水资源系统调控管理的重点环节

第七章　基于“易”理论的研究区水资源系统管理框架设计

第一节　研究区水资源系统调控管理策略

水资源系统“易”理论在实证研究中不仅体现在对研究区典型水资源的SD建模与分析方面，而且针对SD建模的结果，从整个研究区角度，需要对水资源系统的管理进行战略设计。基于水资源系统“易”理论有关水资源的分类和水资源系统与外界环境之间的关系调控考虑，本章主要针对水资源在研究区内人类经济社会系统中如何按照循环经济利用模式科学取水、用水与排水和如何对水资源系统保护，如何防范水资源系统因为人类的不当利用可能会受到不良环境影响而采取的环境风险防范措施，以及如何采取现代科技手段对水资源系统进行科学、合理、准确地调控和定量管理而进行的论述和设计，旨在从水资源系统管理的战略层面将水资源系统“易”理论贯穿于整个设计过程。按照首先对总体框架进行设计;明确基于水资源系统“易”理论的水资源系统管理的基本思路;抓住水资源系统利用和水环境保护和风险防范两个重点环节具体设计相关的策略，并提出相应的政策措施;最后，根据GIS在水资源管理中的优势，针对研究区水资源系统的管理设计了初步的平台。

一、水资源系统调控管理的总体框架

根据第五章对受水区水资源利用的分析可知目前受水区主要耗水部门是农业生产和灌溉。第六章对受水区典型地区的水资源“易”理论模型动态仿真结果可以看出，目前受水区用水量较大的主要是农业生产和灌溉，城乡生活用水其次，工业生产耗新水最少，伴随经济社会的发展，工业新水消耗总量逐渐增加将超过城乡生活，但还是小于农业生产和灌溉。据此，可按照:在农村，农户生活用水、家畜养殖用水→非食用作物用水、生态建设用水;在城区，城镇居民生活和特种行业用水(上游)→一般工业生产用水(中游)→市政景观生态环境用水(下游)的总体用水顺序，规划研究区水资源利用路径。对研究区水资源系统进行调控管理主要在水资源进入生态经济系统内人类对其的“取-调-用-排”行为。根据不同类别的水源，构建采取节约、集约利用传统新鲜水资源，高效、有序利用过程水资源，安全、再生利用边缘水资源，积极、稳妥利用非传统虚拟水资源的循环经济型水资源利用总体框架(图7-1)。同时，在水资源系统与人类生态经济系统和系统外自然环境的“接口”应强化采取生态水利建设与河流健康维护策略。

图7-1　水资源循环经济利用的总体框架

二、水资源系统调控管理的基本思路

为确保水资源系统运行动态、有序、平稳以及与生态经济系统和外界自然环境之间关系的和谐，基于“易”理论并结合水资源系统的特点，从研究区水资源系统可持续发展角度，提出对水资源系统调控管理应遵循的一些基本原则。

(1)统一调控管理

统一流域内地表水、地下水资源、边缘水资源、虚拟水等取水管理;统一供(调)水方与需(用)水方的输水管理;统一地区经济发展、城乡居民生活、社会公共服务、生态环境改善的用水管理;统一城市与农村地区水资源利用、处理与排放管理;统一协调跨流域的水资源综合调控管理。

(2)平稳均衡调配

通过合理预测用水结构和用水量的变化趋势，及时调整，保持基本平稳有序，确保水量变化平稳和供水水质稳定可靠。保持供(调)水方与需(用)水方之间的水量和水质动态、平稳、均衡，防止水资源供需失衡和水质变化不稳定。

(3)循环经济利用

应按照节约、集约、循序、循环、高效、再生、安全地要求循环经济利用研究区内输入生态经济系统内的各种水资源。依循科学合理的水资源利用管理规划和配置方案，根据对水质与水量的不同要求，按需取水、节约用水;对水资源的利用应充分发挥其效能和效益，减少水资源在输移过程中的漏损和无畏的散失;应依据用户处于水资源利用流程的上下游位置，合理布局，根据用途和对水质的不同要求，有序利用上下游水资源，重点用水部门内部和用水单元之间实现污(废)水再生循环;积极采取措施提高水资源利用效率和污废水的再生利用率，控制和削减向环境水体中排放污染物质以及从系统外环境调进和引入新鲜水资源(特别是研究区的地下水资源)。此外，应充分利用边缘水和虚拟水资源，缓解因地区经济社会发展对用水需求不断增加的压力。

