地下水资源动态评价的机制与技术框架

1、地下水资源动态评价的机制与技术框架Mechanism and Technical Framework of Groundwater Resource Dynamic AssessmentZHANG Yong-bo, ZHANG Li-zhong, ZHOU Xiao-yuan, LIANG Guo-ling(Institute of Hydrogeology and Environmental Geology, CAGS, Shijiazhuang 050061 ，China): In full consideration of groundwater resourcedynamic chan

2、ge characteristics and the actual requirements of the national economic development as well, the mechanism and technical framework of groundwater resource dynamic assessment with the information technique as the support have been put forward. During the concrete work, in combination with the nationw

3、ide groundwater resource data characteristics, the present work and the application of the new techniques, the dynamic assessment platform containing data collection, resource assessment, data sharing and service with the independent groundwater system as the unit has been set up; The interconnectio

4、n and coordination between the independent groundwater dynamic assessment platforms with the basis of network environmentand the WEB mechanism have been realized and the website to provide the data sharing and service to the public has also been established.1 研究背景我国是一个缺水的国家， 地下水资源是工农业生产和居民生 活的重要供水水源

5、。 经过水文地质工作者的长期不懈努力， 取得 了众多的水文地质调查和综合研究成果，积累了丰富的数据资 料，为全面掌握我国地下水资源的现状， 我国曾先后进行了两轮 全国范围的地下水资源评价工作。在 1984 年完成的第一轮全国 地下水资源评价， 初步确定了当时的全国地下水天然补给资源量 为8 716 x 108 m3/a、地下水可开采资源量为 2 943 X 108 m3/a。 2000年一2002年开展的新一轮全国地下水资源评价工作，综合 分析和利用了后期的水文地质资料和成果，重新进行了资源评 价，确定地下水资源量为 9 235 X 108 m3/a，可开采资源量为 3 528X 108 m3

6、/a : 1-2 ，为我国的水资源综合利用提供了科学依 据。由于气候变化和人为因素的干扰， 地下水处于不间断的运移 和变化过程之中， 使地下水资源在数量、 质量和分布规律上都时 刻发生着变化， 体现了极为明显的动态特征。 面对国民经济的快 速发展， 地下水资源作为影响人类生存环境的重要动态因素， 已 日益引起国家和政府的高度重视， 且已成为制定国家和地方发展 规划的重要因素。 这些无可置疑地表明， 如何实现地下水资源的 动态评价过程， 实时地、 按需为国民经济发展提供地下水资源数 据信息服务已成为当前水文地质调查工作要解决的首要问题。 引 入现代数据信息管理与数据应用评价技术， 建立全国地下水

7、勘查 评价数据库， 构建地下水动态评价平台， 是实现地下水资源的快 速评价和动态管理的基础和前提。随着信息技术的迅速发展， 其研究与应用已广泛深入到社会 的各个行业和不同领域， 地下水资源调查评价工作对以数据共享 和应用为目的的数字化信息的要求越来越迫切， 构建基于网络环 境、大型数据库体系的动态评价平台的条件已经具备， 这主要表 现在：首先，基于网络环境的数据库、 大型 GIS 技术已日益成熟， 这为建立大型的地下水资源评价体系提供了技术保证 3-5 ; 其 次，地下水资源领域的信息化工作也已经开展了多年， 在空间数 据库建设和软件开发方面， 已积累了丰富的工作经验， 锻炼和造 就了一批从事

8、数据库建设和应用信息系统开发的科技骨干队伍 ; 最后，以三维数值模拟为代表的地下水资源评价方法已基本成 熟，并已初步形成了适用于水文地质相关计算处理的模型方法软 件包 6，奠定了建立地下水动态评价平台的专业基础。2 地下水动态评价平台构建的基本思路 地下水动态评价平台的建设是水文地质调查工作的一个系 统工程，涉及到一系列的工作思路调整和以信息技术应用为目标 的数字化工作环境的建立。 概括地讲， 地下水动态评价平台是该 领域信息技术应用的综合集成和最终目标，是基于网络环境 , 以 水文地质调查、地下水动态监测、综合研究为专业支撑，以数据库、大型GIS为技术支撑，建立的具有统一层次结构的地下水资

