（地图学与地理信息系统专业论文）我国地下水资源信息共享研究.pdf

摘要 低效率地使用地下水信息造成了对地下水资源的不全面认识，从而使得地下水资源 的管理成为项比较艰巨的任务。信息技术和地理信息系统( g i s ) 的发展使得从信息 的角度支持对地下水资源的管理成为可能。但是，由于缺少完善的地下水信息管理的国 家框架，现有的地下水信息还是不能够被有效利用。根据”综合水资源管理”的概念，地 下水资源应该与地表水，土地，土壤和其他相关资源结合起来管理。因此，就需要有一 个合理的在各相关部门或单位之间共享地下水信息的机制。 “空间数据基础设施”概念的提出，促使在所有潜在的地理空间数据用户之间可能以 合理的花费共享地理空间数据。本文基于空间数据基础设施的基本构成对我国地下水信 息管理现状进行调查和分析，最后提出我国地下水数据共享中心的总体体系结构。调查 工作选取陕西省的主要地下水部门以及我国地下水的国家机构作为案例进行研究。 作者对”综合水资源管理”，”地下水信息管理”，”空间基础设施”的概念进行了文献 阅读，同时也调查了许多国家的水资源数据基础设施。通过实地调研了解我国地下水信 息管理现状，并基于空间数据基础设施的五个组成部分对现状进行了分析。根据分析结 果提出我国地下水数据共享中心的总体体系结构并对其进行评价。 关键词：综合水资源管理，地下水数据信息共享，空间数据基础设施。 a b s t r a c t m a n a g e m e n to fg r o u n d w a t e rr e s o u r c e si sac h a l l e n g i n gw o r kd u e t ot h el i m i t e du n d e r s t a n d i n g o ft h er e s o u r c e s t h r o u g h i n e f f i c i e n t g r o u n d w a t e r i n f o r m a t i o nu s e t h ea d v a n c e si n i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) h a v ep r o v i d e ds o u n dt o o l s t os u p p o r tt h em a n a g e m e n to ft h i sr e s o u r c ei ni n f o r m a t i o np e r s p e c t i v e h o w e v e r ，d u et oa n a b s e n c eo fap r o p e rf r a m e w o r ko fg r o u n d w a t e ri n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，t h ee x i s t i n g i n f o r m a t i o nc a nn o tb eu s e de f f e c t i v e l y a n da c c o r d i n gt ot h ec o n c e p to fi n t e g r a t e dw a t e r r e s o u r c e sm a n a g e m e n t ，g r o u n d w a t e rs h o u l db em a n a g e dt o g e t h e rw i t hs u r f a c ew a t e r ，l a n d ， s o i la n do t h e rr e l a t e dr e s o u r c e s s ot h e r ei san e e do fap r o p e rf r a m e w o r ko fs h a r i n g g r o u n d w a t e ri n f o r m a t i o ni nt h o s er e l a t e do r g a n i z a t i o n s t h ec o n c e p to fs p a t i a ld a t ai n f r a s t r u c t u r e ( s d i ) h a se m e r g e da sam e c h a n i s mw h i c h f a c i l i t a t e st h ea c c e s st og e o s p a t i a ld a t aa m o n ga l lp o t e n t i a lu s e r sa ta na f f o r d a b l ec o s t t h i s r e s e a r c hi sc a r r i e do u tt od e v e l o pag r o u n d w a t e rd a t as h a r i n gc e n t r eb a s e do nt h ea n a l y s i so f t h ec o m p o