孔慶輝，黃 旭，王光磊，付 鵬

（松遼水利委員會(huì)水文局（信息中心），吉林 長(zhǎng)春 130021）

1 水資源管理概述

1.1 水資源管理的一般模式

水在自然界是循環(huán)往復(fù)不斷運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化的，在流動(dòng)轉(zhuǎn)化過程中，水能攜帶各種物質(zhì)，同時(shí)也能凈化水中的污染物質(zhì)，使水能夠被人類重復(fù)使用而不致枯竭。隨著人類社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)水的開發(fā)利用越來越多，影響也越來越大，因此在水的自然循環(huán)基礎(chǔ)上又形成了以人類活動(dòng)為主的人工循環(huán)。流域水的人工循環(huán)的形成，使天然狀態(tài)下地表徑流和地下徑流的通量不斷減少，而人工供水通量不斷增加。這兩種過程的此消彼漲，導(dǎo)致了流域水循環(huán)的巨大變化。

在這兩種循環(huán)中，水的自然循環(huán)是基礎(chǔ)，而水的人工循環(huán)是現(xiàn)實(shí)情況中水的自然循環(huán)的必要補(bǔ)充。水的自然循環(huán)決定了水資源的量和可使用量，水的人工循環(huán)決定了水資源的使用量及水資源的質(zhì)，在此基礎(chǔ)上形成了水資源管理的一般模式。對(duì)水資源的管理主要集中在地表水以及地下水從取水到退水的人工側(cè)支循環(huán)過程，強(qiáng)調(diào)天然水資源系統(tǒng)和人類活動(dòng)系統(tǒng)之間的相互作用，注重水資源利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)相互協(xié)調(diào)；在解決水資源問題的途徑方面，強(qiáng)調(diào)需水管理的概念和方法，以約束和協(xié)調(diào)日益增長(zhǎng)的需水要求。

1.2 流域水資源管理的原則

對(duì)水資源的管理應(yīng)重點(diǎn)把握以下幾個(gè)原則：

1）地表河流把口控制。從水的自然循環(huán)的角度，把口主要包括河流入?？?、流域出口、支流入干流入河口，必要的時(shí)候，對(duì)河流把口的水文觀測(cè)資料要進(jìn)行還原，即實(shí)測(cè)量還原為天然狀態(tài)下的水資源量，以便于正確估算河流流域的水資源總量。從水的社會(huì)循環(huán)的角度，把口還需要包括省界控制斷面、工程控制節(jié)點(diǎn)、取水口、調(diào)水口、入河排污口等，要同時(shí)兼顧水量和水質(zhì)。對(duì)河流把口的水資源信息主要來自水文站或計(jì)量設(shè)施的實(shí)際觀測(cè)。

2）地表水、地下水同時(shí)管理。從水的循環(huán)過程可以知道，大氣水降落到地球表面，形成地表徑流和地下徑流，二者共同組成了水資源總量。按照水法規(guī)定，地下水和地表水一樣，均屬于國(guó)家所有，通過取水許可制度和有償使用制度分配使用。在世界范圍內(nèi)，實(shí)行水質(zhì)和水量、地表水和地下水綜合管理已成為當(dāng)前水資源管理的發(fā)展趨勢(shì)。在工作實(shí)踐中，應(yīng)從法律、行政、管理制度等各方面加以完善，將地下水管理提高到與地表水管理同等的地位。從具體的管理方式、管理手段來看，地表水管理的各種方式均適用于地下水管理，如監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)、規(guī)劃、配置、投資等。

3）按照“三條紅線”要求，同時(shí)控制水量和水質(zhì)。水質(zhì)控制與保護(hù)管理是水行政主管部門的主要職責(zé)，是水資源管理工作的重要內(nèi)容。國(guó)家在對(duì)水利部的“三定方案”中要求：“按照國(guó)家資源與環(huán)境保護(hù)的有關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，擬訂水資源保護(hù)規(guī)劃；組織水功能區(qū)的劃分和向飲水區(qū)等水域排污的控制；監(jiān)測(cè)江河湖庫(kù)的水量、水質(zhì)，審定水域納污能力；提出限制排污總量的意見?！眹?guó)務(wù)院在《關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》中劃定了“三條紅線”控制要求，分別是用水總量控制、用水效益控制，以及河流納污總量控制。

