水环境信息以可视化的方式表达。因此g i s 对水环境的科学管理具有 非常重要的意义。 g i s 与水环境管理信息系统的结合，可以更加直观地显示数据的查询、统计等功 能，能提高水环境管理的效率从而为水环境管理和科学决策服务，随着科学技术的发 展、g i s 技术的发展、尤其是“3 s ”集成技术的出现，我国的环境地理信息管理系统 的开发与应用开始迈上新的台阶，伴随着国家环境地理信息系统的建立，g i s 技术定 将在环境保护领域得到更广泛的推广和应用。 1 1 1 选题依据 环境是人类赖以生存和发展的基本条件和物质基础，同时环境问题也是当今全世 界所共同面临的最严重的问题之一【4 1 。城市作为区域经济、政治和文化中心，在国民 经济和社会发展中发挥着重要作用。改善城市环境质量是提高人民生活水平的重要内 郑州大学硕士学位论文 容，同时也是实现城市经济社会可持续发展的必然要求。多年来，特别是上世纪9 0 年代以来，环境保护部门在政府的领导下做了大量工作来推动城市环境建设，城市面 貌大为改观，大多数城市的环境质量得到了改善。 但是随着城市化节奏的加快，环境问题越来越严重，传统监控手段已经不能满足 越来越精细的监控要求，大量的环境数据一直没能得到系统地管理，严重影响了其使 用价值，所以现代化的管理方法和管理手段越来越受到环保工作者的青睐。环保工作 者采用g i s 技术进行管理为环境保护工作迈向信息化、现代化提供了有力的保障和 技术支持。 1 1 2 研究意义 在环保部门的日常工作中，大多数监测和分析决策都与地理信息相关，因此地理 信息技术在帮助环保部门实现高效益、高效率工作的目标中发挥着越来越重要的作 用。随着g i s 技术的快速发展，它已经成为政府部门监控污染、保护环境资源的理 想选择。g i s 和管理信息系统( m i s ) 技术的发展，极大地促进了环境管理信息系统 ( e m i s ) 的发展。我国城市环境问题比较突出，因此非常有必要建设和发展城市环境地 理信息系统，城市环境地理信息系统对环境保护工作效率的提高及观念、面貌改变方 面产生了深刻的影响。 环境地理信息系统的建立，可以为国家环境保护部门提供直观形象的可视化信息 获取手段，在地理信息的帮助下，领导和有关业务管理部门能够方便、迅速地了解城 市环境地理信息，如环境背景资料、污染物排放情况、污染源分布、环境监测数据、 预测与评价结果等情况，还可以从已有环境数据各基本要素和空间关系中挖掘及产生 新的信息，引导环境管理者产生形象思维，拓宽思路和视野，从而更好地发现并解决 环境管理中出现的新问题。 义马市水环境信息管理系统能够很好的实现义马市水环境地理数据更新和数据 共享，能够大范围地利用和管理水环境空间信息。它将为整个义马市环境保护局利用 现代信息技术迅速、准确地获取义马市区域范围内相关水环境信息，及时、全面地掌 握义马市环境污染状况，从而为科学地进行水环境管理提供更有效的信息支持。 1 2 国内外研究现状 1 9 7 2 年，联合国就发出警告：“水，必将导致严重的社会危机”，长期以来， 水资源危机己经被许多科学家明确提出来了，水问题也是本世纪危及全球的重大国际 问题，其中水环境恶化是导致水问题出现的一个非常重要的因素，根据国内外科学家 4 郑州大学硕士学位论文 的多年研究经验，建立水质模型进行水质预测、分析，并且利用现代化的高科技手段 加强对水环境信息的管理是解决水环境问题的有效措施。 1 2 1 国外研究现状 国际上在水环境信息管理方面比较有代表性的国家是美国、英国、法国、加拿大、 澳大利亚、荷兰、前苏联、日本、韩国、以色列和印度等，他们在解决水环境问题方 面都曾经取得了一定的效果【5 _ 7 】。水环境管理部门利用所建立的水质模型对当地河流 进行水质规划和管理，使得一些在五六十年代曾经严重污染的河流近年来水质都有了 不同程度的改善，比如泰晤士河、莱茵河和特拉华河等。 美国科罗拉多州一些机构联合开发出了科罗拉多河决策支持系统，在这个系统中 g i s 用来存储、检索、分析和显示流域空间信息相关数据【8 】。为了支持不同层次的水 资源和水环境管理工作，美国国家环境保护局基于g i s 技术开发了全美河段水环境 管理系统【9 1 ，这个系统以不断细化的数字化水体数据集为基础，采用a r c v i e w g i s 作 为系统集成环境，从而将整个国家的流域数据、流域分析软件及水质分析软件等统一 起来，从而为用户提供一个将点源和非点源统一起来的流域管理工具。