華北地區地下水超采治理信息系統設計與實現研究

于 磊，韓瑞光，王 琪，王 哲，薛麗娟

（水利部海河水利委員會，天津 300170）

華北地區特別是京津冀地區的水資源問題，事關首都水安全、京津冀協同發展戰略實施和雄安新區建設，在政治和戰略上具有十分重要的意義。20世紀70 年代以來，由于經濟社會用水量需求大增，嚴重超采地下水，導致地下水位下降、河湖水面萎縮、地面沉降、海水入侵等生態環境問題，對保障國家水安全和區域可持續發展構成威脅。

2019年1月，水利部、財政部、國家發展改革委、農業農村部會同有關部門和地方，研究制定了《華北地區地下水超采綜合治理行動方案》（以下簡稱《行動方案》），以實現地下水采補平衡、解決地下水超采問題。華北地區地下水超采綜合治理行動涉及面廣，信息來源多，數據量大，指標復雜，數據處理技術要求高。水利部要求盡快建設華北地區地下水超采綜合治理信息管理系統，為監督考核《行動方案》治理目標及任務提供重要手段，同時為評估綜合治理效果提供重要支撐。

1 系統建設目標和任務

1.1 建設目標

系統建設覆蓋北京、天津、河北3 個省市地下水超采區域，涉及11個地級市149個縣（區），占3省市總縣數的84%，總面積約8.7萬km2，如圖1所示。依據華北地區地下水超采綜合治理目標，遵循“一張表、一套圖、一個清單、一個系統”的總體思路，充分利用已建的信息化基礎設施和信息資源，在國控項目的建設框架和技術標準下，接入1 603 眼國家級（水利部）地下水自動監測井、1 155眼自然資源部地下水自動監測井以及部分省級地下水自動監測井的監測數據，構建服務于華北地下水超采綜合治理措施跟蹤、效果評估、監督復核、宣傳引導的業務應用系統，實現對“節”“控”“調”“管”等各項治理措施指標落實情況和目標實現情況的上報、查詢和動態跟蹤，評估分析地下水采補平衡狀態，有效提升國控項目水資源監管服務能力，為監督考核《行動方案》實施成效、支撐華北地下水綜合管理提供重要技術手段。

系統建成后，可實現對超采區“節”“控”“調”“管”等監測數據（地下水、河湖補水、取用水等）、治理措施指標和目標實現情況的動態跟蹤和“一張圖”展示，以及治理成效的分析評估和模擬評價，在華北地區地下水超采綜合治理工作中發揮重要支撐作用。

圖1 華北地下水超采綜合治理范圍

1.2 建設任務

項目遵循“一張表、一套圖、一個清單、一個系統”的工作要求，以“監控、跟蹤、評價、評估、考核、宣傳”為核心功能，涉及信息采集、數據中心、支撐平臺、業務應用系統、系統集成等建設內容。

1.2.1 信息采集

建設信息采集平臺，充分利用海委現有監測站網并接入實時地下水水位、水雨情、取水點、引調水等監測站點數據，在已有基本水文站的基礎上，補充新建視頻點，實現項目所需的地下水、雨量、引調水、河湖補水、取用水等監測信息和補水河道視頻信息采集。開發信息填報功能，實現對“節”“控”“調”“管”等現狀基準年數據、任務跟蹤數據、效果評估數據和成果數據的定時報送。

1.2.2 數據中心

依據現有數據資源、基礎服務、應用支撐建設基礎，建設華北地下水超采綜合治理數據中心，實現多源數據融合利用，提供數據訪問、存儲、備份和挖掘等服務。

1.2.3 支撐平臺

提供業務系統所需要的信息交換和數據融合等各類服務。同時，針對京津冀三省市地下水綜合治理數據量大、范圍廣、指標復雜等情況，配置服務器、操作系統、GIS軟件等設備。

1.2.4 業務應用系統

以多種形式為各類用戶提供地下水超采區綜合治理的數據匯集、業務管理、模擬評價和信息展示等服務，實現地下水治理一張圖可視化展示、動態信息實時監控、治理措施定期跟蹤、治理效果科學評估和治理目標監督考核等功能。系統包含基礎信息查詢、信息填報、任務跟蹤、效果評估、信息發布和系統管理等子系統。

