劉 杰 ，朱靜蘋 ，沈 強(qiáng) ，王 鋒 ，張 寧

（1. 北京金水信息技術(shù)發(fā)展有限公司，北京 100053；2. 江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京 210018；3. 天津市水文水資源勘測(cè)管理中心，天津 300061；4. 水利部機(jī)關(guān)服務(wù)局，北京 100053；5. 中國康復(fù)研究中心，北京 100083）

0 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展、地下水的長期不合理開發(fā)利用及人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境影響的加劇，引發(fā)了地下水位下降、河道斷流趨勢(shì)加重、湖泊濕地萎縮、泉水干涸、海水入侵、水質(zhì)污染等一系列生態(tài)環(huán)境問題。但是，我國目前的地下水監(jiān)測(cè)工作仍比較落后，不能滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展及實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理制度對(duì)地下水信息的基本需求。為此，開展國家地下水監(jiān)測(cè)工程建設(shè)，完善地下水監(jiān)測(cè)站網(wǎng)，將國內(nèi)外先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)與儀器設(shè)備用于地下水監(jiān)測(cè)工作，有效提高地下水信息的自動(dòng)采集能力、共享服務(wù)能力及信息采集傳輸?shù)臅r(shí)效性，不僅必要，而且十分迫切。

為貫徹落實(shí)黨和國家重要治水思路，實(shí)施最嚴(yán)格的水資源管理制度，2014 年 7 月，國家發(fā)展和改革委員會(huì)批復(fù)了由水利部和國土資源部共同完成的《國家地下水監(jiān)測(cè)工程可行性研究報(bào)告》，要求國家地下水監(jiān)測(cè)工程按照“聯(lián)合規(guī)劃、統(tǒng)一布局、分工協(xié)作、避免重復(fù)、信息共享”的原則，由水利部和國土資源部聯(lián)合實(shí)施[1]。其中，水利部分建設(shè)任務(wù)為建設(shè) 1 個(gè)國家地下水監(jiān)測(cè)中心（與國土資源部共同購置）、7 個(gè)流域監(jiān)測(cè)中心、32 個(gè)省級(jí)（含新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)）監(jiān)測(cè)中心、280 個(gè)地市級(jí)分中心，新建改建 10 298 個(gè)地下水監(jiān)測(cè)站、相應(yīng)配套地下水水位信息自動(dòng)采集傳輸處理設(shè)備等[2-3]。

1 信息化建設(shè)目標(biāo)

國家地下水監(jiān)測(cè)工程項(xiàng)目（水利部分）信息化建設(shè)的總體建設(shè)目標(biāo)是：“制定一套信息化標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)建設(shè)，構(gòu)建四級(jí)交換共享體系匯集數(shù)據(jù)，建設(shè)統(tǒng)一信息化應(yīng)用平臺(tái)支撐業(yè)務(wù)”[4]，具體內(nèi)容如圖 1所示。

1.1 制定一套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系

國家地下水監(jiān)測(cè)工程項(xiàng)目涉及中央、流域、?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）、地市 4 個(gè)建設(shè)層級(jí)，涉及的內(nèi)容包括信息采集與傳輸、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)匯集和管理、應(yīng)用支撐平臺(tái)、業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、地下水監(jiān)測(cè)中心和信息安全體系等多個(gè)部分。項(xiàng)目層次和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，信息采集點(diǎn)眾多，數(shù)據(jù)量大，規(guī)范性和安全性要求很高，各級(jí)系統(tǒng)之間存在大量的數(shù)據(jù)交換。統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)，是項(xiàng)目能順利實(shí)施和運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，是保障中央、流域、省、地市等各級(jí)信息平臺(tái)之間互聯(lián)互通和信息共享的重要基礎(chǔ)。本工程以國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，基于本工程的實(shí)際情況和要求，制定了 5 類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，涵蓋采集傳輸、交換共享、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、技術(shù)管理、成果管理等方面。

圖 1 平臺(tái)總體集成框架

1.2 構(gòu)建四級(jí)交換共享體系

四級(jí)數(shù)據(jù)交換共享是指數(shù)據(jù)在地市、省、流域、水利部 4 個(gè)層級(jí)之間傳輸交換的過程。各級(jí)節(jié)點(diǎn)之間貫通交互的流程包括省-流域、省-水利部、水利部-流域、省-地市及水利部分與自然資源部分的交互流程。