欧洲一些国家 相关机构也联合开发了具有水污染控制、水资源规划、水文过程模拟等功能的流域规 划决策支持系统【1 0 矗1 1 1 ，在这个系统中综合利用了地理信息系统、数据库技术、数值 模拟技术、最优化程序等功能，其中g i s 主要用于存储流域的所有空间信息，为系 统中的模型提供数据基础，同时还能将分析和模拟结果显示出来。 g i s 的普及和推广应用始于2 0 世纪8 0 年代，而利用g i s 技术对水环境进行管理 是当今国际上一个重要趋势，随着信息技术的快速发展，特别是3 s 技术，网络技术 和专家系统的出现，给现代的水环境管理信息系统注入了新的活力。国外在利用3 s 发展水环境管理信息系统方面曾经作了许多有益的尝试和探索 1 2 - 1 5 。其中比较有代 表性的是英国泰晤士河流域的决策支持系统【1 6 1 以及美国的b a s i n s t ”】流域识别模拟 系统。网络技术在水环境管理系统中也显出其广阔的应用前景【18 1 ，第一次美国水管 理论坛于1 9 9 2 年召开，此次论坛提议并建立了i n t e r a m e r i c a l lw a t e rr e s o u r c e n e t w o r k ( i w r n ) ，从而为推动美国水管理经验的交流和相关信息的共享发挥了积极的 作用；四年之后的第二次美国水管理论坛则将建立基于i n t e r a c t 的全球性水信息网提 到日程上来。 近些年来，美国非常重视对非点源的研究和控制，并且为用户提供了相应的计算 机模拟工具。例如美国地质调查局水办公室开发的b a s i n s ( b e t t e ra s s e s s m e n ts c i e n c e i n t e g r a t i n gp o i n ta n dn o n p o i ms o u r c e s ) 软件，这个软件既综合考虑了水质与水量，同 郑州大学硕士学位论文 时又综合考虑了点源与非点源等因素，特别适用于流域水资源保护、水环境管理和决 策支持。此软件将地理信息技术、全美流域环境数据以及由简单到复杂的环境评价和 模拟工具都集成在一个方便使用的软件包里，从而可以支持不同尺度的分析研究，使 得该软件使用起来具有非常大的灵活性9 1 。 1 2 2 国内研究现状 我国工业化进程与其他发达国家相比相对比较滞后，可环境问题仍然重蹈西方国 家“先污染、后治理”的覆辙，水污染问题非常严峻，进行水污染治理刻不容缓，近 段时间以来，国家不断出台新的政策和措施来解决当前所面临的各种水环境问题。“九 五”期间水污染防治是我国历史上第一次大规模的流域水污染防治，在此期间积累了 大量宝贵治污经验，对于解决水环境问题具有深远战略意义【2 们。我国在太湖流域进 行河网水环境治理、在对苏州河进行综合整治、大汉河进行水污染控制及对其它河流 的水资源综合利用及管理等方面也取得了一定成效。我国从1 9 7 3 年开始着手开展环 境保护工作，也就是从那时起，环境保护开始作为我国的一项基本国策，提出经济建 设、城乡建设和环境建设要同步规划、同步实施、同步发展的三同步政策。实现经济 效益、社会效益和环境效益相统一的战略方针，并提出建立一套比较完善的环境管理 体系及灵活高效的环境管理机制的设想。 我国以往开发的水环境信息管理系统大部分都没有和地理信息相结合【2 1 l ，只是 将水环境信息简单管理起来，因此不能体现水环境信息的空间特性。近年来，已经有 许多专家学者在将地理信息技术应用到水环境信息管理方面做了大量工作，比如上海 市环境管理领域建立的黄浦江流域水环境管理地理信息系统具有动态监测、显示水污 染过程模拟结果及取水口水环境管理功能，并且能对水质做出快速预测分析和预报 2 2 1 ；孙启红等人【2 3 _ 2 4 】实现了基于g i s 的河流一维水质扩散模拟和空间显示分析，从 而充分利用了g i s 的空间分析功能为规划、管理和分析水环境信息提供技术支持。 自我国g i s 技术普遍应用以来，我国的g i s 技术得到了飞速发展【2 5 1 。