基于网格GIS的数字区域水资源监控管理系统研究

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平台。
对 “ 字 地 球” 数 最通 俗 的认 识 就是通 过数 字 化手 段 将各 种
数据按照空间位置 、时间和其他属性在计算机网络上模拟
示 出来 ,而 未来 成 熟 的“ 字 地球 ” 是一个 囊 括从 数 字 化数 数 将
据构模、 系统仿真 、 决策支持一直到虚拟现实的广阔领域。数 “
万 k ,年人均水资源量约为 70 m 。世界各大洲的 自然条 m’ 80 件不同,降水和径流的差异也较大。全世界约有 10多个 国 9 家 ,各国所处地理环境不同 ,历史发展的条件各异 ,水资源
情 况差别 更 大 , 多 国家缺水 严 重 。 今 后 3 内 , 多地 许 在 0年 许 区缺水 形势将 更 加严 重 。
有 效 地共 享 各种 类 型资 源 的技术 。 ( 网格 是基 础设 施 。 网格 系统 由各 种类 型 的计 算 机 、数 3 ) 据 、设 备和 服 务构 成 。随着 网格 的发展 成 熟 ,建立 全 国范 围
息的多维描述 ,其研究内容是综合处理流域的空间、地理 、 气象、水文和经济社会信息 ,并应用各种水量水质模型以及 数据库技术 、G S技术 、虚拟仿真等显示技术描述流域的各 I
研 究论 文 效保护 ,不断提高水资N ̄ ,效率和效益等措施 ,建设节水 Jq q 型社会 ,实现水资源的可持续利用 ,为经济社会的可持续发
展 提 供支 撑 ,是 一项 具 有重 大意 义 的工 程 6
H XI K X Al A E UE
球” 是一 种 关于 地球 的 可 以嵌入 海 量地理 数据 的 、 分辨 牢 和 多 三 维 的捕 述 。“ 数字 地球 ” 以将 小 同空 间 、时 间 、物 质和 能 可 量 的 多种 分辨 的有 关 资源 、环 境 、社会 、经 济 和人 口等 海量 信 息 , 地 理 坐标 , 按 从局 部到 拯 体 , 区域 到全球 进 行整 合 、 从 融 合 及多 维显 示 ,并 能 为复 杂 的生产 实践 、知 识创 新 、技 术
2 网 格 G 数 字流 域 平 台 I S和
2 1网格 GI . S
开发与理论研究提供试验条件 和试验基地( 包括仿真和虚拟
试验1 。
网格 G S即利用现有的网格技术 、空间信息基础设施 、 I
空 间信 息 网络 协议 规 范 ,形成 一 个虚 拟 的空 间 信息 管理 与处 理 环境 ,将 空间 地理 分 布 的 、异 构 的各 种设 备 与 系统进 行 集 成 ,实现 数据 资 源 、计算 资 源 的高度 共 享及 系统集 散 的负 载 平 衡 ,为用 户提 供 一体 化 的空 间信 息应 用 服务 的智 能 化信 息
度不高, 南北方差异很大。北方地区水资源开发利用程度( 平
均 为 4%) 高 于南方 地 区( 为 1%) 海 河 区高达 1 1 6 远 平均 2 , 0%, 其 中海 河南 系 达 13 2%,黄河 和淮 河 区分 别为 7 %和 5 %; 6 3
理利用水量上限 ,水资源开发难度极大。新中国成立 以来 ,
辽河和西北诸河区水资源开发利用率分别为 4%和 4%, 0 2 其
中辽 河流 域为 6 % 。 6
新 中 国成立 以来 ,全 国水 资 源开 发利 用率 已达 到 2 %。 1 特 别是 近 2 0年 来 ,由于供水 能力 增 长缓 慢 , 17 98年 一19 98 年 全 国供水 能 力 年增 长率 约为 1 左 右 ,而 同期 国 民经济 以 %
8 %~1%的高速度增长,同期人 口又增加了约 2 亿 ,更加 2 . 5 剧了缺水矛盾。值得注意的是,由于人类活动的影响 ,降雨 与径流关系,产流与汇流条件都在发生变化 ,有些江河的天
然 来水 量 已呈 现衰减 的趋 势 。黄 河下 游频 频 发生 断流 、海河 成 为 季节 性河 流 ,以及 内陆 河部 分河 流 干枯 , 00年发生 的 20