(4)维护水体安全

强化对水资源调取和输配环节的维护和监管，防范水资源短缺和水环境污染风险，提高供水安全保障能力;提升对排放污废水及污泥的处理与处置水平，科学合理地利用水体的纳污与自净能力，避免和减小污染物对下游水体生态环境的影响。此外，还应在区内积极建设生态水利工程，提高维护河流健康的能力。

(5)确保用水公平

平衡调水区下游与受水区之间人类经济社会发展对用水需求的关系，确保调水区上游因生态环境保护而做出的贡献能得到及时、合理的受益区反馈的生态补偿;改善受水区水资源系统与生态经济系统与自然环境之间协同关系;长远规划当代人用水现实需求与后代人用水长远考虑之间的关系。

三、水资源系统调控管理的重点环节

根据对研究区水资源系统的分析，确定重点调控管理的环节在:水资源系统内的循环经济利用和水资源系统与自然环境之间的环境风险防控两个方面。

(1)循环经济型水资源综合利用

根据水资源系统“易”理论中对水资源进行的分类并结合受水区内水资源耗用情势和节约挖潜能力，认为从以下四个方面对水资源系统进行调控，其中前三者为实体水的循环经济综合利用(图7-2)。

图7-2　水资源循环经济利用的系统流程

1)新鲜水的减量化

①农业节水

农业生产与灌溉在研究区内用水量最大，也是研究区的水资源减量化的重点。根据不同时期国民经济和社会发展总体规划，分析农业生产与灌溉用水、工业用水、城乡生活用水和其他用水的节水潜力，合理确定相应时段内的节水目标和具体指标。根据自然条件和经济社会发展基础，实施用水总量控制和推广各项节水措施。在工程措施方面，可采取如水利工程配套的渠系防渗、管道化输配水(避免大水漫灌)微灌、喷灌、滴灌等相结合的精细化灌溉用水定量管理模式。此外，根据当地实际情况研究规划和适当调整现有农业种植结构，发展高效节水旱作农业和设施农业，实施田间工程改造和推广农艺节水等措施。

此外，针对目前地面灌溉模式，应进行精细化管理，提高灌溉效率。合理确定畦田规格和入畦流量和放水时间等;针对宽行距的作物种植(如棉花、玉米等)，根据地面坡度采用连通沟或封闭沟;对平整后的土地，喷洒除草剂后，通过在沟畦中覆膜的方式，使水在膜上流动经过放苗孔后渗入作物根部周围的土壤;此外，还可根据实际情况考虑采用波涌灌溉、穴灌等节水耕作方式。另外，根据研究区内主要以黄土沟壑区为主的干旱半干旱区，可根据实际地形选择喷灌或微灌和低压管道灌溉，已达到节水增产的收效。还可通过地膜秸秆覆盖、选用节水品种，节水栽培和保水剂、抗旱剂等农艺节水技术措施，从而减少浇灌用水量。积极发展旱作农业，采用地膜覆盖、深松深耕、保护性耕作等技术。稳步发展牧区水利，建设节水高效灌溉饲草料地。

②工业节水

根据用水统计，确定行业内节水重点企业和单位，对耗水大户采取经济和行政等措施，促使其科学、合理、充分、节约取水和用水。通过水平衡分析，对工业用水重复利用率、万元产值水耗、间接水循环利用率、锅炉冷却水回用率、再生水利用率、单位产品水耗、企业职工人均用水量等指标考核，调控新水消耗总量。还应在工业产业规划布局时，考虑地区水资源对其的承载能力。此外，督促企业的技术升级与设备改造，通过强制淘汰落后技术工艺和装备，鼓励和适当补贴采用高效节水技术工艺和装备等手段，提高企业内部用水效率和效益;推广物料换热节水技术，提高换热效率，鼓励采用高效环保节水冷却塔，使用敞开式循环间接冷却水系统，推广浓缩倍数大于4的水处理运行技术;推广空气冷却技术，对加热炉等高温设备实施汽化冷却技术等;优化锅炉给水和工艺用水，鼓励采用逆流再生、清洗水回收和推广逆流清洗、汽水冲洗等技术等降低新水用量。