近些年来， g i s 技术越来越得到认可，其重要性已经受到各级政府和各领域的专家普遍认同，随 着网络技术的不断发展，w e b g i s 作为一门新兴技术学科，已经成为g i s 理论研究和 技术创新的增长点，由于其具有信息的开放性、平台的独立性、系统成本较低、操作 简单方便、访问的范围广等优点，目前已被广泛应用于各行各业，国内也有不少 w e b g i s 在水环境方面应用的报道f 2 6 h 2 7 1 。目前，全国2 7 个省级环境保护局及一百多 个城市环境保护部门都已经开始使用地理信息系统软件平台和相应的硬件设备，大部 分省市已经建立了环境基础信息数据库，陆续在g i s 平台上开发了城市环境地理信 6 郑州大学硕士学位论文 息系统、重点流域水资源管理系统、环境污染应急预警预报系统等，并取得了卓越的 成效。在i n t e m e t 上采用w e b g i s 技术，可以实现水环境信息的公开、直观发布，使 公众及时了解水体质量信息，从而积极引导公众广泛参与环境管理及保护工作，对提 高公众的环境保护意识具有重要的作用。 与此同时，我国在水环境管理中也制定了一系列的规划，并将现代科学技术也应 用于管理之中，以科学技术进步来促进水资源与水环境管理工作的开展。我国在传统 的水环境管理领域引入地理信息技术，逐步采用计算机网络技术、水资源与水环境模 拟技术等技术实现水资源的合理配置及水环境的有效治理，从而大大提高了水环境管 理水平。 目前国内一些城市的环境保护部门已经建立了一些将地理信息系统与水信息管 理系统相结合的水质管理系统，但是其属性数据只能用于查询和检索，或进行简单的 统计，难以进行深入的分析，一些中小城市由于各方面条件的限制，还仅仅是使用数 据库系统来管理水质资源的属性信息，并没有将属性信息和图形信息关联起来，有的 目前仍在使用全国环境监测数据管理系统，存在着很大的不足和局限性，而如何将地 理信息系统与水环境评价、水质预测分析模型结合起来，从而更好的依托水环境相关 分析和评价模型以及g i s 的空间分析功能，进而形象准确地分析和预测水环境的变 化规律，为水环境管理工作提供决策支持，是环境方面的专家学者共同追求的目标， g i s 技术的推广应用无疑是水环境信息管理系统的发展趋势。 1 3 目前存在的问题 综上所述，各种水环境信息管理系统的建立及使用，有着不同的效率，但仍存在 以下一些问题： ( 1 ) 在水环境评价方面没有很好的解决g i s 与水环境评价模型有机结合的问题， 将g i s 技术与水环境评价相结合应用也较少。 ( 2 ) 开发的信息管理系统，空间数据和属性数据大多仍然是分开存储，没有很好 的实现属性数据和空间数据的一体化存储与管理。 ( 3 ) 开发的系统缺乏对老系统的继承、兼容和扩展。 1 4 本文主要研究内容 针对目前存在的问题，本文在需求分析及参阅大量文献的基础上，主要做了以下 几方面的研究： ( 1 ) 研究分析水环境信息管理系统的架构设计，研究g i s 、s q ls e r v e r2 0 0 0 数据 7 郑州大学硕士学位论文 库的集成，探讨基于组件式g i s 控件m a p o b j e c t s2 3 的水环境信息管理系统的研发， 将水环境领域中的属性数据与空间位置相联系，进行空间统计分析，为环境管理部门 规划与决策提供可靠依据。 ( 2 ) 运用g i s 手段来对水环境信息进行高效、直观的管理。研究如何综合利用计 算机技术、g i s 技术等手段对研究区域内各种与水环境相关的数据进行存储、显示、 查询、统计、输出等操作；进行地图的浏览、图层管理、专题地图的制作、实现水环 境信息图和属性数据的互查；实现数据编辑及系统管理功能。 ( 3 ) 结合水环境评价相关理论应用编程技术实现对水环境质量的评价，从而对水 资源的污染情况和用途做出分析和统计；提出一维河流水质模型与地理信息系统的结 合，开发水质预测、水质模拟等模块，进一步模拟污染物在河流中的迁移，预测排污 口下游水质，为义马市环保部门的污染防治工作提供决策支持，从而有效促进义马市 水环境信息管理系统向“决策支持 型和“专家”型方向发展。 