我国多年平均水资源量为 2 42亿 m ,河川径流量( 81 地
ห้องสมุดไป่ตู้表 水 资源 量) 世界 仅次 于 巴西 、 罗斯 、 在 俄 加拿 大 , 第 四位 。 居 但 中 国人 口众 多 , 人均 水资 源 占有 量不 足 2 0m , 为世界 10 约
平均值的 1 。同时由于地区分布不均 ,年际、年内变化大, / 4
更 加剧 了水 资源 紧张 状况 。总 体 上 ,全 国水资 源开 发利 用程
据水利部预测 ,2 3 00年 ,中国人 口将达到 l 6亿 ,届时人均
水 资源 量仅 有 15 0 m 。在充 分考虑 节水 情况 下 ,预 计用 水 7 总量 为 70 亿 m 至 8 0 亿 m ,要 求供 水能 力 比现在增 长 00 00 10 3 0亿 m 至 2 0 30亿 m ,全 国实 际可 利用水 资 源 接近 合
进程加快 ,人均水资源 占有量将进一步减少,而用水量却进

步增加 ,水资源供需矛盾更加突出,缺水已成为影响我国
粮食安全 、经济发展、社会安定和生态环境改善的 舀要制约 ‘
因素 。
据 预测 ,2 5 年 我 国国 民经 济需 水 峰值 为 80 亿 m , 00 00 最 小可 能是 7 0 亿 m 。 时缺 水更 为严 重 , 水更 加 紧张 。 00 届 用 但 过 去我 国在 开发 利用 水 资源 的时候 ,不重 视水 资源 的管 理 工 作 ,当前 水 资源 管理 非常 落后 。一 方 面我 国水 资源 紧张 ,
种行 为 ,最 终为 流域 水 资源 动态 管理 提供 决策 支持 。 在数 字 流域 应用 系 统建设 方 面 , 方发达 国家起 步较 早 , 西 已在实 际管 理 中发 挥 了重要 的 作用 。欧美 国家 、澳大 利亚 和
甚至世界范 围的若干资源结点变得十分重要 ;应当在英特 网
个主要特征是在某些特殊规则下共享各种类型的资源 ,包括
数 据 ,应 用 ,计 算 能力 ,这 些规 则 可 以保证 网格 系统 中的各 种 资 源在 一起 很 好地 工作 。
( 网格是技术。网格计算需要相当的技术来保证共享各 2 ) 种资源 ,并使它们彼此之间很好地协作 ;需要相当的标准来 保证安全和整个系统各部分之间的通讯 。网格 G S I 还需要更
上组 合 大量 的资源 ,并 为用 户 提供 优 质 的服务 。当 网格环 境 建立 以后 ,用 户可 以像 现在 使 用 电力一 样 使用 来 自英 特 网 的
E 1 本的流域管理数字化程度都较高。美国在密西西比流域建
立 了完 善的 水情 自动测 报 系统 、防洪 自动预警 系统及 实时 监 测 系统 。通 过气 象 预报 模 型 、降水 _ 流模 型 、河道 水 流演 _径 算模 型 ,不 仅提 供 短期 洪水 预报 ,而且进 行 季节水 情 概率 预
构 、动 态环 境 ,跨 区 域跨 多个 管理 域 。
网格 G S是网格计算在 G S I I 领域的应用 , 我们可以从下
列三 点 理解 它 的概 念 :
( 网格是思想。网格计算 的目标是共享资源和数据 ,并 1 )
让所 有 结 点共 同工 作 ,这 与 GI 工 程 的需 要相 一致 。网格一 S
而且还严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众 的健康。
科 学 合理 地管 理 与利用 有 限的水 资 源是 有效 解决 我 国水
全国每年缺水量近 4 0 m , 中, 0 亿 其 农业每年缺水 3 0 0 多亿
m , 均每 年 因旱受 灾 的耕地 达 4 多亩 , 平 亿 年均 减产 粮食 20 0
的信息描述 ,它的开发和研究是实施“ 数字地球” 的一个很好 的试验场所 和切人点。近年来,国内先后提出了“ 数字海河” 、 “ 数字黄河” 数字 长江” 、“ 等一系列数字河流的建设规划。“ 数 字流域” 的建设为我国研究和解决水资源管理问题提供 了有
