玛纳斯河流域水资源管理信息系统研究.doc

'玛纳斯河流域水资源管理信息系统研究摘要：玛纳斯河流域水资源管理信息系统的开发研究主要针对水资源管理的需要，解决目前管理效率低，水市场机制不完善等问题，建设高效可靠的、实用先进的综合查询信息系统。本文根据水资源管理信息系统（WRMIS）的开发目标，分析系统的功能需求和结构，提出新的开发方式，强调开发过程中用户参与的重要性，提高工作效率和管理水平。关键词：水资源管理信息系统数据库设计玛纳斯河流域1引言国家对水资源管理工作曾明确地指出过：“任何一个河流用水，必须统一规划，统筹管理，才能充分利用水资源，统一水行政的原则在于集中掌握河流的水政管理、水权核准、水利事业计划的核定，水利事业的检察及多目标水利事业的兴办”。即水资源管理包括洪旱防治、基建发电、水质监测、污染防治、农田灌溉、水土保持等多种职能，然则，流域水资源使用权界定不清，责、权、利不明确，常存有“多龙治水”和“多龙管水”的现象，导致水资源利用率低下；毋容置疑，水资源管理工作是水利工作的核心,它直接影响到水资源的优化配置及流域经济的可持续发展[1]。玛纳斯河流域地处亚欧腹地，天山北麓准噶尔盆地南沿，属典型的干旱区。地处北纬43°27"~45°21"，东经85°01"~86°32"之间。流域面积2.4‰104km2，可耕地约为46.7‰104ha，多为平原。平原区海拔300~500m，年平均气温6.6°C，年降水110~200mm，年蒸发1500~2000mm，无霜期148~187天。全流域除玛纳斯河外尚有4条小河，总计年径流量23‰108m3，其中玛纳斯河年平均径流量为12.7‰108m3，占全流域的55.2%，另有可资利用的地下水10‰108m3。玛纳斯河及其小河均有较丰富的水力资源，规划装机达50‰104kW，年发电18‰108kW·h。现已建成水库25座，总库容5.2´108m3。建成各级渠道2.3‰104km，打井1500眼，年抽水2.5‰108m3。现年引地表水和地下水21´108m3。已建成水电站6座，装机6.128‰104kW，年发电1.8‰108kW·h[2]。但由于河流的季节性很强，水量集中在6~8月，水量占全年的60%-80%，年内水量分配极度不均，加上管理形式粗放，手段落后，体系不健全，致使地下水严重超采，水资源的大量无效消耗，造成了流域的生态环境恶化，河流缩短，湖泊萎缩，森林衰退；如农区引水不断增加，致使河道下游及绿洲外围地下水位急剧下降，环境生态可利用水量迅速减少，70年代末，面积曾达550km2的玛纳斯湖干枯，周围的胡杨林也大面积地衰退死亡；沙漠化，土壤的次生盐渍化日趋严重（过量的灌溉必然导致地下水位的升高，引起土壤的次生盐渍化）；水质污染严重等。本文从综合考虑玛纳斯河流域的可持续发展及合理优化配置流域水资源的角度上，初步研究和探讨水资源管理信息系统的开发及应用。11 2流域水资源管理信息系统的开发目标与原则及总体规划2.1开发目标和原则开发目标应是针对玛纳斯河流域水政水资源管理工作的具体需要，结合兵团水政管理的具体特点，开发出能及时地向各层次（包括决策层、管理层、运行层）提供与问题相关的各种信息及问题的解决方案，对水政水资源管理中重点监察项目、水事纠纷、执法队伍建设、水事案件统计信息、取水口、排污口、水质公报、水资源公报等进行查询和统计，为各级领导监督、协调水政水资源提供支持，为各级水管部门准确及时提供水资源信息，提高工作效率和决策水平[4]。流域水资源管理信息系统数据库系统的建设应遵循以下原则：坚持统一领导、统一规划，立足于流域社会经济和生态环境的可持续发展；统一设计、统一标准，保证系统的可集成性和整体性，同时注重系统技术更新的可过渡性和连续性；尽可能利用现代信息技术的最新成果，使其具有先进性和较长的生命周期，特别注重系统的可操作性和实用性；充分发挥各级水利主管部门的积极性，自上而下地进行逐级建库，在条件成熟时，实现水资源信息网络管理；在实施水政水资源管理信息系统数据库系统建设的同时，注重信息源的规范化和进一步的开发建设，强调系统的结构化、标准化、模块化，做到界面清晰，接口标准统一，在保证可靠的前提下，加强系统的开放性；将来作为国家水资源管理信息系统的有机组成部分，提供全方位的、现代化的水资源管理与决策方面的信息支持手段和环境，为科学水资源管理、水利建设与发展的全局服务；将来作为国家资源环境信息系统的水资源子系统，为国民经济全局发展服务。