1 5 关键技术及技术路线 1 5 1 关键技术 在地理信息系统设计过程中，通常情况下数据库都是将空间数据和属性数据分开 存储，给地理信息数据库的管理带来不便，而s q ls e r v e r2 0 0 0 与空间数据引擎的结 合可以实现空间数据和属性数据的一体化存储；c s 结构是一种客户端服务器结构， 客户端应用程序只需要安装一个客户端软件，服务器给予其一定的权限，它就能够访 问服务器端数据，这样避免海量数据的重复存储问题。组件式g i s 因为其功能强大、 简单易用的优点，越来越受到g i s 软件开发者的青睐，笔者结合义马市环境保护局 的业务需求，根据最优化思想，采用以下几个关键技术，具体说明如下： ( 1 ) c s 模式 c s ( c l i e n t s e r v e r ，客户机服务器) 模式是软件系统体系结构的一种，它采用两层 结构，由客户端应用程序、服务器管理程序和中间件三个部分组成。其中，客户应用 程序是系统中用户与数据进行交互的桥梁，服务器管理程序负责管理系统资源，中间 件则负责联系客户应用程序与服务器管理程序，与它们一起共同完成一个工作，从而 满足用户查询数据的需要。 在c s 中，客户端有一套比较完善的应用程序，在提示错误、在线帮助等方面有 着非常强大的功能，并且可以在各子程序之间实现自由切换；其次，由于c s 配备的 是点对点的结构模式、适用于局域网；c s 模式也提供了安全的存取模式，具有安全 郑州大学硕士学位论文 可靠的优点；同时由于客户端实现了与服务器的直接相连，因此响应速度非常快， c s 模式能够充分发挥客户端p c 的处理能力，很多工作可以先由客户端处理然后再 提交给服务器。 ( 2 ) s q ls e r v e r2 0 0 0 + a r c s d e 长期以来，地理信息系统大都是将空间数据和属性数据分开存储并进行管理，然 后通过唯一标识码( 主键) 进行连接，这种空间数据库的存储机制在相当长一段时间内 已经默认为事实上的技术标准。但是，这种技术所固有的缺陷逐渐被人们所认识，例 如：空间数据无法共享、空间拓扑关系的实时维护困难、空间地物也只是被简单地划 分为点、线、面等，而不是一个个有实际意义的地物。 而s q ls e r v e r2 0 0 0 数据库结合空间数据引擎a r c s d e 则可以实现空间数据和属 性数据一体化存储，而且空间数据也不再是几何意义上的点、线、面，它们将代表真 实世界里的所对应的地物，并且有着自己的状态和行为，可以进行交流，相互之间也 存在着诸多联系，它们必须遵守着相应的规则。因此，它们符合面向对象的设计思想。 对于本研究而言，笔者将采用目前最先进的面向对象空间数据库技术，使得所建立的 数据库能够实现一体化存储。 ( 3 ) 组件式g i s 技术( c o m g i s ) 组件式g i s 是组件化的地理信息系统( c o m g i s ) ，由于目前地理信息系统的用户 越来越多，要求也各不相同，而地理信息系统软件层出不穷，为了满足不同用户对地 理信息系统的不同功能要求以及确保各类地理信息系统能够有效融合，在地理信息系 统基本软件的基础上，预留了很多接口，不同用户可以根据需要与其它软件或硬件连 接，如同搭积木一样，可以依据一定规律增加或减少功能，各个功能模块通过可视化 的程序界面和使用方便的接口可靠而有效的组合在一起，形成最终供用户使用的应用 型系统。水环境地理信息系统的开发往往涉及较大的工作量，因此，引进专门技术来 提高效率已成为软件开发者追求的目标，而c o m 作为微软定义的一套接口规范就提 供了这样一种实现手段。 组件式g i s 技术是将g i s 的功能适当抽象化，以组件形式供开发者使用，相对 传统的g i s 工具它有着许多无法比拟的优点【2 引，例如： ( 1 ) 小巧灵活与价格便宜并存； ( 2 ) 无需专门的g i s 开发语言，可直接嵌入m i s 开发工具，具有扩展性和开放性； ( 3 ) 强大的g i s 功能，g i s 组件能足够提供地图拼接、剪裁、叠置、缓冲区分析 等空间处理能力和丰富的空间查询与分析能力； 9 郑州大学硕士学位论文 ( 4 ) 开发简捷，广大g i s 开发人员可以根据自己的优势，自由选用开发工具； ( 5 ) 更加大众化，使g i s 不再仅仅是专家学者们的专利，也成了普通用户管理地 理信息相关数据的可视化工具。 