n e n t so fs d i s h a a n x ip r o v i n c eh a sb e e nt a k e na sac a s ef o r t h er e s e a r c ht oi d e n t i f y t h ec u r r e n ts i t u a t i o no fg r o u n d w a t e ri n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t s o m ei n v e s t i g a t i o n si n t ot h e g r o u n d w a t e r r e l a t e do r g a n i z a t i o n si nb e i j i n gh a v ea l s ob e e nm a d et of i n do u tt h en a t i o n a l c u r r e n ts i t u a t i o no fg r o u n d w a t e ri n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ti nc h i n a t h ec o n c e p to fi n t e g r a t e dw a t e rr e s o u r c e s m a n a g e m e n t ，g r o u n d w a t e r i n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t ，s p a t i a ld a t ai n f r a s t r u c t u r e ，a n ds o m ee x a m p l e so fe x i s t i n gs p a t i a lw a t e rd a t a i n f r a s t r u c t u r ew e r er e v i e w e d t h ec u r r e n ts i t u a t i o no fg r o u n d w a t e ri n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t w a si n v e s t i g a t e dd u r i n gt h ef i e l d w o r k ，a n dt h e nw a sa n a l y z e db a s e do nt h ec o m p o n e n t so f s d i f r o mt h ea n a l y s i s ，t h ea r c h i t e c t u r eo fag r o u n d w a t e rd a t as h a r i n gc e n t r ew a si l l u s t r a t e d t h e nt h ee v a l u a t i o no ft h i sd e s i g nw a s p r e s e n t e d k e y w o r d s ：i n t e g r a t e d w a t e r r e s o u r c e s m a n a g e m e n t( i w r m ) ， g r o u n d w a t e r d a t a i n f o r m a t i o ns h a r i n g ，s p a t i a ld a t ai n f r a s t r u c t u r e ( s d i ) 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本文中不包含任何未 加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：刁吻洒珍 溯年7 月2 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：芥钐碉冷厕年7 月日 导师签名：撕拿 枷7 年7 月哆日 长安大学顾 j 学位论文 第一章绪论 1 1 背景 地下水是用于饮用和灌溉的主要水资源。地下水资源在我国水资源中占有举足轻重 的地位，地下水资源因其分布广、水质好、不易被污染、调蓄能力强、供水保证程度高， 正被越来越广泛地丌发利用。尤其在我国北方的许多地区和城市，地下水成为重要的供水 水源【1 1 。 在我国，水资源已成为城市建设规划、工农业生产布局及国土整治规划的制约条件 之一。建国以来，国家有关部门一直重视我国地下水的数量和质量，以期为国民经济建 设提供有利的数据保证。中国地质调查局于2 0 0 5 年在“中国地下水资源与环境调查” 中指出，不合理的地下水资源管理已经引起了一系列的地理环境问题，如不同程度的地 面沉降，地面塌陷等。而且，地下水已经被家庭用水、工业农业用水活动污染1 2 】。中国 正面临着对其地下水资源管理的挑战1 3 】。 如何解决地下水资源管理的不合理的现状呢? 