基于GIS 的铜川新区水环境管理决策支持系统

----------------《水资源研究》第25卷第2期(总第91期)2004年6月----------------

基于GIS的铜川新区水环境管理决策支持系统

阮仕平1党志良1胡晓寒1马飞1张孟涛 2

（1.西安理工大学环境科学研究所，陕西西安 710048； 2.北

京市自来水集团公司供水分公司，北京 100034）

摘要：在西部缺水地区建设生态城市，关键是水的问题，做好水环境管理是建设生态城市的关键，也是建设生态城市的保证。介绍了基于GIS的铜川新区水环境管理决策支持系统（简称TNWEMDSS）的研制过程，系统的基本结构、硬件环境、系统数以及系统软件，分析了系统的技术特点和主要功能。该系统的建立对其它新兴城市的水环境管理信息化工作具有一定的借鉴意义。

关键词：水环境管理；地理信息系统；模型库；决策支持系统

1 概述

陕西省铜川市地处陕北黄土高原与关中盆地的交接地带，属于西部缺水地区。铜川老区是一个因煤而兴的矿业城市，全市工业以煤炭、水泥等资源型产业为主，目前正面临经济结构单一、环境污染和生态环境破坏严重、矿竭城衰等一系列问题[1]。经有关部门批准，1993年11月，铜川市委、市政府在铜川市南部开始铜川新区的建设。

铜川市在1997年11月就被国家发展计划委员会、国家科技部列为《中国21世纪议程》8个试点城市之一，1998年4月被联合国开发计划署（UNDP）列为支持中国地方21世纪议程能力建设3个试点城市之一[1] 。水是人类环境的主要组成部分，更是生命的基本要素[3]，在西部缺水地区建设生态城市，关键是水的问题。做好水环境管理是建设生态城市的关键，也是建设生态城市的保证。因此，水环境管理决策支持系统的建立已成当务之急。

2 TNWEMDSS系统目标

(1) 对影响水环境的各因素进行定性分析和定量计算，以辅助决策者把握水环境现状，并对未来的水环境状况做出预测；

(2) 根据预测结果对影响水环境的各个因素进行分析评价；

(3) 建立决策分析模块，提出多种水污染控制、水环境保护的可行方案，为水环境管理提供决策支持；

(4) 水环境数据管理与应用，如数据查询、统计、空间分析等；

(5) 环境信息共享和发布等。

3 TNWEMDSS系统分析

3.1 系统用户

系统设计以铜川市环境保护局作为开发原型，因此作为环境决策主体的铜川市环境保护局的各级管理人员是系统的服务对象和最终用户。此外，系统的直接用户还包括关心铜川环境的Internet用户。

3.2 系统数据分析

本系统所需信息源主要有：空间信息（行政区划、地形、水系、道路、植被、土壤、降雨量、土地利用、土地类型、水质监测站点、城镇、污染源等专题图层）、水环境质量信息、水污染源信息及水文信息。系统这4方面的信息需经过汇集分析，分类编码后，设计成适用各类功能的数据库，在功能程序模块与水环境模型的驱动下实现系统需求[2]。

为了维护系统数据的安全，对发布数据建立单独的发布数据库，其内容采自其它数据库。Intranet和Internet在逻辑上分为两段，采用间断性复制功能，把Intranet网上的发布信息复制到Internet网上。系统的数据流程见图1。（略）

3.3 系统开发的软硬件需求

(1) 硬件需求。由于地理信息系统（GIS）数据运算量大，要求较快的CPU处理速度，并且空间及属性数据需占用较大的外存[2]，所以系统采用Pentium Ⅲ以上机型，128M内存，40G 硬盘。

(2) 软件平台需求。软件平台采用MapInfo公司的MapInfo Professional 7.0 SCP、Microso ft Access 2000数据库管理系统、VB编程语言，地图发布采用国家遥感应用工程技术研究中心的地网GeoBeans4.5。由于系统中存在大量的环境模型计算，仅使用VB自带的基本数学函数库不仅使系统开发工程量大，而且执行效率不高。因此系统的模型计算部分采用Matrix V B。Matrix VB是Mathwoks公司针对VB提供的一个MATLAB组件库（Component Object Model Library），它提供了大量的有效算法，可以加强VB内建数学运算与图形展示功能。其函数库的功能大致可分为8大类，即：矩阵运算、运算符重载、最优化运算、多项式、信号处理、随机与统计分析、图形图像处理、控制系统，它们可以完成大部分MATLAB能够完成的工作并实现了脱离MATLAB环境对MATLAB函数和过程的有效调用[4，5]。

3.4 系统的功能需求

根据上述系统目标，为满足铜川新区水环境综合管理与决策的需要，采用系统集成的方法，将GIS与数据库系统相结合，发挥各自的优点，使系统应用更加实用化、智能化。铜川新区水环境管理决策支持系统按功能需要分为数据库管理、地理信息与决策和信息发布3部分。系统可以实现以下功能：图形与属性数据的双向查询、数据统计与分析、许可证管理、环境水质评价、GIS专题图形输出、水污染模拟预测及GIS图形显示和环境信息发布等功能。系统功能要求如图2所示。（略）

4 TNWEMDSS系统设计

铜川新区是一个新兴城市，目前监测资料十分缺乏。因此系统必须采取模块化设计的思想，并设置相应的程序接口，以期在系统建成后即可发挥其应有的指导作用，在将来增设监测项目之后，系统不用做出大的调整即可满足功能模块扩充的需要。

4.1 系统数据库设计

本系统的基础是空间数据库和属性数据库的建立，它对于整个系统的建立起着至关重要的作用。系统采用双数据库存储模式，即空间数据与属性数据分开存储。属性数据存储在关系数据库的若干属性表中，而空间数据则以MapInfo的自定义格式保存于电子地图之中，两者之间通过唯一标识的关键字段建立联系。数据库联结模式如图3所示。（略）

4.1.1 空间数据库的设计

空间数据包括基础底图和环境专题图两类。其中基础地图包括行政区划、水系、居民地、