③城乡生活节水

鼓励推广采用符合用水要求的节水型龙头、节水型便器、节水型淋浴设施等各种生活节水器具。加强对公共供水系统的监管和定期检测，避免输水和用水中“跑、冒、滴、漏”现象，降低输水管网漏损率，推广城镇GIS定位精确检漏技术和在供水管网施工中对管道接缝处的先进防腐处理技术。采用防腐、阻垢和鼓励采用空冷技术;推广采用耐寒性植物物种和非充分灌溉方式作业以及微灌、喷灌、滴灌等市政绿化技术;推广高压喷水和电脑控制洗车节水技术，推广免冲洗公厕等。

2)过程水的循序化

①工业水集约高效利用

在强化企业内部节水管理措施和推广先进节水工艺、技术和设备的同时，根据研究区的工业发展实际，重点抓好:发展高效循环冷却水处理技术;推广可再生利用的清洗剂;将企业、车间、用水工段进行优化组合，按照对水质要求高低进行排序，实现“串联用水、一水多用”，如:工业生产用水(精密设备制造、高端产品生产工序)→收集与处理→工业生产用水(普通生产工序);新鲜水→间接冷却水→清水洗涤→浊水洗涤→经简单处理后用于冲洗和厂区绿化等。此外，针对研究区内存在化工企业，可采用将直流用水系统改为循环用水系统，发展小化肥厂合成塔和碳化塔闭路冷却水循环系统，提高循环水综合利用率。针对研究区内食品企业生产，推广使用双效以上蒸发器浓缩工艺，淘汰淀粉质原料高温蒸煮糊化、低度糖液发酵和母液提取工艺。在如玉米粉生产酒精、淀粉生产味精和柠檬酸等发酵品生产工序上，推广使用闭环用水工艺。

②城镇生活用水综合利用

建立城市水资源再生利用体系，尽可能按照就地处理与回用的原则，逐步优化城市水资源再生利用体系;可以采取:生活用水(居民日常生活使用)→收集与处理→生活用水(绿化、冲洗、景观等);城乡居民生活用水等→收集与处理(含经处理后的污泥)→农业种植、生态建设与水土保持林草灌溉;在建筑节水方面，提高公共建筑空调的冷却水循环利用率，不低于98%;敞开式系统冷却水浓缩倍数不低于3;推广城市居住小区中水利用技术，冲厕、保洁、绿化和生态环境用水;推广建筑中水处理与回用技术，鼓励开发占地面积小、自动化程度高、便于维修保养、能耗低的再生水利用技术。

3)边缘水的资源化

权衡用水成本，考虑采用苦咸水的电渗析和反渗透技术，经过处理后的咸水、微咸水再生用于部分工业生产、城市杂用和灌溉用水，以代替部分部分淡水资源。随着城镇化率的不断提高，在城区绿化带和生活小区绿地系统推广城区绿地草坪滞蓄直接利用技术;利用城区硬质地面和屋顶收集系统来集蓄雨(雪)水，将城区的收集的雨水作为杂用水或经过处理后作为对水质要求不高的其他行业的补充用水;利用城区洼地、人工河湖等收集雨(雪)水，作为生态环境灌溉保湿用水。从城市污水处理厂排出达到环保要求的的水通过人工蜿蜒河道或人工湿地进入环境水体，在进一步净化水体的同时，可以起到改善当地生态环境的作用。

4)虚拟水的市场化

根据虚拟水有关理论，针对农业是研究区内的主要用水部门，适当调整本地区的种植结构，积极耗水量较小、耐旱的农作物产品和生态建设树种;工业生产规划布局方面应充分考虑技术水平高、单位产品或产值水资源消耗较少、产品附加值高、符合地区环保要求的产业;通过从富水地区引进产品和服务，弥补和缓解本地区由于水资源的缺口或赤字而造成的部分产品和服务的匮乏的局面。