对地下水资源的有效使用和管理是基于拥有足够的地下水数据和信息的基础上的。 在这些数据和信息的基础上，我们才能对于地下水资源在社会，经济和环境方面的管理 做出良好的决策。因此，在地下水资源可持续发展原则下，地下水数据和信息对于理解 和使用地下水资源起着非常重要的作用。中国地质调查局有关专家指出，国土资源部门 历来重视地下水资源调查评价与监测工作，5 0 多年来，先后完成了1 ：2 0 万比例尺为主 的全国水文地质普查和1 3 0 多万平方公里的1 ：5 万一1 ：1 0 万农田供水水文地质普查， 并于1 9 8 4 年完成了全国第一轮地下水资源评价，积累了5 0 多年的地下水动态监测数据。 我国已有的大量的地下水数据，以书籍，杂志，报告和数据库等形式存储。但是， 这些资料和信息是分散的，已有数据很难被最好的应用于新的研究。因此对地下水数据 的采集的不必要重复投资就形成了浪费【4 1 。也就是说，现有的可获取的地下水数据和信 息不能被有效的利用，来解决地下水资源管理中存在的问题。如果能够实现信息的共享， 就能够在各个利益攸关者之间共同分担数据采集的开销，充分利用资源l 引。因此，如何在 各部门之间共享地下水信息就成了地下水信息管理中的亟待解决的重要问题1 6 1 。 由于缺少完善的共享地理空间信息的国家机制，我国的地理信息共享服务水平很 低。在水信息领域，中国从八十年代开始注重水资源数据库的建设，但是由于缺少对数 第一章绪论 据共享利益的认识，”水信息共享建设才刚刚开始”【j 。由于不完善的数据获取网络，不 完善的技术标准，和不完善的信息政策和法律法规，我国还没有在不同单位、不同区域， 以及对已有水资源数据有效利用有影响的其他领域之间，建立水信息共享的良好机制【8 j 。 地理空间信息共享能够促进信息的重复使用，能够保证对空间信息收集和管理的后 续投资是有效的，能够得到一个长期发展的、容易获取和使用的空间信息的集合【9 1 。 由于数据共享的重要性，可以看到越来越多的组织开始从事这方面的研究，如成立 于1 9 9 4 年的国际组织o g c 联盟，是一个致力于解决g i s 系统间屏障的一个民间组织， 主要处理g i s 系统之间以及这些系统与主流计算机系统之间缺乏互操作这一问题的研 究。国际标准化组织i s o 也有专门的部门从事g i s 技术标准和数据标准的制定，如 i s o 厂r c 2 1 1 。2 0 世纪8 0 年代以来，我国科学界就十分重视地理信息共享问题的研究工作， 侧重点主要是研究制定统一的技术标准和有关政策。如1 9 8 4 年出版的资源与环境信 息系统国家规范与标准研究报告，1 9 9 1 年国家测绘局组织开展了1 0 余项地理信息共 享与标准问题的研究【1 0 l 。但是，我国空间数据共享仍存在许多问题，空间数据共享的 低效率现在是我国改革措施的一个瓶颈问题【1 1 j 。 空间数据共享的方法、手段是随着软件技术的发展而发展的。不同的历史时期，软 件系统有不同的集成方式和计算模式，这直接影响着数据共享的实现方式。对于运行在 单机环境、局域网和广域网环境中的g i s 系统，实现数据共享有着不同的方法。在g i s 发展的初期，2 0 世纪7 0 年代和8 0 年代，单机环境下的g i s 数据共享更多地用数据转换 的传统模式实现数据共享。至2 0 世纪9 0 年代，计算机网络化，计算技术极大地影响和 促进了g i s 系统的发展，基于分布式计算技术的数据共享方式逐步得到重视和发展【1 2 l 。 当今世界上许多国家已经在建立”空间数据基础设施”( s d i ) ，更好地管理和共享空 间数据集【”】。s d i 被定义为：在空间数据团体的利益攸关者之间进行地理信息交换和共 享的协调机制【1 4 l 。在水资源信息领域，世界上已有很多成功的”水资源数据基础设施”的 例子，提高水资源信息使用率，并且能够有效地进行对水资源信息的收集和管理。 1 2 研究内容 中国的地下水部门各自建立地下水信息系统，很少与其他部门协调交流，导致了地 下水数据在技术标准方面的不一致。由于对地理信息在决策水平上的价值的重视不够， 各部门间的交流很少。又因为每个单位信息技术引进水平的不同，技术人员和管理者水 平的不同，提供的地下水信息管理和服务就各不相同。这些历史因素就导致了地下水数 据难以获取。 2 长安大学硕 ? 学位论文 针对日益增长的对地下水信息的合理管理和使用地下水信息进行有效的决策制定 的需要，地下水信息专家已经丌始思考如何利用当今科技，有效地开发利用各单位的地 下水数据。 建立国家标准的需求是显而易见的，这些标准包括地下水数据的收集，表达，处理 和交换的标准。同样需要一个完善的进行地下水数据发布和获取的方式。而且在地下水 数据共享的整个过程中，也需要建立良好的政策等软环境来保证共享的可行性。 根据以上所述，现存的地下水信息共享的主要问题可以总结如下： 缺少保证地下水数据共享的良好信息政策和法律法规； 缺少地下水数据及其共享的国家标准体制； ( 9 缺少支持地下水数据共享的可靠的获取方式。 