4）防洪與利用相結(jié)合，使洪水資源化。洪水同時(shí)也是可貴的資源，所以要在保障防洪安全的前提下，利用各種工程和管理措施攔蓄洪水、滯蓄洪水和回補(bǔ)地下水，最大可能地把汛期不可利用的水量轉(zhuǎn)化為可利用水量。其主要途徑是通過洪水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、實(shí)時(shí)調(diào)度和水庫(kù)聯(lián)調(diào)以及適當(dāng)調(diào)節(jié)水庫(kù)汛限水位等手段，提高水資源利用率；通過建設(shè)洪水利用工程體系有效蓄洪補(bǔ)灌。既考慮防洪安全，又兼顧洪水資源利用和生態(tài)環(huán)境安全，產(chǎn)生更大的防洪、發(fā)電、補(bǔ)灌和環(huán)境效益。

2 水資源管理的主要技術(shù)手段

水資源管理手段從大的方面說，包括工程措施與非工程措施。具體到實(shí)際工作中，又可以分為法律手段、行政手段、經(jīng)濟(jì)手段、技術(shù)手段和宣傳教育手段等。本文僅從流域管理的技術(shù)角度講，闡述流域水資源管理的技術(shù)手段。

2.1 對(duì)天然水循環(huán)過程的管理

1）水文站網(wǎng)規(guī)劃管理。水文站任務(wù)是收集實(shí)測(cè)資料，探索基本水文規(guī)律，以滿足水資源評(píng)價(jià)、水文計(jì)算、水文情報(bào)、水文預(yù)報(bào)和科學(xué)研究的需要。水文測(cè)站按性質(zhì)分為基本站和專用站；按測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目分為：水文站、水位站、雨量站、蒸發(fā)站、水質(zhì)站、地下水觀測(cè)井等等。水文站網(wǎng)的總的規(guī)劃原則是：①整體布局，有機(jī)聯(lián)系。根據(jù)它所提供的資料，用相關(guān)、內(nèi)插和移用等方法，能解決站網(wǎng)覆蓋區(qū)域中所有地點(diǎn)的水文數(shù)據(jù)問題。②合理密度。一般用最小損失法，把內(nèi)插計(jì)算可能招致的經(jīng)濟(jì)損失和站網(wǎng)的經(jīng)費(fèi)支出疊加為目標(biāo)函數(shù)，按其極小值求出最優(yōu)布站密度。③適時(shí)調(diào)整。要根據(jù)客觀情況的發(fā)展對(duì)原有水文站網(wǎng)規(guī)劃和已布設(shè)的站網(wǎng)適時(shí)地分析、驗(yàn)證、調(diào)整和補(bǔ)充，使其更加完善和優(yōu)化。目前松遼流域已經(jīng)形成比較合理的水文站網(wǎng)，并根據(jù)管理需要適時(shí)地進(jìn)行調(diào)整補(bǔ)充和后期的站網(wǎng)評(píng)價(jià)。

2）水資源調(diào)查評(píng)價(jià)。流域水文站網(wǎng)建設(shè)以后，就可以根據(jù)水文站的長(zhǎng)系列資料，進(jìn)行流域水資源調(diào)查評(píng)價(jià)。水資源評(píng)價(jià)與規(guī)劃是水資源管理的基礎(chǔ)工作，主要任務(wù)是對(duì)流域或行政區(qū)域內(nèi)水資源按照客觀、科學(xué)、系統(tǒng)、實(shí)用的要求，查明其水資源狀況。例如：松遼流域在2002年開展了松遼流域水資源二次評(píng)價(jià)，以流域水文站網(wǎng)1956—2000年的系列資料，經(jīng)過三性分析和還原計(jì)算，分別按照流域、省以及各級(jí)水資源分區(qū)，估算了地表水資源量、地下水資源量和水資源總量，同時(shí)也對(duì)降水、蒸發(fā)、泥沙等特征值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。為松遼流域?qū)嵤┧Y源各項(xiàng)管理提供了科學(xué)依據(jù)。

3）防汛與抗洪管理。目前松遼委主要依靠國(guó)家建設(shè)的防汛抗旱指揮系統(tǒng)，以水文情報(bào)預(yù)報(bào)、防洪調(diào)度、水情會(huì)商為主要技術(shù)手段，進(jìn)行防汛與抗洪管理。

