GIS技術在農村水利工程管理中的應用研究

盧清國

（1.河南省地圖院，河南 鄭州 450008）

近年來，河南省連續遭遇不同程度的干旱、洪澇，危及糧食安全和社會穩定[1]。為應對這種災害性氣候，保證糧食產量，河南省政府在原有農村水利工程的基礎上，加大了對農村水利工程的投入。但由于這些工程分散，管理水平低下，造成了維護困難，直接影響這些農村水利工程正常功能的發揮。為使這些水利建設工程發揮最大的功效，需要建立信息化的水利管理信息平臺，將分散性的農村水利工程進行高效管理、組織，切實為農村水利工程運營管理提供便利的管理工具，有效降低管理成本[2]。

1 農村水利工程管理現狀

農村小型水利工程種類繁多，主要包括小型溝、渠、圩、壩、橋、涵、水庫、機井、排灌站等。微小的水利工程一般是鄉、村(組)集體投資建成，也有一部分是通過農業扶貧資金來興建[3]。國家為了保證糧食安全，加大了對農村的投入，也興建了一批小型的水利工程。但受傳統思想和客觀條件的限制，這些微小水利工程管理現狀普遍堪憂，嚴重影響了其正常功能的發揮。

1.1 工程管理滯后

農村水利工程的管理一般都是按行政區劃管理，各行政區域缺少共同管理的聯合機制。由于地方財政的局限性、工程養護經費不足、農戶承擔有限，工程在管理維護中入不敷出，造成了一些工程不能及時有效地更新，使得這些原本應該發揮作用和效益的水利設施服務質量下降，形成難以為繼的惡性循環。

1.2 財政投入不足。

由于地方政府財政的局限性，不能及時對農村水利工程給予配套和補助。盡管國家對農村水利工程的管理和建設加大了資金投入，也給了很大的政策傾斜，但是河南省作為農業大省，農村水利工程的財政資金缺口依然較大，這些優惠政策不能從根本上解決水利工程的建設所需。項目不能正常啟動和正常驗收，也加大了爭取更多水利資金的難度。

1.3 基層水利技術人員技術水平和綜合素質參差不齊

基層水利部門直接面向農村，盡管有設計、監理、施工、政府監督等多種職能，但作為一個單一的水利管理部門，有管理范圍窄、級別低的弱點。隨著政府機構改革，鄉鎮以下水利站都進行了撤并、人員分流，形成了工作積極性不高的工作狀態。技術人員主要負責行政事務，很少參加技術培訓，進行必要的技術交流，技術水平有限，更缺乏深層次的實踐經驗，這種狀態直接造成了農村基層水利技術人員綜合素質參差不齊，同時資源配置不均導致效率低下，不能發揮應有的對農村水利工程的監管職能[4]。

2 系統的設計原則

農村水利工程管理信息系統是一個專題性的地理信息系統，是互聯網技術結合地理信息技術在水利工程管理方面的具體實踐。開發、設計時既要考慮滿足互聯網技術的應用，也要滿足地理信息與實際工程結合，管理數據量大，處理復雜。系統設計時應遵循以下原則：

1）科學性原則。借鑒國內外已經成功應用的管理類地理信息系統開發經驗，結合農村水利工程分布與管理的專業特點，按照地理信息工程的思想和方法創建，從而保證系統建設的科學性。

2）實用性原則。立足于河南省農村水利工程綜合管理現狀，在提高工程管理水平的原則下，確保為各級水利主管部門和政府提供準確、及時、有效的工程狀況信息，滿足河南省農村水利工程管理的需要。

3）標準化原則。系統建設嚴格按相應的規范標準執行，水利數據將按照水利工程建設的行業標準和規范，地理信息數據按照地理信息產業標準和規范進行數據處理，從而保證系統信息的規范化和標準化。

4）可擴充性和開放型原則。系統在設計上應注重農村水利工程建設的原則、國家的政策法規、軟件平臺的發展及擴展、硬件設施的升級等。

5）兼容性原則。系統設計充分考慮各類數據的格式，通用標準的地理信息數據格式不僅能實現各種地理信息數據的共享和升級，也能實現應用與不同的應用系統。標準的水利數據格式對于系統維護和更新也是一種保障。

3 系統功能結構和體系架構

3.1 系統的功能結構

農村水利工程信息管理系統對水利用戶既是一個開放的資源共享系統，也是一個應用集成的系統，其功能是為政府和各級水利主管部門提供農村水利工程的基本信息和管理狀態等服務，也是水利工程信息化管理的重要組成部分。主要技術是利用當前流行的互聯網+地理信息技術，將農村的水利工程的狀態在政務版電子地圖上展現出來，滿足水利工程在建設，維護、使用、管理上的需要，有利于更加高效快捷地管理農村水利工程。

系統采用B/S與C/S相結合的軟件架構方式，主要服務于不同的工作方式。采用面向服務構架的設計思想，一般業務工作使用B/S架構，應用子系統采用C/S架構。河南省農村水利工程管理平臺主要分“工程基本狀態”、“地圖服務”、“項目受益范圍信息”、“工程管理”等相關功能，主要應用于水利工程的基本信息編輯與查詢。按照行政管理范圍，分別按省、市、縣、鄉、行政村五級權限對全省農村水利工程統一管理。系統主要功能結構如圖1所示。