1 2 1 研究目标 根据我国现存地下水数据共享中存在的问题，该研究的目标如下： 调查我国地下水数据共享现状与国外发达国家的地下水信息服务； 基于空间数据基础设施( s d i ) 的基本构成，分析我国地下水数据共享现状； 以地下水信息共享中心建设为目标，设计我国地下水数据共享的体系框架。 1 2 2 研究内容 根据以上研究目标，本文的研究内容如下： 研究目标1 ： 中国的地下水数据收集情况如何，包括数据来源，地下水数据类型，地下水信 息管理使用的软件有哪些； 中国地下水信息的利益攸关者有哪些； 地下水信息管理相关的现有标准有哪些； 地下水数据发布和获取的方式有哪些； 地下水信息管理的现有政策有哪些。 研究目标2 ： 地下水数据共享的存在问题有哪些； 地下水数据共享的利益攸关者的兴趣，影响和参与性如何； 地下水数据共享中存在的标准，获取方式，政策中存在哪些问题，以及这三个 方面应该是怎么样的。 3 第一章绪论 研究目标3 ： 地下水数据共享的体系框架是什么。 1 3 技术路线和工作流程 该研究依照以下的流程进行： “地下水信息及“地下水信息管理”概念文献查阅 通过阅读杂志，书籍，网络或者图书馆的论文和资料，请教i t c 专家，老师，地 下水相关部门的工作人员，理解地下水数据和信息，地下水信息管理概念。 发达国家地理信息服务查阅 通过查阅网络和图书馆资料，以及与国外相关专家的e m a i l 通话讨论，理解发达国 家地下水信息的服务过程。 我国地下水信息管理现状的研究 参观访问地下水信息相关单位，获取该单位采集和提供的地下水信息类型及信息服 务过程。 通过谈话，电话采访，填写问卷的方式调查地下水信息相关单位，分析采访和问卷 的内容。确定地下水信息的用户需求。 分析得出我国地下水信息共享中存在的问题 从利益攸关者，标准，提供获取方式，以及政策与法律法规等方面分析我国地下水 信息共享中存在的问题。 基于文献资料查阅和案例研究，提出对我国地下水信息共享的建议。 4 长安大学硕f ：学位论文 1 4 全文组织结构 我国地下水资源信息共享研究 妙 m 弋7 厂八 研究问题1 、，4 i b 标1 蚓骱 研究问题2 ，一一， 目标2 。，1 日 、u 题3 ，一j目标3 ， ， 地下水信息 ， ， ， ， 管理i j 。， ，数据 ，7 ，弋一 ， ，7 利，益攸关者 o 厂 ， ， 卜 现状 ，7 标准体系 ，数据获取方式 l 一i 一 ，政策 7 v 数据 地理信息共 j 享一空间数据 利益攸关者分析 ， 基础设施 八 现状分析 j +标准体系分析 ， ， 数据提供，获取方式分析 ， ，j 政策分析 弋乃= v 水资源数据基 u 础设施 卜 地下水数据共享中心体系框架的设计和评估 举例 i jl 7 仑 u 结论 本文共由六章组成： 图i - i 全文组织结构 第一章：论述研究的背景，研究内容( 其中包括研究目标和研究问题) ，以及研究 所采用的技术路线和工作流程。 第二章：介绍“综合水资源管理”，“地下水信息管理”，“空间数据基础设施”等有 关概念，以及对一些国家的水资源数据基础设施进行论述。此内容是整个研究的理论背 5 第一章绪论 景。 第三章：对我国地下水信息共享现状的调查。包括地下水数据，地下水信息利益攸 关者，标准体系，调研单位的地下水数据提供获取方式，我国现有的地下水信息相关政 策及法律法规五个方面的内容。 第四章：基于以上五个方面的内容对我国地下水信息管理现状进行分析。其中包括： 采用”利益攸关者分析法”对我国地下水数据共享的利益攸关者进行分析，从数据库表结 构标准，分类与编码标准，元数据标准三个方面对地下水信息及其共享的标准体系进行 分析，对网络数据共享方式进行分析，对地下水数据共享的相关政策和法律法规进行分 析并提出建议。 第五章：提出我国的地下水数据共享中心的总体体系结构并对其作以评价。设计内 容包括：该地下水数据共享中心总体体系结构的设计目标，设计原则，设计步骤和设计 细节；评价内容包括：对该体系结构进行评价所使用的评价原则和评价的结果。 第六章：对本次研究工作中存在的不足作以分析，并对以后的研究提出建议。 6 长安人学硕i j 学位论文 第二章理论背景及相关概念 2 1 内容介绍 根据文章的题目以及研究的问题，本章包括3 部分的内容：地下水信息管理，地理 信息共享一空间数据基础设施以及两者相结合的例子：水资源数据基础设施。本章是整 个研究工作的理论背景( 见1 6 全文结构图) 。 2 2 “综合水资源管理 概念 在过去的几十年里，对河流，湖泊和地下水的综合管理的要求越来越多。该综合管 理包括水资源的社会，经济和环境方面1 1 5 l 。往往人们将水资源的综合管理法称作“综合 水管理”或者“综合水资源管理”。综合水资源管理通常包括以下内容： 水文地质的组成：地下水，地表水，水量和水质量等； 对水的社会经济需求：灌溉，水力发电等； 蓄水层盆地系统的组成：植被覆盖，土壤及土壤侵蚀，土地利用，水质量等； 资源管理所需的体制和法律政策：有关公民的，环境的，农业的，基础设施 机构的体制和法律政策等； 相关的其它地理实体：特别是作为管理的基本单位的集水处，及其与行政管 理区的关系。 全球水资源合作伙伴【1 5 】将“综合水资源管理”定义为：在不危及生态系统的可持续 发展的基础上，为了公平地获取最大的经济和社会利益，对水，土地及相关资源的协调 发展和管理的过程。 