(2)水资源环境保护与风险防控

1)研究区污染治理与水环境保护

①调水区污染防治与水环境保护

本研究区的调水区主要涉及九甸峡库区及其上游洮河干流水域。通过对位于洮河上游的甘南藏族自治州碌曲、卓尼、临潭等县的实地调研后认为，上述三个县的经济发展主要以农牧业为主，由岷县水文站2009年测得洮河干流水质COD平均小于10mg/L、氨氮平均0.12mg/L，总体水环境质量较好。但同时，必须看到随着地区经济的发展，特别是第二产业在经济中的比重不断增加，如位于岷县西郊的岷县工业开发区，工厂布局较多，为岷县的经济发展起到了一定的推动作用，但对洮河水环境质量造成了一定的压力。此外，由于洮河上游地区以农牧业为主，随着经济的发展，农村面源污染也在不断加重。为确保洮河水环境质量达标和库区水质安全，必须对调水区采取一定的保护和风险防范措施，以确保引洮工程通水后和洮河干流长期健康。基于水资源“易”理论，必须从污染源普查、治理和环境风险防控的角度考虑，既要考虑到确保洮河水资源长期健康、安全，同时也要照顾洮河上游沿岸地区的经济社会发展。

通过定期对洮河上游污染源解析，即对其干流和主要支流的污染物的监测和对主要点源的监控，找出主要的污染对象，采取水价调节、财政补贴、BOT运作模式等多种手段，鼓励对工业和生活污废水的处理、再生与综合利用;对面源应采取从源头上结合地区发展循环经济的进程，与洮河上游碌曲、卓尼、临潭等当地有关部门协调，促进地区生态畜牧业发展，针对种植业为主地区鼓励各种低毒、低残留的农药甚至生物防治等措施和有机复合肥的使用，减缓农村面源污染。此外，对洮河的环境风险进行影响辨识、定期对风险因子进行测评和调整，设计风险预警管理体系，制定相应的应急处置对策。

对洮河上游干流特别是库区及其周边严格落实保护区制度，根据划分的不同类别的保护区，加强动态监管和实时监测和监控，采取工程措施和非工程措施相结合的手段，确保九甸峡库区及水域周边生态环境质量稳定，确保库区内水资源安全。此外，从长远水资源安全和河流健康维护的角度出发，设计一套适合洮河的河流健康评价体系(包括，河流的理化性质、河流的水质和生物、沿岸河道状况、各种水工建筑布局、河流的综合经济社会服务功能等)，建设洮河流域水资源的一体化综合调配与管理体系;在河流上游积极推进循环经济和生态经济的经济社会发展模式;在整个干流积极推进绿色水电建设、开发和科学合理调度水资源;通过生态补偿机制，在洮河干流和主要支流继续加强水土保持和生态建设力度，对部分河段因人为建设开发活动而造成的河道改变和河流沿岸部分地区水土流失、水生生物和水环境质量的改变等现象，采取“近自然“河道修复的办法，避免对河流过多地人为“矫正”，尽可能维护原有生境的正常演替。从可持续发展角度，构建调水区人与水和生态环境的和谐。

②受水区污染防治与水资源保护

从第五章相关分析可知，受水区内，因为本地区水源的不足，地表水体的纳污能力不强，污染能力治理亟待提升，同时，由于经济社会发展的需要，现有地表水资源不足，致使对本地区地下水的过量采取，部分地区已经超采比较严重，需尽快提升对地下水保护和限采。因此，从可持续发展的角度和水资源系统整体调控综合考虑，并基于第六章对典型地区水资源系统动态仿真后的结果，认为:

受水地区应结合“节水型”社会建设的内容，尽快制定有关措施有步骤地限制开采本地区地下水资源，使地下水资源的赋存恢复到一个合理的水平，确保地区地下水资源安全;同时，应结合地区水污染防治的各种措施，充分开发利用边缘水资源，在农村地区应广泛建设和投运雨(雪)水收集利用系统;在城区应考虑建设雨污分流的排水体制，对污水和雨水分别进行不同程度地处理和回用。运用行政、经济、技术、法律、宣传教育等多种手段提高地区污废水的处理和再生利用水平，通过对边缘水资源技术的投入和应用，在局部缓解地区水资源供需矛盾的局面;此外，因受水区内有渭河、祖厉河、葫芦河等黄河的支流，应加强对区内现有的重点河流、水库、塘坝等天然和人工水利设施的统一综合管理，对区内重点河段增设水文水质监测点，提前做好在引洮工程通水后，伴随地区水资源可利用量的增加，区内经济社会对水资源量使用的增长，必然带来区内污染物排放量的增加，应结合现代科技和管理手段，加强对水情的监控，提前做好水污染预防和治理工作，避免水污染事故的发生。同时，针对受水区用水主要以农业种植、灌溉为主，且大部地区处于半干旱沟壑区，水土流失较为严重，应注意将节水农业与地区发展绿色农业、无公害农业、有机农业等相结合形成完整的循环经济型农业和生态农业发展体系，减少农药、化肥的施用量，降低伴随地区可利用水资源量增加，主要用水部门农业可能会加剧产生的面源排放而对水体的污染;在受水区积极对城镇污水和雨水进行收集、处理、再生和综合利用，采取阶梯水价和加价水价等经济调控措施，促进城镇合理生活用水，减少对水资源的不必要的浪费和减少水污染的产生。对区内中小河流治理要优先安排洪涝灾害易发、保护区人口密集、保护对象重要的河流及河段，加固堤岸，使治理河段基本达到国家防洪标准。加快小型病险水库除险加固步伐，尽快消除水库安全隐患，恢复防洪库容，增强水资源调控能力。