2.2系统的总体规划根据现时流域水资源管理工作的流程分析，得出流域水资源管理信息系统的基本功能，包括水资源公报、流域水资源管理年报、水资源工程规划、水资源中长期供求计划、流域需水预测、洪水预报调度系统、水资源评价、水质监测、取水许可管理、地下水管理、水资源费及使用管理、水政水资源管理法律法规等。具体框架如图1：图1系统总体规划图Fig.1SketchofTheOverallPlanToTheSystem3数据源与数据库设计数据收集与输入是产生数据库和建立信息系统的最基本工作，建立完整的流域水资源信息系统需要大量的数据，花费大量的人力和费用，在时间和经费有限的情况下，难以做得很完整。因而，应充分利用已有资源，根据系统需要，先从最基本的部分开始，分步实施。3.1数据源数据源主要有：实地调查，历史资料收集，人工数字化或扫描现有的地图；有条件可收集卫星影像数据，及其它地理数据和科研成果材料等。根据现有资料，合理规划数据库结构。3.2数据库设计11 数据库是信息系统的核心。系统所有程序的运行都必须依赖数据库支撑。数据库设计的优劣直接影响到系统的运行。数据库设计的主要原则有：应具有灵活性、可扩充性和可维护性；能确保数据的可靠性、有效性、完整性和安全性；满足查询输出、报表生成、预报和调度等对数据的使用要求；并能适应网络环境的需要；满足远程用户的数据库的访问要求，实时主动为上级提供信息和数据；还必须保证数据的规范性和水利行业内数据库的一致性，便于数据信息的资源共享。本文主要从概念设计、代码设计、功能设计、逻辑设计及物理设计等方面来探讨玛纳斯河流域管理信息系统数据库设计基本方法。3.2.1流域水资源管理信息系统数据库系统概念设计在开发一个数据库系统的整个过程中，概念模型设计是关键的一步，其质量好坏关系到整个数据库系统的成败。数据库概念模型设计是通过系统分析确定一个不依赖任何数据库管理系统（DBMS）软件或硬件环境的而能充分反映应用要求的数据模型。它既要符合范式的要求，又要具有简明性、稳定性、完备性和通用性。系统开发过程中，采用实体－联系方法（Entity-RelationshipApproach简称E-R方法）进行概念模型设计。图2所示为水政水资源管理信息系统系统实体－联系图。图2水资源管理系统实体—联系图Fig.2SketchofEntity-RelationshipforWRMS3.2.2流域水资源管理信息系统数据库系统代码设计代码设计是建立信息系统的一项重要的基础工作。代码设计的目的是为了能更有效、更方便地使用计算机处理信息。3.2.2.1代码设计的对象本系统代码设计的对象有两类：数据代码和软件要求的各种标识符。（1）数据代码有两种情况需要考虑编制数据代码。第一种情况是当数据本身不为英文或数字，但却需要作为主码值时，则我们对其全部编码，并尽量采用层次数字码，并称其为第一类数据代码（例如，行政分区代码，水资源分区代码等）；第二种情况是数据字段虽然不是主码，但数据具有较多的不定长文字描述时，我们视需要而定是否编码，若对其进行编码，则称为第二类数据代码。表1所示为系统需要使用的数据代码。表1数据代码Table1CodeOfData序号代码名代码标识符代码长度11 编码规则1行政分区代码ADDVCDC(6)GB/T2260－19952流域代码BSCDC(1)《中国水资源利用》3水资源分区代码WRRCDC(7)《中国水资源利用》4计算单元代码WAUNCDC(13)11 5水文流域代码BS2CDC(1)全国水文数据库6水系代码HNCDC(3)全国水文数据库7河流代码RICDC(8)8取水许可审批部门代码WMUCDC(1)11 9机构代码WMAGCDC(10)SL/T200.01－9710测站代码STCDC(8)全国水文数据库11河流干支流分级RIGRCDC(1)12单位级别代码AGGRCDC(2)11 SL/T200.06－9713机构主体单位分类代码AG1CDC(1)SL/T200.03－9714机构隶属程度代码AG2CDC(1)SL/T200.03－9715报表代码RPCDC(16)（2）软件要求的各种标识符数据库系统中的关系表名、字段名、程序模块名、文件名等一律采用英文（包括数字）标识符。3.2.2.2代码设计的原则本系统代码设计的原则是：在有国际标准、国家标准或行业标准的情况下就采用标准代码。在没有标准代码，但有通用习惯符的情况下采用通用习惯符。