2.2 對(duì)人工水循環(huán)過程的管理

1）水量分配與調(diào)度管理。在一個(gè)流域或區(qū)域的供水系統(tǒng)內(nèi)，要按照上下游、左右岸、各地區(qū)、各部門兼顧和綜合利用的原則，制定水量分配計(jì)劃和調(diào)度運(yùn)用方案，作為正常運(yùn)用的依據(jù)。例如：松遼流域在2009年完成了《松遼流域水資源綜合規(guī)劃》，以2006年為基準(zhǔn)年，對(duì)松花江區(qū)和遼河區(qū)兩個(gè)一級(jí)區(qū)近期2020和遠(yuǎn)期2030年進(jìn)行了供水和需水預(yù)測(cè)，并根據(jù)供需平衡分析結(jié)果，提出跨流域供水和不同行業(yè)供水的配置方案，合理規(guī)劃水資源配置工程，同時(shí)提出水資源和水生態(tài)保護(hù)措施。

2）水資源論證和取水許可管理。我國(guó)對(duì)水資源實(shí)行統(tǒng)一管理、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一調(diào)配、統(tǒng)一發(fā)放《取水許可證》和統(tǒng)一征收水資源費(fèi)，建設(shè)單位在取水前要進(jìn)行水資源論證。水資源論證和取水許可管理是控制用水的重要手段。在松遼委的職權(quán)范圍內(nèi)，取用水建設(shè)單位在項(xiàng)目批準(zhǔn)立項(xiàng)后要請(qǐng)有資質(zhì)的單位編制水資源論證報(bào)告書，經(jīng)松遼委組織專家審查通過后，可進(jìn)一步申請(qǐng)辦理取水許可，由建設(shè)項(xiàng)目取水口所在地省區(qū)級(jí)水行政主管部門向松遼委轉(zhuǎn)報(bào)。經(jīng)松遼委審核、受理、審批、發(fā)放取水許可決定書并向社會(huì)公告后，取水戶方取得取水資格。

3）水質(zhì)控制與保護(hù)管理。水質(zhì)控制與保護(hù)管理是為了防治水污染，改善水源，保護(hù)水的利用價(jià)值，主要是采取工程與非工程措施，對(duì)水質(zhì)及水環(huán)境進(jìn)行控制與保護(hù)。通過監(jiān)督水源地水質(zhì)狀況、控制水功能區(qū)納污容量以及對(duì)入河排污口進(jìn)行設(shè)置審批等手段，保護(hù)水資源。

3 松遼流域水資源管理系統(tǒng)框架

松遼流域水資源的主要特點(diǎn)是：水資源短缺、時(shí)空分布不均、污染嚴(yán)重、地下水嚴(yán)重超采。同時(shí)在管理上存在著國(guó)際河流、省界河流眾多，水事糾紛頻發(fā)等問題。目前，松遼流域已建立合理的水文站網(wǎng)，能夠較好地把握天然水循環(huán)過程，同時(shí)，能夠充分利用國(guó)家防汛抗旱指揮系統(tǒng)，防御大洪水。但是從社會(huì)水循環(huán)角度，松遼流域至今尚未建立一套類似于防汛抗旱指揮系統(tǒng)的水資源管理系統(tǒng)。自2009年開始，水利部開始著手建設(shè)國(guó)家以及7個(gè)流域、31個(gè)省級(jí)行政區(qū)的水資源管理系統(tǒng)。2010年水利部松遼水利委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱松遼委）編制了《松遼流域水資源管理系統(tǒng)建設(shè)實(shí)施方案》，并在2011年上報(bào)水利部，目前系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)啟動(dòng)。松遼流域水資源管理系統(tǒng)的建設(shè)是繼防汛抗旱指揮系統(tǒng)之后水利發(fā)展的又一次大的進(jìn)步，也是實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理制度的必要手段?，F(xiàn)將系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大體框架介紹如下。

3.1 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)共有6個(gè)核心服務(wù)層，分別是信息采集與傳輸層、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)資源管理層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和應(yīng)用交互層。另外包括三個(gè)輔助服務(wù)層和一個(gè)外部服務(wù)層。

3.2 信息采集與傳輸系統(tǒng)

根據(jù)需求分析結(jié)果，確定流域直接采集的信息監(jiān)測(cè)點(diǎn)。包括流域直管取水口92處、地下水超采區(qū)36處、國(guó)控省界斷面78處、省界緩沖區(qū)內(nèi)入河排污口17處、重要水功能區(qū)80處、重要城市飲用水水源地2處。信息采集點(diǎn)根據(jù)需要采集水位、水量或水質(zhì)，并配備相應(yīng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器。信息采集點(diǎn)同時(shí)配備遙測(cè)數(shù)傳儀（RTU）、GPRS通訊模塊、電源系統(tǒng)、防雷設(shè)施等設(shè)備，采用GPRS方式向流域監(jiān)控中心傳輸數(shù)據(jù)。