1 5 2 技术路线 g i s 是非常实用的信息管理工具，可实现地理数据及其它信息的可视化表达，如 污染源位置、断面监测点位置；可测量图形的几何要素，如道路、河流的长度，水面、 区域的面积等；同时通过点击地图上的地物还可以将与对应地物关联的图像、视频等 各种多媒体信息显现出来。 图1 - 1 技术路线示意图 义马市信息资源丰富，拥有义马市行政区划图、污染源分布图、水环境资料和部 分水文资料。目前，水文和水环境数据主要是以e x c e l 表格、a c c e s s 数据库、w o r d 文档或纸质文件等形式存储的，但是义马市环保局缺乏一个信息管理系统特别是能将 1 0 郑州大学硕士学位论文 属性数据与空间数据结合起来的信息系统来有效地管理这些数据。鉴于此，笔者在实 地调研的基础上，拟开发研制一个能有效管理义马市水环境信息的g i s 管理系统， 根据义马市环境保护局的需要，系统的研发拟基于c s 结构，而开发平台为 a r c g i s + v b + m o + a r c s d e + s q ls e r v e r2 0 0 0 ，系统采用模块化开发，一体化集成。拟 分为专题数据显示、g i s 操作、数据查询、信息统计、水环境评价、导入导出和系统 管理等模块。其功能体系组织要求能充分体现出水环境管理的特色，水质计算模块要 求应用数学及环境水力学的基本理论与方法，对河流的水质特性进行一维水质数值模 拟，从而能为水体水环境管理、治理和保护提供信息与技术支持。在系统架构确定后， 首先通过数据预处理工作，将历史数据进行整理并存入数据库。利用原始水环境数据， 进行水环境评价及水质计算，用户进行数据查询时，将能够以表格、统计图、专题图 等方式直观的表现出来，系统研制的技术路线图如图1 1 所示。 第2 章研究区域水环境概况 21 研究区概况 211 自然地理概况 义马市位于河南省西部，东距省会郑州1 8 3 口n ，西距- - f 3 峡市区6 5 m ，市域地 处东经1 1 1 。5 0 4 7 ”至1 1 i 。5 0 4 9 ”，北纬3 4 。4 2 至4 6 。东西南北四面均与 渑池县相环接，唯东南一隅与宜阳县、新安县为邻。辖有千秋、常村两镇及朝阳路、 千秋路、常村路、新义街及泰山路5 个街道办事处。全市面积1 1 2 白m2 ，人口1 5 3 0 3 2 人，其中农业人口3 3 3 6 4 人，非农业人口1 1 9 6 6 8 人。义马市属暖温带太陆性气候， 四季分明，日照充足，年平均气温1 2 8 ，年平均降水量7 0 4 r a m ，全年无霜期2 2 0 天。国内生产总值9 9 9 6 3 万元人均国内生产总值7 4 3 8 元。现有耕地4 6 万亩，粮 食作物以小麦为主，经济作物有油菜籽和花生。森林覆盖率为3 9 。 痿囊：。j 节囊攀i 秽 圈2 - l 义马市行政区划图 2 12 义马地区水资源状况 义马市地表水属黄河水系，主要有涧河、石河，为洛河支流境外汇入黄河，为 季节性河流。河水流量与降水量密切相关，为义马市农业、工业及城乡居民的生活用 水的重要水源。涧河系伊洛河支流，发源于陕县观音堂英豪山麓一带，在区域内自西 习 一一 鑫 一。坚一 蠢鬻嚣 镶，冬 襄避 一一一 k一一一iii 郑州大学硕士学位论文 向东贯穿全境，在洛阳汇入洛河，涧河义马市以上长度为2 6k m ，流域面积为 5 9 8 2 1 4 k i n 2 ，由西向东入境后，流经千秋镇至常村镇黄楝坡出境，长1 9 k m ，坡降 3 1 4 。涧河平时河水流量较小，雨季洪水暴涨，退水迅速，持续时间短，据新安县 水文站资料，年平均流量1 7 4 m 3 s ，最大流量1 5 4 0 m 3 s ( 1 9 5 4 年8 月4 日) ，最 小流量0 0 1 9 m 3 s ，枯水期平均流量为0 5m 3 j ，宽1 0 0 2 0 0m ，河床坡度为 0 2 9 0 4 4 ，义马市环保局在涧河上一共设立了四个环境监测点，分别是：塔尼断 面、礼召断面、常村桥断面、石佛断面。石河为涧河支流，发源于义马北部峪桥沟山 区，在义马下石河村入涧河，全长1 9 o n ，为季节性河流。 2 2 义马地区水环境信息化状况 随