水环境信息系统的技术体系

2003年08月SHUILI XUEBAO第8期

文章编号：0559-9350（2003）08-0011-06

水环境信息系统的技术体系

禹雪中1，李锦秀1，廖文根1

(1.中国水利水电科学研究院水环境所，北京 100038)

摘要：本文在实践的基础上，总结和分析了水环境信息系统的内容体系以及结构体系，将水污染经济损失评估模型引入到水环境信息系统中，结合水环境数据库，可进行区域水污染经济损失核算，从而丰富和发展了水环境信息系统的内容。

关键词：水环境；信息技术；内容体系；结构体系；水污染经济损失评估

中图分类号：X143 文献标识码：A

1 水环境信息系统概念

水环境信息系统是应用性的发展领域，属于水信息学的学科范畴。水信息学是研究与水环境相

关数据的收集、处理、存储、分析和图形显示等的学科，它通过综合数学、计算机科学、传统水环

境科学和工程学的方法，来揭示大量复杂的水环境规律，解决水环境问题。水信息学出现于20世纪

80年代初期，1989年出现了Hydroinformatics的名称。1991年M.B.Abbott教授的专著《Hydroinformatics:Information Technology and the Aquatic Environment》的出版标志了水信息学的正式诞生[1]。水环境信息系统是为管理服务的，在水环境监测和调查的基础上，利用计算机技术和通信技术，实现环境信息的采集、传递、存储、维护、分析的系统。水环境信息系统作为水信息学的重要研究方向，由于几乎涵盖了水信息学研究和应用领域，包括数据的获取和分析、先进的数值分析方法和技术、控制技术和决策支持等，所以从其产生就受到重视，因此发展迅速、应用广泛。

2 水环境信息系统的意义

2.1 水环境信息系统的应用意义水环境的管理涉及到对大量业务信息数据的存储、查询和分析，同时现代水环境管理模式必须应用相关自然地理、社会经济的信息，水环境信息系统的建设和应用可以实现对这些信息的有效利用。同时水环境信息系统的应用意义还不仅表现在纯粹的技术环节，其更重要的意义在于通过采用现代化的技术手段，促进水环境管理方式的变革、提高工作效率、增强工作的有效性。

最近，我国几大流域机构相继提出并正在积极实施“数字黄河”、“数字长江”等工程，这些工程

可以统一视为“数字流域”的概念。“数字流域”作为“数字地球”概念的延伸，是中国水利现代化的一个重要组成部分。作为解决水环境问题的重要技术手段，水环境信息系统是“数字流域”工程建设的关

键技术内容。通过内容与技术的整合，成功建设水环境信息系统，将把我国的河流管理提高到网络技术及仿真技术阶段，推进中国水利现代化进程[2]。

2.2 水环境信息系统的理论价值水环境信息系统的建立需要不同学科相关技术的交叉和有机融合，除了作为基础的环境、水文、化学等学科之外，还包括信息科学的最新进展，同时为了评估水污染的经济成本，经济学的理论方法也被引入进来。

收稿日期：2003-03-31

作者简介：禹雪中(1971-)，男，河南开封人，高级工程师，主要研究方向：水环境模拟、水环境信息技术。

2003年08月SHUILI XUEBAO第8期水环境信息系统的理论价值体现在以下几个方面：(1)水环境信息系统可以提供一种综合的、互相联系、前后贯穿的解决方案，实际上也就是提供了一种模拟系统，对包括自然、社会因素的区域水环境进行综合模拟；(2)一个成功的水环境信息系统的建立需要选择适合其目标的理论方法，并且用现代信息技术进行整合和表达。这种整合和表达不是简单的借用或者堆积，而是需要对照现实状况，进行模式和参数的选取、验证，并根据信息技术的新进展，不断调整和优化整合的技术方法；(3)水环境信息系统的需求和发展可以推动相关学科的发展。比如，为了实现水环境动力学模型与数字高程模型的结合应用，必须对水环境动力学模型的算法以及编程方式进行发展和改造。

3 水环境信息系统的技术体系

3.1 系统的内容体系一个完整的水环境信息管理系统的内容体系，具有连续性和全面性，能够为水环境管理提供全面的信息处理和服务。其连续性体现为前后关联的信息处理过程完整表达水环境管理之中的业务链，最基础的信息通过这样一个信息处理过程，最终转化为直接支持管理决策的信息；其全面性体现为，在水环境管理的各个重要方面都提供子系统，全面实现水环境的评估和分析。水环境信息系统的内容体系主要包括以下几个方面。

3.1.1 水质实验室整编实际工作中，在现场采样后，水环境监测的样品在水质实验室中通过各种仪器分析测试得出的数据，大多需要经过进一步的处理，才可以得到通常的污染物浓度指标，也就是成果数据，这个过程称为水质数据整编。

水质数据整编系统是整个水环境信息管理系统的基础部分，该子系统完成样品标定计算、吸光度校

准曲线分析计算、水质分析基础数据的存储、水质整编计算、成果数据的存储等工作内容。按照分析方法，将水质数据整编分为以下几类：容量法、分光光度法、其他可直接量测方法。

3.1.2 水环境信息维护在信息维护子系统中，能够实现对各类信息的录入、修改、删除等功能。并且，在系统用户对数据进行这些操作时，系统能够辨别用户对数据的操作权限，对未被授权的用户拒绝其操作。系统规划一定的权限，系统管理员通过对系统用户角色的分配，限定不同用户对系统数据的操作[3]。

信息维护的内容大致可分为以下三类：污染源信息、水体质量信息及与水环境有关的自然地理、社会经济概况。主要包括测站信息、监测断面信息、水质信息、水质标准、污染源、区域经济信息和系统用户信息等。

水环境信息维护以采用Web结构为佳，维护的方式是在Web上对以上信息进行浏览、添加、编辑和删除，并由具有相应权限的用户负责这些信息的维护工作。

3.1.3 水环境信息查询根据用户的特定要求，形成查询语句，交由服务器端的DBMS执行，返回符合查询条件的数据，以文本、表格、图形的格式输出信息。查询的内容除了基础数据信息以外，还包括水环境评价、统计等结果数据[3,4]。

信息查询以采用WebGIS技术为宜，其优势在于以地图的方式，实现空间分布信息的直观获取，同时Web 技术使得查询系统更加高效和便捷[5]。

3.1.4 水环境评价包括对水质和污染源进行现状评价。通过不同时段、不同参数的水质评价，可以指出水体的污染程度、主要污染物质、污染时段、位置及发展趋势[3]。污染源评价采用单项污染指数法，以确定评价区域内的主要污染源排放是否超标。

3.1.5 水环境统计为全面掌握水体污染在时间、空间上的变化规律，需要对水质监测数据进行统计，