在既没有标准代码，又没有通用习惯符可用的情况需自编代码时，根据代码应满足稳定性、可扩充性、通用性和易读性原则进行编码。11 3.2.2.3标识符命名规则系统关系表名、字段名的标识符命名规则应如下：为了便于国际交流，系统的关系表名及字段名的标识符以英文为基础，可全部用英文及数字构成。标识符都以英文字母开头，标识符中英文大小写字母表示同一含义，可任意选用。本系统标识符的长度限制不超过10个字母数字字符。但为了便于与全国水文数据库系统联网，本系统中的水文基础数据部分的标识符基本遵循原水利部水调中心（现水利部信息中心）制定的标识符命名规则，标识符的长度限制不超过6个字母数字字符。如测站代码可采用STCD，测站名称采用NAME。为使工作人员便于联想和记忆，标识符的构造直接与其中文名挂钩，即完全按中文名的汉语词序将相当的英文单词缩写然后合并而成标识符。这种方法可以使标识符的制定者完全不顾英文的语法和习惯，并且减少了由英文译法的不同所带来的随意性[3，4]。3.2.3数据库系统的功能设计系统开发的目的是使玛纳斯河流域水资源管理科学化、规范化，促进流域社会、经济及生态环境的可持续发展。在功能分析的基础上，依据具体数据库管理系统（DBMS）的特点，以及系统所提供的开发环境，将功能分析的结果转换成软件结构设计的方案。系统功能设计中应遵循的指导原则是结构化和模块化，即将系统设计成由相对独立、单一功能的模块组成的结构。即系统应具有流域水文、水资源和水环境有关空间信息的录入、存贮与编辑；流域水文、水资源和水环境状况及其有关空间信息显示和查询；各种水环境模拟、评价和决策及水质监测模型参数率定，并将模型分析结果以图形或表格的方式在终端上显示或以硬拷贝形式输出；各子系统的集成；数字、图、表、文字成果输出等功能[5]。3.2.4流域水资源管理信息系统数据库系统逻辑设计数据库逻辑设计的任务是根据概念设计的结果，转换成所选用的数据库管理系统（DBMS）支持的数据模型。我们现在选用的是关系型DBMS，因此需要把E-R图转换成关系模型。在由E-R图转换成关系模型时把全部实体类作为基本关系，并需要注意实体之间的多对多联系，一般采用增加一个关系来实现实体之间的多对多联系。在确定了全部关系后，标识出每个关系的主码和外部码[4]；并对所得关系模式进行规范化。3.2.5流域水资源管理信息系统数据库系统设计方法在数据库应用系统的设计中，由于信息结构复杂，要求各异，所以存在着各种各样的设计方法。纵观结构化生命周期法、快速原型法、面向对象的分析和设计方法及面向对象的程序设计技术的特点，采取以生命周期法为主体，同时融进原型法的设计思想，再灵活运用VisualBasic6.0、PowerBuilder7.0提供的面向对象程序设计的强大功能（例如继承性，继承性是实现从可重用成分构造软件系统的最有效的特性，它不仅支持系统的可重用性，而且还促进系统的可扩充性）；同时面向对象方法利用继承性有助于快速开发原型；这样将多种方法相结合，灵活应用，是一种较为实用的数据库系统设计方法。3.2.6流域水资源管理信息系统数据库系统物理设计数据库物理设计是对一个给定的逻辑数据模型，在给定的计算机系统上设计一个最适合应用环境物理结构的过程。所谓数据库的物理结构主要指数据库在物理设备上的存储结构和存取方法。11 由于不同类型的DBMS提供不同的存储结构和存取方法，而且每个DBMS一般都提供多种存储结构和存取方法，且不同系统的DBMS所提供的物理环境、存储结构和存取方法是不同的，因此没有通用的物理设计方法可以遵循。我们在物理设计时将主要考虑以下几点：3.2.6.1完整性规则数据的完整性是指数据的正确性和一致性，完整性规则是保证数据库系统中数据正确的有力工具。完整性规则可以分为主码完整性规则、参考完整性规则、其他完整性规则几类。主码完整性规则是每个基本关系中主码的值必须唯一，不允许重复。在逻辑设计时确定主码，在物理设计时要对主码字段进行定义。参考完整性规则使由主码和外部码表示的联系得到维护，充分保证数据的一致性。外部码是支持参考完整性的手段，所以在设计时要标明。其他完整性规则包括数据的取值范围、空值限制、重复性限制等在开发设计时也需要考虑。3.2.6.2索引索引是关系数据库中加快查询速度和保证数据唯一性的有效手段。建立防止重复值的索引，可以实现主码完整性规则；建立普通索引，在数据量大时可以加快查询速度。因此需要权衡时间和空间的得失和维护代价等来建立索引。