各級(jí)節(jié)點(diǎn)之間地下水?dāng)?shù)據(jù)的傳輸主要依托水利政務(wù)外網(wǎng)。其中，結(jié)構(gòu)化的監(jiān)測(cè)類、基礎(chǔ)類及業(yè)務(wù)類的數(shù)據(jù)通過地下水交換適配器，結(jié)合水利統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換軟件提供的數(shù)據(jù)傳輸交換實(shí)現(xiàn)。四級(jí)貫通集成內(nèi)容主要包括：1）監(jiān)測(cè)類數(shù)據(jù)四級(jí)交換。完成地下水水位、水溫、水量及水質(zhì)等數(shù)據(jù)在四級(jí)之間的交換。2）基礎(chǔ)類數(shù)據(jù)。完成基本類、分區(qū)類及用戶類等信息在四級(jí)之間的交換。3）業(yè)務(wù)類數(shù)據(jù)四級(jí)交換是指整編類、試驗(yàn)類和分析評(píng)價(jià)類等業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)的上報(bào)與下發(fā)，實(shí)現(xiàn)四級(jí)之間地下水監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)成果數(shù)據(jù)的交換。

1.3 建設(shè)統(tǒng)一的信息化應(yīng)用平臺(tái)

國家地下水監(jiān)測(cè)工程項(xiàng)目（水利部分）按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)了國家地下水信息化應(yīng)用平臺(tái)，并在國家、流域、省、地市分中心等約 300 個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行部署實(shí)施，具體包含如下內(nèi)容：

1）統(tǒng)一的基礎(chǔ)環(huán)境資源。整個(gè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)環(huán)境由項(xiàng)目組統(tǒng)一購置。主要包括以下 2 個(gè)部分：a.基礎(chǔ)軟件。主要包括：J2EE 應(yīng)用服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫管理，消息中間件、GIS 等軟件。b. 基礎(chǔ)硬件。主要包括：數(shù)據(jù)采集工作站、核心應(yīng)用服務(wù)器、核心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等。地下水項(xiàng)目基于已建成的水利部防汛抗旱指揮系統(tǒng)骨干網(wǎng)，以及本地節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、安全管理等外部網(wǎng)絡(luò)及硬件環(huán)境，根據(jù)地下水業(yè)務(wù)應(yīng)用的需要，按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)搭建了各節(jié)點(diǎn)地下水業(yè)務(wù)應(yīng)用運(yùn)行的軟硬件環(huán)境。

2）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源庫。國家地下水監(jiān)測(cè)工程新建改建了 20 469 個(gè)地下水監(jiān)測(cè)井，其中水利部分建設(shè) 10 298 個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，自然資源部建設(shè) 10 171 個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。按照兩部共享交換辦法，目前已實(shí)現(xiàn)基本和整編成果信息共享。

其中，水利部建設(shè)成果基于項(xiàng)目收集整理了全套基礎(chǔ)信息，包括地下水監(jiān)測(cè)井、抽水試驗(yàn)、土壤篩分試驗(yàn)、綜合成井圖等信息。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（水位、埋深、水溫、泉流量、水質(zhì)等）通過統(tǒng)一開發(fā)的接收處理軟件及地下水四級(jí)交換體系按照“六采一發(fā)”（每天采集 6 次，分別是 12：00，16：00，20：00，0：00，4：00，次日早 8：00；每天 8：00 發(fā)送此 6 組數(shù)據(jù)）的模式，于次日早晨 8：00 上報(bào)至中央。長系列地下水位人工監(jiān)測(cè)資料主要包括2000 年以來各省人工監(jiān)測(cè)的歷史地下水埋深等值面分析成果。

3）統(tǒng)一的應(yīng)用軟件。國家地下水監(jiān)測(cè)工程（水利部分）共開發(fā) 14 套業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件。

按照業(yè)務(wù)類別可分為以下 4 類：a. 業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件。地下水監(jiān)測(cè)信息接收處理、信息交換與共享、資源業(yè)務(wù)應(yīng)用、水質(zhì)分析、監(jiān)測(cè)資料整編、信息查詢與維護(hù)、資源信息發(fā)布、移動(dòng)客戶端軟件。b. 典型示范應(yīng)用軟件。主要包括關(guān)中平原典型區(qū)地下水資源模型、海河流域典型平原區(qū)地下水模擬與應(yīng)用平臺(tái)。c. 綜合分析類軟件，包括綜合成果分析應(yīng)用、運(yùn)維及績(jī)效考核保障等軟件。d. 政務(wù)應(yīng)用類軟件，包括資產(chǎn)和檔案管理軟件。