9、源数据采集、 处理和专业数据发布的集成系统。 动态评价平台的 核心由高性能服务器、专家工作终端、大型数据库系统、地下水 资源软件等内容组成的服务器集群构成。地下水动态评价平台的设计最终表现形式是一个庞大的应 用软件系统， 总体设计要体现地下水资源调查工作主流程的信息 化、考虑整个行业信息化应用水平， 在具体的实施中要遵循如下 基本思路。 强调地下水资源数据库建设的基础性和重要性， 体现数据 库是整个系统运行的基础和保证， 并在整个地下水资源调查领域 信息化工作中重视数据库的建设，实现数据信息的不断更新。 信息化新技术的引入和应用是提高整个地下水研究领 域信息化水平的前提和基础， 基于数据信息共

10、享和服务的理念出 发，把网格计算(Grid Computing) 6-10 技术的应用作为本 系统构建的前端技术， 设计过程中要充分考虑新技术的消化与融 合。 体现地下水资源评价过程的动态性和高效性，建立有效的组织管理体系和运行体系，保证数据动态更新和高效运行。 有效地处理地下水数据信息的空间特性， 把地下水系统的 三维可视化研究作为提高整个系统水平的关键技术， 并使其在不 同阶段的软件中得到有效的应用。 地下水资源调查评价工作的公益性要通过信息技术的应 用充分体现出来， 把数据信息的共享和社会化服务提到应有的高 度，并作为系统设计的主线贯穿始终。3 地下水动态评价平台的结构 地下水动态评价信

11、息化平台体现的是信息技术在地下水资 源调查评价中的应用， 实现地下水资源调查评价主流程的数字化 过程和地下水资源评价的动态过程， 目标是实现相关资料的数字 化管理、 共享和社会化服务。 在结构上地下水动态评价平台是由 分布式的区域动态评价平台实体构成， 通过网络实现平台实体之 间的互联互通， 数据信息和应用软件共享， 并在此之上建立具有 虚拟特点的全国地下水动态评价平台社会化服务门户， 以及相配 套的地下水资源调查评价专业技术支撑中心。3.1 全国动态评价平台的框架地下水动态评价平台是基于网络架构建立的， 在物理结构上 以国家公共网为基础， 按地下水系统分别建立区域动态评价平台 实体，建立统一

12、的社会化服务门户网站 （地下水资源调查评价专 业支撑中心）。图 1 表明了地下水动态评价平台的区域网络结构。地下水动态评价平台的网络环境实际上是借助于公共网络 体系，图 1 给出了基于地下水系统的动态平台网络连接结构， 是 动态评价平台的一种虚拟表现形式。 在实际上， 每一个动态评价 平台实体都会落实到一个具体的支撑单位，在不改变其网络环 境、操作系统、运行方式，且保持其独立性的前提下，对外提供 公益性的数据与信息的社会化服务。3.2 地下水动态评价平台的组成对象地下水动态评价平台是一个整体概念， 是由网络连接的各种 服务器集群系统组成， 按其功能包括： 地下水动态评价平台门户 网站、专业数据

13、处理中心、区域动态评价平台实体。在实际构建 过程中，地下水动态评价平台门户网站和全国动态评价平台是一 个服务器集群系统。3.2.1 地下水动态评价平台门户网站 门户网站是地下水资 源调查评价社会化服务的入口， 同时也是各服务器集群系统 （区 域动态评价平台实体） 之间联系的纽带， 是地下水动态评价平台 面向社会服务的门户。具有如下特点： 地下水动态评价平台门户网站仅仅是一个 门户， 无实体内容； 该网站是地下水动态评价平台社会化服务 一个用户界面； 该网站以服务的形式管理动态评价平台面向社 会用户的所有功能； 通过该网站实现和各服务器集群体系的物 理关联。3.2.2 专业数据处理中心 全国地下