圖1 農村水利工程系統功能結構圖

3.2 系統的體系架構

農村水利工程信息管理系統從邏輯架構上可分為4個層次：基礎層、數據層、應用層和服務層，系統的總體架構如圖2所示。

1）基礎層是系統建設和運行分析的基礎，包括操作系統平臺、GIS基礎平臺、數據庫基礎平臺，這些平臺是“農村水利工程管理系統”運行的基礎。

2）數據層是整個系統的數據管理與交換中心，包括地理空間數據庫、水利基礎數據庫、農村水利工程專題數據庫和元數據4大類。存儲了基礎地理信息數據、航空航天影像數據、農村水利設施基本數據、所有水利工程建設原始資料、部分工程三維場景數據等各類數據。數據中心依托現有成熟的數據庫管理軟件SQL和ArcGIS平臺，按照統一的標準建立水利工程地理空間數據庫，對數據實行集中管理與存儲，為應用系統平臺提供完整數據支撐[5]。

3）應用層是平臺建設的核心層，具體包括供水工程信息服務、抗旱應急工程等應用子系統，該層采用開放式的結構構建，可以在運營期不斷添加構建其他應用系統，保證了系統的兼容性。

4）服務層也可以稱為用戶應用層，通過應用程序、瀏覽器等為用戶提供農村水利工程信息管理，具體功能模塊包括基本瀏覽與操作、數據交換、Web 信息發布等，實現各種業務模塊的快速搭建和集成。

圖2 農村水利系統體系結構圖

4 系統功能

4.1 水利工程信息管理功能

農村水利工程種類繁多，除了溝、渠、圩、壩、橋、涵、水庫、機井、排灌站外，還有小型的坑塘、湖泊，水電站也是其中的一部分，每個工程的作用也不一樣，所以水利工程信息管理的內容十分豐富。為了在客戶端有好的體驗，系統對工程信息按點、線、面工程進行了分類管理：點狀（壩、橋、涵、機井等）、線狀（溝、渠、圩等）面狀（坑塘、水庫等）。每個工程分別建立了工程建設信息和工程使用信息表。如點狀、線狀、面狀工程分別管理以下信息：項目代碼、工程名稱、立項時間、竣工時間、施工單位、監理單位、管理責任人、工程長度、工程面積、水源水質、水源深度、儲水能力、受益范圍（受益人數或者戶數）、受益面積、項目照片、工程簡介、備注等。并根據以上信息，提供多種查詢方式。

4.2 抗旱應急工程信息管理功能

該功能主要包括各年度新建水利工程的基本信息，項目的申請、審批、施工、監理及項目拆遷賠償等項目建設的基本狀態，也包括具體已建工程的基本信息，如工程的范圍、長度、面積、受益人口等信息管理。

4.3 工程添加、更新功能

添加農村水利工程詳細信息有兩種方式：①可以通過管理人員后臺對各種數據庫進行添加、更新；②遠程用戶也可以通過網頁進行添加，后臺審核通過核實添加到數據庫，即完成工程內容添加、更新。

4.4 地圖功能

跨平臺的瀏覽器支持矢量地圖和柵格數據顯示，地圖平滑縮放、自動漫游，地理信息標注、糾錯。系統終端以不同比例尺行政區劃的主要地理要素為背景的電子地圖，疊加水利工程要素，在終端顯示屏上平滑縮放，通過不同形式標識工程項目信息，并自動調整標注顯示大小。

4.5 查詢、統計功能

系統提供的查詢功能主要包括項目名稱查詢、地點查詢、竣工時間查詢、受益范圍大小查詢、面積查詢，根據查詢結果輸出相應的顯示結果，對于模糊查詢，將顯示統計圖表和分布范圍，地圖上出現鷹眼亮顯。

4.6 輸出功能

系統提供了兩種輸出方式，各種專題信息可以通過顯示器和投影屏幕輸出，也可以通過打印設備對查詢的結果和專題進行專業輸出。

4.7 其他功能

系統除了以上功能，還可通過GPS對各類工程進行定位、信息輸入、數據更新。每個水利工程也可接入不同類型的多媒體數據，多媒體數據的類型有照片、錄像、工程圖、剖面圖、錄音、文字。

5 結 語

本文通過對GIS在農村水利工程管理信息系統中的應用，實現了農村水利工程信息化管理模式，通過WebGIS的技術手段將農村水利基礎數據庫系統、農村水利專題數據庫和基礎地理信息數據系統進行系統整合[6]。充分利用GIS的強大空間功能，改變過去檔案展示和靜態的信息管理模式，促進了各級水利部門實行農村水利工程共享化管理，為行業主管各項決策提供信息基礎，確保農村水利工程最大效能發揮。

在近幾年，隨著城市化戰略的開展，國家大力推進社會主義新農村建設，也對農村水利基礎設施建設逐步增加投入力度。河南省農村水利工程信息系統的建設，加快了河南省農村水利信息化進程，通過全新的GIS技術手段規范農村水利工程管理流程，提高工作效率，全面提高了河南省農村水利行業管理水平和管理能力[7]。