2)研究区环境风险防范与应对

按照水资源系统“易”理论，对研究区应建立水资源利用和水环境风险评价体系，运用现代先进科技手段，建立水污染事故预警与应急处置预案。应及时动态掌握水资源系统客观、准确的运行情况，根据基于水文、水质及其他相关的基础数据建立而成的数据库设计的水资源系统生命周期管理GIS平台对研究区内水资源相关数据进行动态跟踪管理，并不断完善管理信息系统。通过水资源系统管理，减少水质污染、河流生态系统受到不良人为影响可能危及水体等环境风险的发生。同时，根据设定的风险预警级别，及时采取有针对性的实效措施，确保环境风险尽量避免、及时发现、及时应对、减小影响。具体而言，应做好以下几点防范与应对水环境污染风险:

对洮河和受水区其他地表水体，尤其是在枯水期应加强污染监控和预防，枯水期水环境容量相对较小，环境污染事故的发生影响会更大;

对地下水开采而造成的部分地区的地面沉降和可能产生其他环境地质问题应加强监测，应注意在现阶段对浅层地下水合理控制开采的前提下，加强对深层地下水的监测管理，注意对污废水进行处理、再生达标后回注于地下;

对引洮工程输配过程中的各供水设施(如管渠、水厂、水塔等)注意运用现代技术手段管理和水质监测，确保供水水质安全;

对外调水资源、本地水资源(地表、地下水)、边缘水资源等注意根据对用水水量和水质的需求，分类供给不同用户，使资源配置效益最大化;

对供水水源地加强保护和管理的同时，制定污染事故应急处理处置预案，应保证后备供水水源随时可根据需要投入使用，并配套相关污染处理技术与设施。

四、水资源系统调控管理的政策措施

基于水资源系统“易”理论，并结合研究区实情和对研究区水资源系统的仿真结果，分别从循环经济型水资源综合利用和水资源调用的环境风险调控两个重点环节提出了相关的策略方案。为确保其得到有效和长久地落实，相关配套的政策措施必须跟进。这里提出以下几点:

(1)强化统一管理、明确各自责职责

对研究区内水资源系统运行调控实施统一综合管理，依法治水。明确引洮工程库区及其上游和受水区各有关部门、重点用水大户的职责任务，定期联系协调，保持水资源利用相关各项信息及时、准确、共享，对水资源系统运行出现情况及时发现、及时会商、及时协调解决。结合用水总量控制制度和水功能区纳污总量控制制度，确立本地区水资源开发利用和水环境污染物排放两条“红线”，明确责任，落实措施。对取用水总量已达到或超过控制指标的地区，暂停审批建设项目新增取水;对取用水总量接近控制指标的地区，限制审批新增取水;对排污量已超出水功能区限制排污总量的地区，限制审批新增取水和入河排污口。在研究区内建立统一的，专业化与社会化相结合的抢险救援队伍，推进县、乡两级防汛抗旱服务组织建设，健全应急抢险物资储备体系，完善应急预案。

(2)加强监测监管、做好及时反馈

加强对库区及其上游水量和水质及相关区域环境的动态监测和监管，做好环境风险防范工作和突发事故的应急处置方案;积极实施生态水利建设，从长远维护研究区内河流健康;对受水区用水与排水做好动态监控信息的分析与处理，防范出现水资源短缺和水环境污染。在研究区内加强水文气象基础设施建设，扩大监控覆盖范围，优化监测站网布局，增强重点区域和地下水超采区水文测报能力，加快应急机动监测能力建设，积极运用现代技术手段如GIS管理信息系统对水资源利用和水环境保护实施动态监控管理;不断完善水资源综合管理体系。