力 的高科 技 手段 。“ 字流 域” 数 实质 就是 对 流域 过去 和将 来 信
多亿 公 斤 ;城市 、工业 年缺水 6 亿 m ,直接 影 响J 业产 值 0 二 20 30多亿 元 ;农 村还 有 20 4 0多万 人饮 水 困难 ;在全 国 6 8 6
座城市 中,有 4 0 0 多座缺水 ,其 中 10多座严重缺水 。进入 0
2 世 纪 ,随着 我 国人 口的增 长、生活 质量 水平提 高 、 市 化 l 城
先 后有 数百 位 专 家学 者 就我 国“ 数字 地球 ” 技发 展 策略 发表 科 了见解 ,“ 数字 地 球” 了当今 社会 的一 大热 门话 题 。 成 “ 数字 流 域” 由“ 是 数字 地球 ” 衍生 出来 的对 不 同 区域 层次
( 测绘、国土资源 、 交通、气象 、商务 ) 及多区域的动态的 资源共享 。与传统分布式 G S的主要 区别是 :松散耦合 ,异 I
字地 球 ” 的概 念 被提 出后 , 在世 界 范围 内引起 了重 大反 响 , 我
网格 GI S的特点 :异 构 性 、动态 性 的环 境 ; 多管理 域 跨
国领导人和专家学者给予了极大关注。19 年 , 98 江泽民总书 记在接见两 院院士代表时就提到了“ 数字地球” 问题。在短短 的几年时间, 科技界已经举办了多次“ 数字地球” 专题研讨会 ,
资源 ,而并不需要知道 电力 的来源。由于网格计算提供了软 件和数据 ,我们投资和维护的费用将急剧减少 。
目前 , 网格 计算 仅仅 处 在初 级 阶段 , 多著 名 网格 工程 , 许
我 国初 步 建成 了较 为完 善 的防 洪减灾 体 系 、 田灌溉 体 系和 农 城 乡供水 体 系 ,提 高 了农业 抗 御水 旱灾 害 的能力 ,有 效 改善 了农业 生 产条 件 ,促进 和保 障 了城 乡社会 经 济 的发展 和人 民 生 活水 平 的提 高 。 是 , 但 水资 源 问题 一直没 有得 到 根本 解决 , 成 为影 响 我 国经济 社会 可持 续 发展 的一个 重 大问 题 。另一 方 面我 国却 存在 普遍 的严 重 浪费 水 、污染水 ,用水 效率 和效 益 低 下 等 问题 。据监 测 , 目前全 国多数 城 市地 下水 受 到一定 程
资源问题的重要途径。加强水资源的科学管理,通过水资源 的合理开发 、 高效利用 、 综合治理、优化配置 、 全面节约 、 有
・福建省科技计划项 目 《 基于网格 G S的数字区域水资源监控管理系统研究开发》 ( E编 号:2 1Y 04)研究成果 。 I 项 _ I 00 0 0
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21 0 1年第 8期 ( 总第 5 期 ) 6
基 于网格 GS的数字区域水资源监控 管理 系统研究 I
基于 网格 GI S的数字区域水资源监控 管理系统研究木
福建省科技管理干部学校 陈 娟 王立挺
[ 摘要 】 该文针对 当前 我国水资源 管理 存在的问题 ,提 出基 于网格 Gs的数 字 区域水资源监控 管理系统的构建思路 及建设方案 。 l
[ 关键 词 ] 水 资源 网格 G s 数 字流 域平 台 I
1 水 资源 监控 管理 的必要 性
全 球 降水量 为 5.万 k 其 中只有 3 %降在 陆 面上成 7 7 m, 9 为河 川径 流 , 球年 径 流量 ( 全 也称 为年 水 资源 总量 ) 约为 4 . 7
度 的点状和面状污染 ,且有逐年加重 的趋势。 日趋严重的水 污染不仅降低 了水体的使用功能,进一步加剧了水资源短缺
的矛 盾 , 我 国正 在实施 的 可持 续发 展 战略带 来 了严重 影 响 , 对
旱灾 ,经济损失严重 ,充分暴露 了我 国城市供水系统和农村
抗 旱能 力 的脆 弱性 ,是水 资源 供 需矛 盾 的集 中表 现 。 目前 ,
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