也就是说，对水资源的管理必须同时兼顾到其它一些需求，与和水资源相关的其他 机构常常需要合作。“综合水资源管理”通常包括对土壤，植被和土地利用的管理。 2 3 “综合水资源管理 信息需求 “综合水资源管理”概念包含了对水资源信息的需要，从相关信息中才能够了解如 何使稀少的水资源在使用者之间合理分配，以及了解对水资源管理的状况。根据“综合 水资源管理 ，我们可以发现，环境和自然资源管理也需要一个好的信息基础。总之， 采用“综合水资源管理”的概念响应了日益增长的对稀少的水资源的需求，体现了在这 种情况下水的价值，提出了水资源信息的必要性。 “综合水资源管理”中的信息用于：定义水资源的分布和特性，理解水资源系统的 7 第二章理论背景及相关概念 动态特征，最优化水资源的开发利用，以及预报水资源的时空变化等等。 信息为解决水资源管理在技术和社会经济方面的问题提供了基础。 为了鼓励水资源的利益攸关者在水资源管理中的参与，而且为了提高其参与的有效 性，及时地获取相关的信息是一个必要的前提。因此，充足的调查和信息量，有关水资 源量及其供给，更新的水资源使用注册和记录，水权，与地质，水文，地形，土壤，气 候，土地利用，地貌，以及其他人造物体有关的这些地下水信息需要结合起来进行分析 处理。其中关于地形，地质和水文条件的数据和信息包括：基本环境信息的数据层，如 地形图，地质图，土壤类型图，水文和水文地质的原始数据或一些正在进行微处理的数 据；由水文地质调查得来的信息，如水井信息，压强计信息，矿井信息，排水管信息； 土地利用图。 由定义可知，“综合水资源管理 要求水资源管理系统必须要涉及自然资源，工 程，环境和社会方面。因此，没有一个集成和分析这些相关信息的过程，现有的信息就 不能被有效利用到水资源管理中。 2 4 地下水信息管理 2 4 1 地下水信息 地下水信息是“综合水资源管理 中的所需信息。 地下水信息是有关地质，水文地质，地貌，土壤，气候，土地利用，地形，以及其 他人造物体的信息。与地质，水文地质和地貌条件相关的数据和信息可以分成两部分： 基础数据和第二层数据基础数据包括：环境信息层如地形，地质图，土壤类型图，水 文和水文地质等的原始数据和经过简单预处理的数据；有关水文地质调查和试验的信 息，如水井，压强计，排水系统，矿井；还有土地利用图。第二层数据包括从主要数据 中处理分析得出的数据；还有如需要经过分析得出的水源图，地下水污染状况图等。 2 4 2 地下水信息管理 图2 1 表示了地下水信息生产和使用的循环过程，包括该过程的每个必要步骤。 8 长安人学硕i ：学位论文 图2 - i 地。f 水信息管理过程 在地下水信息管理的循环过程中有5 个主要的组成部分：数据收集，数据存储，数 据处理，数据的发布和数据的应用。 如图所示，地下水信息管理过程主要由四个基本循环部分组成。在这些循环过程中 有很多的地下水信息的利益攸关者参与。 其中两个基本循环过程只有一个部门或单位参与：该单位根据自己的需要收集所需 的地下水数据，存储该数据，就得到了原始的地下水数据。该原始数据可以直接应用于 不同的应用领域，也可以经过处理和分析后进入应用阶段。所有数据的应用情况将反馈 给该单位，并据此进行下一轮的地下水数据收集。在这两个基本循环过程中，该单位可 以被看作地下水数据的提供者和使用者。 另外两个基本循环过程有两个或两个以上的单位参与：第一个单位收集地下水数据 并存储。这就得到了原始地下水数据。这些原始数据可以由该单位发布给其他单位，其 他单位利用该数据进行研究或者其他工作。或者这些原始数据经过处理分析后发布给其 他单位，进而用于各中应用。所有的应用反馈都传达给第一个单位，据此进行下一轮的 地下水数据收集。 从图中可以看出，所有地下水数据和信息的收集都必须是面向需求的，也就是说地 下水数据的各利益攸关者之间是需要进行相互交流和咨询的，特别要注重用户的信息需 求。 9 第- 二章理论背景及相关概念 当定义地下水数据收集时，根据”综合水资源管理”的概念，应该考虑到需要信息的 广泛性，包括地形数据，生物数据，土壤数据，土地利用数据，环境数据，水需求数据， 水资源使用数据等等，以确保地下水信息能够用于不同应用领域。 2 5 地理信息共享 地理信息系统经过三十几年的飞速发展，在国民经济建设等领域得到了广泛应用， 同时也积累了大量的数据，为数据综合利用提供了基础。各类软件公司结合实际应用， 开发出了各种类型的系统，但由于缺乏统一的协调和管理，各个系统相互独立，数据格 式和数据结构互不相同，所生产的数据不能共享。目前，世界上许多国家已经建立了空 间数据基础设施，来响应空间数据提供者和用户之间的合作需求，从而建立和发展空间 数据共享的环境【1 6 1 。我国也正在进行国家空间数据基础设施的建设，其目标是实现地 理空间数据的共享。 2 5 1 空间数据基础设施( s d i ) 定义 “空间数据基础设施”是指地理空间数据获取、处理、存储、分发以及改进应用效 果所需的包括获取空间数据所需的技术，政策和体制等方面的内容1 9 】。 空间数据基础设施的目标是实现一次数据生产，在多个应用中多次使用。建立“空 间数据基础设施 ，可以提高数据的可获取性，减少重复进行数据的收集和维护，促进 各数据集之间的互操作性1 1 7 1 。 