(3)建立水权交易、健全水价体系

根据受水区内各用水部门用水特点和实际对水资源量和源水水质的需要，采取“公平、公开、公正”的原则，对区内各用水大户划分单元，逐级核定用水许可权和用水配额，与此同时进行相应的排污许可权分配和污染物排放总量核定。同时，建立水资源交易市场，允许水权按照规定进行合理交易。通过听证会和公众参与等多种形式，试行累进加价、季节水价、阶梯水价等形式建立适合本地区的合理的水价调节体系。在研究区内积极推进水价改革。工业和服务业用水逐步实行超额累进加价制度，拉开高耗水行业与其他行业的水价差价;合理调整城镇居民生活用水价格，稳步推行阶梯式水价制度;积极探索农业水价综合改革，农业灌排工程运行管理费用由财政适当补助，探索实行农民定额内用水享受优惠水价、超定额用水累进加价的办法。

(4)制定激励政策、鼓励科技创新

针对研究区内农业用水量最大的实情，水资源利用挖潜能力最大，在农田水利基础设施建设中，通过补助与奖励等办法，激励农村和农业生产灌溉实施各种节水措施，结余下的用水配额可与其他用水部门通过水权交易市场进行有偿交易，进而调控水资源供需平衡。根据有关的节水技术、工艺、设备等导向目录，通过制定奖惩措施，协调不同工业生产行业和工业企业之间的水资源余缺，加强对企业高耗水设备的检查和淘汰力度，通过减免税费和财政补贴等手段鼓励水资源综合利用工艺、设备的使用;鼓励水资源再生循环利用设备和工艺的建设和运行;对城镇区新建楼宇强制推广节水器具的安装和使用;鼓励城镇机关、企事业单位和生活小区对污废水、雨水的分流、收集、处理与再生利用;对边缘水资源综合利用应给与奖励和补贴;鼓励研发、应用水资源综合利用和水污染防治关键技术、工艺和设备。

(5)广泛动员社会、积极宣传引导

通过各种媒体形式，提高全民水患意识、节水意识、水资源保护意识，向政府机关、企事业单位、学校、社会公众等广泛宣传水资源综合利用与水环境保护的法律法规常识，向公众推荐易于接受和掌握的各种节水、用水和保护水环境的各种措施，引导和培养公众从自身做起，科学、合理、高效、安全、健康、环保地珍惜、利用和保护水资源和水环境，使水资源系统与地区生态经济系统和自然环境之间的形成良性循环和协同促进的纽带和桥梁。

第二节　研究区水资源系统管理GIS基础平台

根据GIS的在现代水资源管理中的特点和优势，这里基于ArcGIS 9.3为开发平台，以Visual Basic为交互界面，以Map Objects为系统集成开发技术，以Access为系统运行后台的支撑数据库管理系统，初步建立符合研究区水资源系统运行监管实际的技术管理平台，为确保对研究区水资源系统调控管理策略能够得到科学准确、动态及时、持续稳定地发挥效能，提供科学、精确、及时的技术支持。

本GIS平台的开发设计，使研究区水资源信息的录入、存储、编辑、查询、分析和结果输出能够实现对研究区水资源的动态化和及时更新管理功能。通过建立了空间数据和属性数据的关联，实现了研究区地理空间要素数据与水量、水质等相关的属性数据的有机统一。此外，基于Visual Basic开发的水资源调用管理信息系统界面，能够实现操作人员和系统之间的人机对话。对研究区水资源系统GIS管理平台的初步设计步骤主要包括数据库与模型库设计、图形交互界面、GIS平台的运行功能等。

一、水资源系统管理的GIS主要数据库

水资源系统管理GIS数据库建设是为水资源管理部门制定水资源调用计划和相关的政策，进而实现对水资源相关的基础数据实现动态、及时、准确、安全的记录、编辑、查询等功能，为GIS系统提供基础属性数据提供技术支持。