1.2.5 系統集成

整合新建和已有資源，在基礎設施、數據資源、應用系統和地下水模型4方面進行集成。系統建成后，接入國家水資源監控系統。

2 系統建設技術路線和框架

2.1 技術路線

通過梳理現有系統和數據基礎，分析本項目數據資源、業務功能等需求，在此基礎上，進行系統設計和開發工作，技術路線如圖2所示。

圖2 系統建設技術路線

2.1.1 現狀梳理

海河流域水資源監控系統、地下水監測信息系統以及防汛抗旱指揮系統為項目建設提供了工作基礎。但現有系統尚不能完全滿足項目需求，無法反映各項治理任務進展、主要目標指標完成情況、地下水水位恢復和回升情況、河湖生態恢復及治理成效等。充分利用現有成果，圍繞華北地下水超采綜合治理信息上報、數據審核分析、治理成效展示等業務實際需求進行建設，是對已有項目的擴展和延伸。

2.1.2 需求分析

在數據支撐方面，除整合利用現有系統的地下水位、雨水情和調水等監測數據外，主要對三省市上報的現狀基準年、季度跟蹤和年度評估等數據進行匯總統計和審核分析，實現華北地下水超采綜合治理數據體系的統一管理。在功能支撐方面，集信息填報、任務跟蹤、效果評估、基礎信息查詢、治理成效可視化展示、信息發布等多項功能于一體，監督考核《行動方案》確定的治理目標。

2.1.3 系統設計和開發

遵循已有系統建設框架和技術標準，根據需求分析成果和項目技術要求開展系統設計、開發、集成、測試和試運行工作。

2.2 系統框架

華北地下水超采綜合治理信息管理系統建設采用B/S 架構，主要內容包括信息采集、數據中心、支撐平臺、業務應用系統、移動端和網頁端6 部分，標準規范體系和系統安全體系貫穿于整個系統，系統框架如圖3所示。

圖3 系統框架

3 系統應用子系統建設

業務應用系統建設內容包括首頁面、基礎信息查詢、信息填報、任務跟蹤、效果評估、信息發布和系統管理等子系統。

3.1 首頁面

包括治理范圍、治理目標、治理效果、治理措施和空間展示5 個功能模塊，集中展示了“一個清單”“一套圖”“一張表”中涉及的主要指標，以曲線圖、柱狀圖、餅狀圖等形象直觀展示各類內容。

3.2 基礎信息查詢子系統

該系統包括地下水位信息、埋深信息、河湖補水信息、雨情信息、取水信息和文檔查詢6 部分內容，基于“一張圖”思路，按照行政區劃、補水河湖、自定義分區等不同查詢條件，對各類監測點、線、面等要素進行空間定位和基礎信息、監測信息、業務統計分析信息交互式綜合查詢，實現綜合反映華北地下水超采區地下水水位（埋深）、雨水情、重要取水戶、灌區引水和河湖補水等動態情況。

3.3 信息填報子系統

按照“縣級填表——市級入庫——省級初審——流域級詳審、匯總入庫——中央級（水利部各責任司局）把關”的總體路線進行，逐步實現對各級超采治理措施信息、目標指標信息、重要文檔、工程信息和項目成果信息的收集查詢、審核、統計分析以及短消息自動督辦等功能。

3.4 任務跟蹤子系統

對“一個清單”的任務落實、目標完成及資金投入使用等情況進行跟蹤，形成“有措施就有指標，有指標就有跟進，有跟進就有數據，有數據就有跟蹤結果”的不間斷、無遺漏的跟蹤體系。

3.5 效果評估子系統

在項目治理措施動態跟蹤的基礎上，利用監測及現有數據，結合水資源評價、數值模擬、衛星遙感、無人機等技術，通過對治理方案的匯總分析，從不同角度評估“一張表”各治理目標指標的效果，包括基準年評估、動態評估和年度評估。系統提供基準年情況、治理措施和治理成效的聯動展示及“一套圖”的查詢分析功能，為目標達效評估提供有力支撐。

3.6 信息發布子系統

該系統包括治理進展與成效、大事記和評估報告3 部分內容，提供項目措施進展、壓采目標完成、治理成效、治理行動重要節點以及評估報告等關鍵信息的查詢和展示功能。

3.7 系統管理子系統

該系統包括系統監控和用戶管理，主要目的是及時掌握系統運行情況、數據情況以及使用情況，實現用戶管理和權限控制，管理所有的用戶數據和組織機構數據。

4 小結

華北地區地下水超采綜合治理信息管理系統建設項目是海委落實水利部部署要求，助推《行動方案》落實，切實解決華北地區地下水超采問題，逐步實現地下水采補平衡的重要舉措。工程的實施將為水利部門全面掌握超采區地下水開采量、河道補水水量、水面面積恢復、地下水水位變化等地下水超采綜合治理進展情況提供更加高效、便捷的平臺，切實解決綜合治理涉及面廣、信息來源多、監測數據量大、數據處理技術要求高等難題，為各項治理行動開展提供重要技術支持，為全面評估分析華北地區地下水采補平衡狀態、充分展示綜合治理成效持續提供技術支撐。