尽管世界上许多国家已经建立了s d i ，用以对空间数据进行更好的管理和使用，每 个国家建立的s d i 模型却都不尽相同。但是s d i 的核心组成都是一样的，图2 2 就表示 了s d i 的核心组成。通过对这些组成的阐明，就形成了一个s d i 的概念模型。 2 5 2s d i 的组成 根据w i l l i a m s o n ，r a j a b i f a r d ，f e e n e y l l 刚，s d i 的组成如图2 - 2 所示： 1 0 长安人学颂i j 学位论文 提供获取方式 利益攸关者 一j 政策 l 一爿 数据 v 一一一、厂一 标准 图2 - 2s d l 组成 该图表示了s d i 由空间数据及其利益攸关者，数据标准和提供获取方式，以及政 策组成。其中： 标准：标准包括了数据产品和数据传输交换的标准。标准能够促进地理空间数据的 建设，共享和使用( h t t p ：w w w f g d c g o v s t a n d a r d s ) 。 政策：政策对于促进各单位在s d i 中的参与是一个非常重要的因素。良好的s d i 政 策能够激励各单位或部门的参与，并保证这些单位或部门长期保持着良好的合作和互动 关系1 1 9 l 。 提供获取方式：发布和获取地理空间数据的方式。 图2 2 中所示的s d i 的所有组成中，利益攸关者和数据是两头的结点，中间的过程 包括标准、政策和提供获取方式。数据共享过程如下：数据提供者( 利益攸关者之一) 遵循国家信息政策、按照信息标准、以统一的数据提供方式为共享网络提供地理空间数 据；数据使用者( 利益攸关者之一) 在相应的信息政策和法律法规的允许下，以统一的 标准从共享网上获取地理空间数据。 利益攸关者和数据之间的交互作用是动态的，因为数据的需求和技术水平是不断变 化的。不同时期不同领域需要的数据集也是不同的。所有这些就构成了s d i 的动态特性。 2 6 地下水数据共享举例 本节介绍世界上已有的有关地下水数据共享的案例，包括一些国家机构和国际组 织。在这些案例中，有的是将水资源作为一个整体，进行包括地下水数据在内的所有水 资源数据的共享，有的是针对地下水数据的共享。 态nn1， 督口二一 第二章理论背景及相关概念 2 6 i 澳大利亚 澳大利亚基于“澳大利亚国家基础设施”( a s d i ) 的框架建立了“水资源数据基础 设施”l2 0 1 。因为水资源数据也具有空| 日j 性，所以采用了已有的关于地理空间信息的标准。 这些标准包括地理信息i s o1 9 1 0 0 系列标准和“开放式地理信息系统协会”( o g c ) 的规 定。 澳大利亚国家水资源数据基础设施： 澳大利亚的水资源数据分散在各机构当中。 水资源数据包括六个部分的内容：水生物数据，水文地质数据，水文数据，气象数 据，水质量数据，水资源管理数据。各个部分的数据提供者如下： 水生物数据：“国家河流健康项目 进行全国的水生物数据收集。“澳大利亚河流评 价系统( a u s r i v a s ) ”对澳大利亚河流的生物健康提供评价的信息基础。 水文地质数据：该数据主要来自于各洲县的水资源管理机构。“国家国土资源审计 部承担了一个旱地盐分专题，通过该专题研究，得到了地下水水流系统分类的水文地 质图。 水文数据：不同机构维护着各自的地下水数据库，这些地下水数据通过水文地质监 测得到。“澳大利亚地球科学署”，特别是其分机构“国家地图司”是国家地形势据集的 主要管理者。还有其它各州负责地形制图的机构。 气象数据：气象局( b o m ) 使用一个国家标准收集和管理气象数据。 水质量数据：各州及当地政府机构，私营公司，研究组织和相关社区团体对水质量 进行监测，获取水质量数据。二零零二年“澳大利亚水资源评估 对全国水质量进行了 报告说明。“国家水质量管理策略研究所( n w q m s ) 统一管理国家的水质量信息。 水资源管理数据：“国家国土资源审计部”收集并存储了大量重要的关于水资源管 理的国家数据集。由“自然资源管理部理事会”签署的“自然资源管理结构”，提供了 一个自然资源管理的监测，评估和报告的国家框架，其中包括对水资源的管理。 澳大利亚州级的水资源基础设施： 澳大利亚各州政府已经建立各自的自然资源数据基础设施，其中包括水资源数据基 础设施。他们建立这些水资源数据基础设施，使得不同机构的水资源数据能够在一个获 取节点获得，也使得水资源数据与其它自然资源数据集相链接。 2 6 2 荷兰 在荷兰，由很多国家环境研究院收集环境数据，包括地下水数据。这些环境数据的 长安大学硕十学化论文 收集都由“国家公共健康与环境保护协会”管理。荷兰还有州级的或者当地的环境部门 进行环境数据收集。 荷兰国家地下水质量数据共享网：荷兰的地下水质量数据共享网建立于八十年代。 该网建立的目标是： 提供与土壤类型，土壤利用和水文地质条件相关的地下水质量的数据； 反映人类对于地下水质量的影响； 识别地下水质量的长期变化； 提供进行地下水质量控制和地下水资源管理所需的数据。 现在该共享网已经有大约3 8 0 个监测井的数据。大多数监测井是用来监测饮用水质 量的。