数据库中原始数据的录入，需要采用人工录入与计算机信息采集相结合，侧重于与研究区水资源调用管理相关的水文、水质、自然地理特征、行政区划以及部分相关的经济、社会数据为基础，根据业务发展的需要，不断拓展和更新。为水资源系统GIS管理平台提供统一的各种数据资源服务的支撑体系。其具有以下主要功能:对数据的定义、检索、修改、增删、插入等功能，以及保证数据库中的数据完整、一致和安全。

对数据的定义，包括对数据结构进行定义、对数据类型和属性进行描述以及数据的信息来源等。对数据的查询、提取、转换功能，即把从系统的其他部分传输来的各种数据请求命令转换成数据库管理信息系统的操作，并把结果返回操作者。同时，这里还预留了外部访问功能，即提供了与其他有关系统连接的接口，以便必要时从系统外部获取数据。

本研究设计采用Access数据库对数据进行管理，通过空间数据引擎，实现矢量数据、关联数据的访问，同时实现对属性数据(河流水质、水量信息等)的编辑处理等功能。具体数据库的设计主要是运用Access实现对模型数据的输入、输出等管理。系统各模块之间的信息交换与反馈也是通过Access来管理的。本研究主要设计了以下几类数据库:

系统信息数据库，即基础元素库。该类数据库存储了研究区水资源系统中最基本的属性信息。诸如:系统内的行政分区信息、系统内的水系、河流流量、水质等信息;

工作数据库，工作数据库内存放主要的研究数据信息，这部分数据主要来自于对研究区地表水量、地下水量、外调洮河水量、地区需用水量、相应的污废水产生、处理与排放量、雨水资源利用量、虚拟水量信息等，这些信息主要通过一定时间内的监测、计量和初步统计分析后而获得;

结果数据库，其主要是用来存放经过汇总、计算和最终分析后产生的结果。这些结果给出了系统运算后得到的分别按行政分区、水资源利用情况统计的水量盈亏平衡信息、水环境风险信息等;

输出系统设计，即将模型运算的结果进行必要的统计后以适当的报表或图形的方式向用户显示和打印输出，便于用户对一段时期内研究区水资源系统具体运行状态的比照和判研。

二、水资源系统管理的GIS图形交互窗口

研究区水资源系统GIS管理平台充分利用GIS在对图形数据和属性数据的管理、空间分析和二维显示等方面的强大功能，多层次、多角度地反映研究区水资源系统的运行状况，是结果更科学、更直观、更准确、更方便。这里对水资源管理GIS平台的图形交互窗口设计，具有以下主要特点:

可视化:各图层本身不仅包含相关的属性数据，还能够反映出水资源现状及规划信息。利用GIS强大的统计分析和空间分析功能，可使信息查询方便、快捷。从而实现水资源管理信息可视化;

相互查询:发挥GIS空间数据分析和显示的优势，实现空间到属性、属性到空间的数据互查，达到水资源开发利用可视化优化配置和水资源功能区可视化管理的目标。

研究区水资源系统管理GIS平台，包括各种图形数据和与之连接的属性数据。利用ArcGIS软件对甘肃省引洮供水工程总体布置图进行矢量化，将其分为以下几个图层:县市名、乡镇名、洮河、黄河、九甸峡库区、受水区其他主要河流、水厂等(图7-3)。

图7-3　研究区水资源系统管理的GIS基础平台中的主要图层

添加图层后，对图层建立数据库，生成拓扑关系，进行拓扑检查。检查未合格的区域会有醒目的图框标识，以此进行局部修改，修改调整，明确错误类型，使其无几何与逻辑误差，保证数据的完整性和相容一致性。

此外，用Visual Basic软件所创建研究区水资源系统管理GIS控件，遵循从上到下，从左到右的顺序分为7个方面:(1)菜单栏:文件、查询、视图、帮助四类。(2)工具栏:放大、缩小、漫游、全局、上一视图、下一视图、选择、点击查询、选择查询。(3)图层控制:使用legend控件。(4)地图:主图map1，鹰眼图map2。(5)比例尺:设在图面左下角。(6)状态栏:设在底边。

引洮工程研究区水资源系统管理GIS基础平台的界面包括文件、视图、查询、帮助等菜单控制，放大、缩小、漫游、全局、前一视图、后一视图、选择、查询等工具按钮，完成地图浏览、缩放、导航、图层管理、点击查询、选择查询等功能，进行空间分析与统计，实现对水资源的实时管理(图7-4)。