圖1 松遼流域水資源管理系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

3.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)依托松遼流域防汛抗旱指揮系統(tǒng)和松遼委電子政務(wù)系統(tǒng)已建成的骨干網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行補(bǔ)充建設(shè)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分為骨干網(wǎng)、省區(qū)骨干網(wǎng)和松遼委局域網(wǎng)。根據(jù)需要對(duì)松遼委局域網(wǎng)補(bǔ)充建設(shè)專線和交換機(jī)。

3.4 數(shù)據(jù)資源管理平臺(tái)

水資源數(shù)據(jù)管理平臺(tái)包括基礎(chǔ)類數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)類數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史類數(shù)據(jù)庫(kù)、分析類數(shù)據(jù)庫(kù)和元數(shù)據(jù)庫(kù)（如圖2所示）。監(jiān)控中心接收到的在線監(jiān)測(cè)信息經(jīng)處理后進(jìn)入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。其他類型的信息可以手工導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)入庫(kù)前進(jìn)行信息標(biāo)準(zhǔn)化和入庫(kù)質(zhì)量控制。監(jiān)控中心根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)容量添置數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、光線存儲(chǔ)陣列、SAN光纖存儲(chǔ)交換機(jī)、磁帶庫(kù)、備份軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)軟件等。

圖2 松遼流域水資源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)圖

3.5 應(yīng)用支撐平臺(tái)

應(yīng)用支撐平臺(tái)是應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行平臺(tái)，包括系統(tǒng)資源管理服務(wù)、公共基礎(chǔ)服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)等部分，為水資源管理業(yè)務(wù)處理提供信息及軟件資源支撐服務(wù)。應(yīng)用支撐平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)與數(shù)據(jù)庫(kù)的分離，它通過提供對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)一訪問及數(shù)據(jù)交換服務(wù)，實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，通過GIS服務(wù)、報(bào)表服務(wù)、圖表服務(wù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的支撐。應(yīng)用支撐平臺(tái)匯聚了水資源管理系統(tǒng)各項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用中的公共或可復(fù)用的業(yè)務(wù)處理邏輯，形成標(biāo)準(zhǔn)化且開放的軟件資源。

3.6 業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)

業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，系統(tǒng)主要包括四大模塊，分別是水資源信息服務(wù)、水資源管理業(yè)務(wù)、水資源調(diào)配決策支持和水資源應(yīng)急管理。同時(shí)通過內(nèi)網(wǎng)門戶和外網(wǎng)門戶實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用成果的輸出和發(fā)布。

圖3 松遼流域水資源管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

水資源信息服務(wù)模塊功能包括：水資源監(jiān)測(cè)信息的接收、轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)；水資源監(jiān)測(cè)信息的大屏幕自動(dòng)監(jiān)視、實(shí)時(shí)查詢和自動(dòng)預(yù)警；水資源信息的網(wǎng)絡(luò)新聞發(fā)布；水資源綜合信息的查詢。

水資源管理業(yè)務(wù)模塊功能包括：水源地管理、地下水超采區(qū)管理、供水工程管理、水資源論證管理、取水許可管理、節(jié)水管理、水功能區(qū)管理、入河排污口管理、水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)管理、水資源規(guī)劃管理、水資源信息統(tǒng)計(jì)與發(fā)布。根據(jù)各項(xiàng)水資源業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)信息化管理。

水資源調(diào)配決策支持模塊功能包括：供水調(diào)度、決策會(huì)商和方案后評(píng)估。

水資源應(yīng)急管理模塊功能包括：超常預(yù)警、應(yīng)急預(yù)案管理、應(yīng)急信息服務(wù)和應(yīng)急調(diào)度。

以上是松遼流域水資源管理系統(tǒng)的主要框架，另外還需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、信息安全體系和運(yùn)維管理體系的建設(shè)，最后進(jìn)行系統(tǒng)的各種軟件、硬件、接口和子系統(tǒng)的集成。

4 結(jié)語(yǔ)

松遼流域水資源管理系統(tǒng)的建設(shè)遵循了現(xiàn)代水資源管理的一般模式，兼顧對(duì)天然水循環(huán)過程和人工水循環(huán)過程的管理。按照水利部統(tǒng)一部署，松遼流域水資源管理系統(tǒng)將以3年建成，5年完善。建成后的水資源管理系統(tǒng)將明顯改善松遼流域?qū)λY源的管理手段，提高信息化管理水平。