14、水动态评价平台是一个 独立的服务器集群体系， 具体体现为数据管理和分析的专业数据 处理中心，是地下水动态评价平台网站的后台支撑。具有如下功能： 全国地下水资源数据信息的区域汇总 （跨地下水系统）；区域动态评价平台实体社会化服务的注册与管 理；应用软件共享与社会服务。3.2.3 区域动态评价平台实体区域动态评价平台实体是整 个地下水动态评价平台的核心， 承担着数据共享和数据处理的社 会化服务任务。 考虑到地下水系统跨省级行政区划情况， 其本身 可以是一个次级网络系统， 构成一个基于不同行政区划单位的区 域动态评价平台实体，如：华北平原包括河北、河南、山东、北 京、天津 5 省市。4 实体平台的数

15、字化工作环境建设 区域地下水动态评价平台实体是以地下水系统为单元建立 的，实际上是一个具有相对独立运行机制的数据库与软件集群系 统，在具体实施上是建立一个专用于地下水资源调查工作的数字 化工作环境，见图 2。4.1数据获取与数据库管理（PDA与PC机环境）区域地下水动态评价平台实体具有独立的数据获取体系， 实 现基础地下水资源调查数据的获取过程和区域数据库的管理， 包 括以下几方面。野外数据采集系统：PDA环境，实现野外调查获取的数据 录入过程；野外数据采集桌面系统：PC机环境，野外PDA获取数据的建库与管理；数据整理数据录入系统：PC机环境，现有数据资料整理与录入系统， 完成数据库的初步建库

16、； 地下 水资源调查信息系统：PC机环境，实现各种数据库的汇聚过程， 并实现对区域综合数据库的管理过程。4.2 数字化工作环境（局域网环境）区域地下水动态评价平台实体的核心内容， 运行于局域网环 境，配置大型数据库与应用管理系统， 安装相关地下水资源数据 处理软件，并实现这些软件的协调运行，见图3。数据库管理系统：客户端软件，XX局,XX局域网服务端的 大型数据库， 具有数据查询和应用功能， 但用户对数据的下载具 有严格限制； 地下水系统三维模型系统： 实现基于数据库的三 维地质模型构建与显示； 地下水模型系统： 地下水资源评价的 数值模拟软件； 地下水运移显示系统： 基于三维水文地质结构 与

17、模拟计算结构的地下水运移显示。4.3 数据发布与共享体系建设 每一个独立的区域地下水动态评价平台具有数据发布和数 据共享服务能力， 基于数字化工作环境的大型数据库系统面向地 质领域和社会提供数据服务。包括以下几方面：面向授权用户的水文地质基础数据服 务；面向普通用户的综合成果社会化服务；面向普通用户的数据处理与信息的社会化服务； 面向水文地质专业用户的大型 计算与软件共享服务。5 系统的运行与维护机制 地下水动态评价平台将面向地质领域和社会各界提供公益 性的软件共享、 基础数据服务和综合信息服务， 维护更新机制将 成为该系统能否进行正常运行的关键。5.1 软件系统维护地下水动态评价平台的软件体

18、系维护是一个复杂的系统工作，系列的PDA PC INTERNET软件系统甚至是来源于不同的开 发单位， 也可能是一些商品化软件， 统一的集中式维护是难于实 现的，需要进行分散式的维护机制，并体现公益性特点。需要国家或部门的公益性资金的支持， 建立国家级的动态 评价平台运行环境； 参与单位可自行组织开发、 更新具有地质 专业特色的 WEB应用服务；参与单位多渠道申请资金， 组织购 置、部署具有共用特色的 WE用艮务。5.2 数据资源维护 水文地质调查基础数据和综合研究成果是一个长期积累的 过程，任何一个部门和单位都没有维护整体数据资源的能力， 因 此，原则上采用由国家或部门统一组织、各区域平台实体自治、 引入市场机制的数据维护方案。地质数据来源于如下方面：长期地质工作形成的数据积累；国土资源大调查形成的公益性数据资料；社会经营生产项目产生的数据资料。5.3 系统运行维护系统运行需要资金和设备的支持， 鉴于地下水动态评价平台 的公益性特点， 原则上需要国家给予资金上的支持， 但这种支持 可以是多渠道和不同的形式，诸如国家专项投资、重大项目等。 在实际运行中，采取各结点（区域平台实体）实行自治的方式， 自行解决运行需要的费用问题，也可以适当引入市场收费机制。6 结语 地下水信