图7-4　研究区水资源系统管理的GIS基础平台的操作界面

三、水资源系统管理的GIS基础平台主要功能

经过初步开发和调试，该研究区水资源系统管理的GIS基础平台中的菜单栏主要功能包括:

文件:包括打开，保存，打印，退出。可以实现以上功能;

视图:单击视图下的放大、缩小、漫游，前一视图，后一视图会有相应的符号按钮在地图上表示操作功能。图形放大:拉框选择要放大的视图部分，系统可以将选择区域放大到map1视图中;也可直接单击实现放大。图形缩小:在当前视图上单击鼠标左键。图形漫游:按住鼠标左键，可以在整个视图上漫游查看。全局显示:单击全局，可使得map1中的视图恢复最初状态，使工作区全屏显示。前一视图:对工作区进行一系列操作之后，可以返回上次浏览的视窗。后一视图:与上一视图功能相反，只有上一视图被激活，此项才可以使用;

点击查询:实现由图到表的空间查询，直接在地图上点击所感兴趣的要素，即可弹出一个窗体，显示地物在属性表中的各个属性值。不仅如此还可以表示地物所在的图层名、形状类型及位置(图7-5);

图7-5　GIS平台中的点击查询与选择查询功能

选择查询:在弹出的窗体里的第一项输入查找图层，第二项输入字段，第三项输入操作，第四项输入范围系统会自动进行匹配，凡是有符合的选项均显示(图7-6、7-7)。

图7-6　GIS平台中的查询空间定位显示功能(Ⅰ)——洮河水文情况

图7-7　GIS平台中的查询空间定位显示功能(Ⅱ)——安定区用水情况

此外，该基础平台其他功能还有:

帮助文档:打开一个帮助对话框，对系统操作进行简单介绍;

工具栏:工具栏有放大、缩小、漫游、全局、前一视图、后一视图、选择、点击查询选择查询。单击不同的工具按钮会有不同的功能。这些功能与菜单栏里实现的功能一致;

图层控制:用legend控件，通过图例控制图层，选择其可操作显示与否;

地图:主图map1，预览图map2。通过预览图可以查看主窗口在全图的位置，并可以拖动方框或者其他方式，实现动态定位。主图中的位置如果有所改变也会在预览图中动态显示出来;

比例尺:设在图面左下角，随着图面的放大和缩小不断变化;

状态栏:设在底部，显示鼠标类型和所在区坐标等信息。

建立水资源系统管理GIS基础平台，提高水务部门精细化、动态化管理水平和处置突发事件的应变能力，使决策更加科学、准确、及时。系统中的数据库可对水资源管理涉及的各类空间数据进行录入、存储和管理，并提供数据维护和更新能力，为水资源日常管理工作提供图文并貌的辅助管理工具。通过后续对水资源系统管理GIS平台的不断开发完善，不仅可以对水资源、水环境的历史数据进行查询，还可以对现状数据进行动态跟踪与管理，并能对水资源系统演变趋势做出预测，为其他相关部门对水资源系统调控提供信息共享服务。

第三节　本章小结

本章是基于理论研究部分中第四章的水资源系统“易”理论和实证研究部分中的第五、六章对研究区水资源的基础分析和典型水资源系统的动态仿真后的结果提出的针对性的管理策略，并初步设计了相应的水资源系统管理GIS基础平台。管理策略中首先构建了适合研究区的水资源系统调控管理的总体框架和明确了基本的思路，之后从对水资源系统内部如何实施循环经济型水资源综合利用以及针对水资源系统的环境改善与风险调控分别进行了进行了思考和规划。根据第四章中对水资源的分类，这里分别从新鲜水的减量化、过程水的循序化、边缘水的资源化以及虚拟水的市场化等四个方面分别进行了陈述，涉及农业、工业、城乡生活等方面;在系统的环境改善与风险防控方面，分别从调水区和受水区的水污染防治和水资源保护相结合的措施方面进行了规划，并提出了对研究区内风险范与应对的初步措施，最后简单列出了相应的政策保障措施。针对管理策略中提到的水资源系统管理GIS基础平台，这里在最后也对基础平台的初步开发设计的内容、过程、模拟运行情况给出了示例，从而使对研究区水资源系统管理框架的设计更加具体实际和具有可操作性。