采样是每年一次，按照标准采集程序进行。荷兰有两个关于地下水质量调查的大 项目：基础项目和特别项目。其中特别项目是针对地下水污染物的类型和使用分组而进 行的调查。 荷兰的1 2 个省级地下水质量数据共享网：与国家共享网的目标基本相同： 描述当前地下水质量的情形； 确定地下水质量变化的近期趋势； 为研究和管理提供基础数据； _ 对相关政策进行评估提供数据； 对易污染地区的地下水质量的不良发展提出早期警告。 省级地下水质量数据共享网建设中的主要问题是保证省级和国家级共享网中的数 据协调性，这是依靠相同的数据采集标准而得到保证的。 荷兰其它的地下水质量数据共享网： 饮用水：所有供水公司从大约2 4 0 个抽水站点抽取地下水。在地下水处理之前和之 后分别抽取水样进行分析，得出地下水质量数据。 地下水质量监测网站中的监测点设置在污染源附近，如垃圾处理点，土壤地下水污 染点。 森林监测项目：1 5 0 个监测点，主要监测森林中的土壤酸性。该项目也应用于荷兰 沙地区域的浅层地下水监测。 农业区域的地下水超营养监测项目：该项目用于对农业中肥料使用的监测，有利于 制定降低营养流失造成的环境影响的政策措施。 地下水水量数据共享网络：“荷兰地下水水位监测网络 建立于八十年代。监测井 1 3 第一二章理论背景及相关概念 数量根据农业和公共用水所需的地下水调查不断增加。 该网络由荷兰“交通、公共设施和水资源管理署”负责协调和管理，同时也得到“水 资源管理和污水治理研究院”( r i z a ) 的支持和协作管理。各地方的信息收集由各省管 理执行。t n o “应用科学院”协调各机构，并负责管理共享网络的设计和改进。 地下水水量数据在“中心在线数据库”中可以通过cd ，硬拷贝等形式获得。数据 提供是有偿的，并且具有保密级别。 2 6 3 美国 美国国家地质调查局( u s g s ，h t t p ：w a t e r u s g s g o v ) 的水资源分机构维护着一个分布 式的国家范围的水资源数据库。该水资源数据网站( h t t p ：w a t e r u s g s g o v d a t a h t m l ) 提供： “国家水信息系统”( n w i sw e b ) ，包括全国1 5 0 万监测点的地表水，地下水和水质 量数据： “水观察”，提供实时水流数据，包括洪水灾害等事件的制图； 关于酸雨，大气沉降等的数据和报告； 水资源使用地图和数据； 水流中的悬浮物和污染物的监测数据； 气候数据网【2 。 该网站提供了内容丰富、功能强大的水资源信息在线服务。美国国家地质调查局调 查地表水和地下水的质量、数量、分布和运动情况，并将所得数据提供给公众、州和地 方政府、公立和私立机构，以及管理水资源的其他联邦部门，同时在官方网站上发布全 美国的水资源信息。 美国国家地质调查局的水资源信息来自分布在全美国的1 5 0 多万个站点，组织成4 个类别：来自预先选定的站点的实时数据、地表水数据、地下水数据、水质数据等。数 据项目包括，测站基本信息、水温、气温、降雨量、流量、悬移质泥沙、太阳照射强度、 大气压、日流量均值、风速、土壤温度、地下水位、水库水位等等。用户可通过网页浏 览器来访问、检索需要的实时数据或历史数据，信息提供的方式包括：图形、数据表格、 数据文件。 2 6 4 法国 在法国，有很多政府和私营部门与组织致力于水文信息资源的开放和共享应用。为 此，他们利用先进的网络技术，建设各类专业网站。比较著名的水资源信息共享网如： 1 4 长安大学硕一j ：学位论艾 地下水情网、水情数据国家网、地球信息网( 其信息服务是收费的) 、全法水务公司网 等等。同时，各大流域也通过自己的网站向社会用户提供水资源信息服务。 法国的生态与可持续发展部和地质调查局共同管理法国地下水的数据，并通过地下 水情网向用户提供地下水数据的信息服务。这类信息服务是免费的，但数据的知识产权 归生态与可持续发展部和地质调查局共同拥有。地下水情网收集存储了法国已有的地下 水数据。通过地下水情网，用户可查询法国各个省区、各流域的地下水数据。 为了将水情数据的主要生产者和用户联合起来，法国在1 9 9 2 年建立了水情数据国 家网，目的是为了掌握水情并指导政策制定或者评估政策的效果等。与水有关的数据非 常丰富，有技术的、管理的、经济的等，这些数据分散在不同的部门，其描述和归档保 存都是针对特定的应用需要的。因此，数据的共享访问非常困难，阻碍了数据的开放和 流通。 在合作伙伴的网络框架内，水情数据国家网对水情数据进行整合，采取一致的管理， 目的是消除现有的数据共享的弊端。 2 6 5 中国 “中国地下水信息网 ： 由中国地质环境监测院( c i g e m ) 主办和管理。在该网站中共有4 部分的内容：地下 水资源，地下水环境，地下水监测网络，地下水水情预报。 “地下水资源”包括以下内容：中国地下含水层类型图，中国地下水补给类型图， 中国地下水开采潜力图，中国地下咸淡水分布图，中国地下水环境背景图，中国地下水 污染状况图，中国地下水质量分布图，中国地下水环境问题图，中国水文地质图，中国 地下水水源地。每张地图都有说明文字。 “地下水环境 包括以下内容：开采漏斗，地面沉降( 上海，天津，西安，苏锡 常地区) ，岩溶塌陷，海水入侵，水质污染。 “地下水监测网络包括以下内容：全国地下水监测站点分布图。可以点击查询各 省的地下水监测站点分布图。 “地下水水情预报 包括以下内容：1 9 9 7 2 0 0 5 年的全国水情通报。 京津冀平原区地下水动态网和东北地区地下水动态网： 由水利部水文局主办，北京市水文总站、天津市水文水资源勘测管理中心和河北省 水文水资源勘测局协办的“京津冀平原区地下水动态 网初步实现了京津冀平原区地下 水信息的共享发布。由水利部水文局主办，黑龙江省水文局、吉林省水文水资源勘测局、 1 5 第二章理论背景及相关概念 辽宁省水文水资源勘测局协办的“东北地区地下水动态网 初步实现了东北地区的地下 水信息的共享发布。 ( h t t p ：w w w h y d r o d a t a g o v c n f c i s s _ s z y d z m i a n d z m i a n a s p ? y m = 2 0 0 6 1 2 ) 两者的共享信息内容包括：地下水埋深等值面，地下水埋深等值线，潜水埋深动态， 地市县区分区动态，以及对地下水动态相关概念的解释说明。除了对概念的解释，其它 内容都是以图表或者地图的形式表示，这些都是原始地下水数据分析处理的结果。 水利部水文局( 水利信息中心) ： ( h t t p ：w w w h y d r o i n f o g o v c n s h u i w e n 2 0 0 3 1 0 2 5 3 4 1 5 0 a s p ) 在线提供我国地下水信息的各种年报，公报，通报。包括：我国水资源质量年报， 水文情况年报，水情年报，水资源公报，河流泥沙公报，地下水通报，水情月报。 水利科学数据共享中心( h t t p ：w w w w a t e r d a t a c n ) ： 国家科学数据共享工程内容之一。在水利部国际合作与科技司的组织领导下开展水 利科学数据共享的研究开发、数据资源整合和共享服务旨在通过国家政策调控和相应的 法规保障，利用现代信息技术，整合离散的科学数据资源，构建面向全社会的网络化、 智能化的水利科学数据管理与共享服务体系，实现对水利科学数据资源的规范化管理和 高效利用。 2 6 6g e o 数据门户 g e o 数据门户中提供“美国环境项目”( u n e p , h t t p ：w w w u n e p o r g ) 及其合作者在全 球的综合环境评估和报告中使用的国际数据集。该数据门户包括一个“淡水 专题 ( h t t p ：f r e s h w a t e r u n e p n e t ) 。其中的数据以地图，图表或者表格的形式表示。这些数据 能够以c o m m ad e l i m i t e d ( c s v ) ，e s r is h a p e f i l e ，和m i c r o s o f te x c e l 的格式下载【2 2 】。 2 6 7 世界水文循环观察系统( w h y c o s ) 1 9 9 3 年，世界气象组织( w m o ，h t t p ：w w w w m o o h ) 建立了“世界水文循环观察系统”， 建立目标是： 加强水文服务的技术和体制建设能力，提高获取水文数据的效率，满足水文信息最 终用户的要求；建立一个全球的国家水文观察网络，该网络提供质量一致的信息，并通 过w m o 的“全球电信系统 ( g t s ) 实时传输到国家和区域数据库中；利用当今信息技 术如互联网和c d r o m 促进水资源信息的发布和使用【2 3 1 。 国际地下水资源评价中心 ( i g r a c ，h t t p ：i g r a c n i t g t r i o n l h o m e p a g e h t l i l i )建立了一个 “国际地下水信息系统”( g g i s ) ，作为一个互动的、透明的门户提供地下水信息和相关 1 6 长安人学硕f ：学位论文 知识。 为了促进水资源的综合管理，更多的水部门及其与水资源相关的气候和环境部门发 起了全球范围的共享地下水信息的组织或项目。各部门共享数据，能更好地获取综合基 础信息和迫切需要的数据，有效地对地下水资源进行管理。 2 7 小结 本章论述了该研究的背景知识，包括综合水资源管理，地下水信息管理，空间基础 设施。从综合水资源管理的概念可以得出地下水资源管理的信息需求。空间基础设施为 潜在的利益攸关者提供了一个空间信息管理的框架。下一章将论述我国地下水信息管理 的现状。 1 7 第三章我田地下水信息共享建设现状 第三章我国地下水信息共享建设现状 3 1 内容介绍 本章论述了我国和陕西省的主要地下水信息的生产者和使用者。根据空间数据基础 设施的基本构成，归纳出了我国地下水信息共享建设在地下水数据，利益攸关者，标准， 获取方式以及政策和法律法规5 个方面的情况。由此可以了解我国地下水信息共享建设 的现状。 调研工作共有4 个单位参与。这4 个单位分别是：陕西省地质环境监测总站，西安 地质矿产研究所，中国地质环境监测院，水文地质环境地质研究所。共有2 0 多人参与 该调研，包括技术人员和管理者。 3 2 调研基本流程