3.2.6.3安全性考虑数据库安全性是数据库系统的一个重要方面，它是指保护数据库以防止被不合法的使用。安全保护设计的主要目的是以最小的代价防止对数据库的非法访问。系统应在物理设计时注意考虑了数据库安全问题。系统对用户的使用权限进行分类和分级。系统用户的使用权限可划分为数据库管理员级、系统开发维护和使用人员级、浏览访问用户级三大类。其使用权限可如表二所示。表二使用权限分级Table2GradeRightOfUse使用者使用权限数据库管理员全部权限开发维护使用人员数据的增、删、改、查，数据库备份和恢复等浏览访问用户11 数据查询4系统结构4.1系统逻辑结构由于数据来源和应用范围的不同，反映在系统的结构上也会有所差异。但一般由三个部分组成：输入部分、输出部分及数据处理部分。初步规划结构如图三所示：图三系统的逻辑结构Fig.3SketchOfLogicalStructureOfTheSystem4.2应用程序体系结构系统总体上应实现对数据信息的全面管理，集中地控制所有数据服务，最大限度地发挥硬件的潜力，保证数据的可靠性和安全性，其可采用基于网络技术的客户/服务器（C/S）体系结构，应用程序体系结构规划如图四。客户端服务器端图四应用程序体系结构Fig.4SketchOfStructureOfApplicationProgram5结语随着计算机技术的迅速发展，尤其是许多面向对象的、功能更强的计算机软件的开发应用，目前系统的开发在功能上正在向基于ES的、具有自动获取知识、自学习、自判断能力的方向发展；系统结构转向功能集成、方法集成、软件工具集成的综合集成方向，系统运行过程逐步趋向可视化、系统兼容性增强，扩展能力提高，外部工具箱如GIS、分析软件包的加入大大改善了系统服务功能，工作环境适应性增强[6]。11 在玛纳斯河水资源研究和管理领域，亟需解决的问题颇为复杂化和系统化，需考虑的因素颇多，数据处理工作量大，对系统的需求也必将有所增强，在此情况下，更应提高系统的实用性，关键是需要改进系统开发方式，如加强开发人员与用户交流，及时将研发与需求利用统一等，做到更好地利用水资源，强化流域机构在水资源管理的主体地位，加强水资源管理及其优化配置，促进流域经济和生态建设的良性发展。参考文献1齐佳音等.中国水资源管理存在的问题.资源与环境[J].2000（5）63-662王义忠.石河子水利水电科技文集[M].新疆科技卫生出版社，1999.163-663郭生练编.水库调度综合自动化系统[M].武汉水利水电大学出版社.1999.145-1524何新林等.新疆玛管处夹河子水库洪水调度系统报告之三.新疆石河子.20015彭盛华等.基于GIS技术的流域水文水环境信息系统开发初探——以汉水流域为例.水文[J].2001（1）10-146尚彩霞等.水资源管理决策支持系统开发与利用.河南师范大学学报[J]1998（5）78-81StudyingandDiscussingforWRMISofManasiRiverBasinAbstract:StudyinganddevelopingwrmisofManasiriverbasinisprimarilydirectedagainsttheneedsofwaterresourcesmanagement,solvetheproblemoftheinefficientmanagementandthedefectofwater-marketsystemetc,andconstructsanefficientanddependableandsyntheticalinquiryinformationsystem.AccordingtotheaimsofdevelopingWRMIS,thepaperanalyzesthefunctionalrequirementsandstructureofthesystemandpresentsanewkindofdevelopingmethod.theimportanceofuser’sparticipationinwholedevelopmentprocessisalsoemphasizedandimprovetheratioofworkandthelevelofmanagement.Keywords:waterresources;managementinformationsystem;databasedesign;Manasiriverbasin11'