2 主要建設(shè)成果

目前，國家地下水監(jiān)測(cè)項(xiàng)目整體工程已完成全部建設(shè)任務(wù)，建成了功能完善，覆蓋國家、流域、省、地市四級(jí)中心的國家地下水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全國監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集傳輸、接收處理、交換共享、分析評(píng)價(jià)等全業(yè)務(wù)流程信息化。系統(tǒng)自上線運(yùn)行以來，取得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和分析評(píng)價(jià)成果已在華北地下水超采綜合治理、河湖地下水回補(bǔ)試點(diǎn)、南水北調(diào)工程生態(tài)評(píng)價(jià)、西遼河流域“量水而行”水文監(jiān)測(cè)分析評(píng)價(jià)、三江平原地下水壓采方案制定等工作中發(fā)揮了積極作用，取得了顯著的社會(huì)效益，將為我國水資源合理開發(fā)利用與優(yōu)化配置、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、工業(yè)發(fā)展布局、城市發(fā)展規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等提供重要支撐和服務(wù)。

2.1 建成國家級(jí)地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1）1 套國家級(jí)地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)站網(wǎng)。按照“區(qū)域控制和重點(diǎn)布設(shè)相結(jié)合”的原則建成 10 298 個(gè)國家級(jí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，地下水水位（埋深）、水溫等信息采集頻率為 “六采一發(fā)”。10 298 個(gè)監(jiān)測(cè)站建站資料通過信息源建設(shè)進(jìn)行了電子化入庫，包括測(cè)站基本情況、綜合成井、物探鉆孔、設(shè)備安裝調(diào)試、抽水試驗(yàn)、土樣篩分試驗(yàn)、水質(zhì)分析等信息共計(jì) 139 萬 余條。

2）1 套國家級(jí)地下水?dāng)?shù)據(jù)交換體系。按照“橫向共享，縱向交換”的原則，基于水利統(tǒng)一交換平臺(tái)，建設(shè)了國家-流域-省-地市四級(jí)地下水共享交換體系。

3）14 套業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件。按照“統(tǒng)一開發(fā)、分級(jí)部署”的原則，開發(fā)了 14 套業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件，涵蓋數(shù)據(jù)接收處理、傳輸交換、管理查詢、分析應(yīng)用、數(shù)據(jù)整編、信息發(fā)布等日常監(jiān)測(cè)分析管理。

2.2 反演主要平原區(qū)長系列地下水動(dòng)態(tài)過程

1）繪制北方 17 省 2000 年以來歷史地下水埋深分析成果。項(xiàng)目收集了北方 17 個(gè)省份 2000 年以來地下水人工監(jiān)測(cè)歷史整編資料 2 000 余萬條，采用克里金插值方法，繪制了 6 000 余幅省級(jí)歷史地下水月平均埋深等值線分析圖。

2）基于網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)主要平原區(qū)歷史地下水埋深制作與反演。以各省歷史等值線（面）分析成果為基礎(chǔ)，繪制了黃淮海、松遼平原區(qū)歷史地下水月平均埋深等值線（面）204 幅。按照網(wǎng)格距離最近的方法，實(shí)現(xiàn)了黃淮海、松遼平原區(qū)歷史資料與 10 298 個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的融合，反演形成了國家地下水長系列的動(dòng)態(tài)分析成果。

2.3 建成全國主要平原區(qū)地下水分析評(píng)價(jià)參數(shù)空間數(shù)據(jù)庫

項(xiàng)目收集了主要平原區(qū)地下水給水度、降雨入滲、蒸發(fā)分區(qū)及參數(shù)，并將參數(shù)展布在 1 km×1 km網(wǎng)格內(nèi)，為全國主要平原區(qū)地下水分析評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支撐。

3 結(jié)語

目前，國家地下水監(jiān)測(cè)工程（水利部分）基本可以支撐 20 469 個(gè)測(cè)站日常的采集、監(jiān)測(cè)、傳輸、分析等業(yè)務(wù)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)以全國主要平原區(qū)、盆地、巖溶山區(qū)、重要水源地和超采區(qū)為重點(diǎn)地區(qū)地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。但是隨著系統(tǒng)上線使用，用戶對(duì)系統(tǒng)的依賴也逐漸增加，所以還需要進(jìn)一步持續(xù)投入，逐步細(xì)化管理業(yè)務(wù)，提升系統(tǒng)對(duì)業(yè)務(wù)的支撐能力，具體如下：

1）進(jìn)一步完善數(shù)據(jù)交換體系的建設(shè)。a. 通過加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)交換各環(huán)節(jié)的統(tǒng)計(jì)，形成更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換監(jiān)控，為數(shù)據(jù)交換的運(yùn)維提供依據(jù)。例如，針對(duì)到報(bào)率，原來只是粗略地統(tǒng)計(jì)測(cè)站到中央的到報(bào)情況，隨著管理的精細(xì)化，需要將到報(bào)率區(qū)分為測(cè)站到省里的到報(bào)率和測(cè)站從省里交換到中央的交換率，并實(shí)現(xiàn)按照政區(qū)、廠家、設(shè)備的多角度評(píng)估和深層次的問題挖掘。b. 優(yōu)化數(shù)據(jù)交換流程，縮短上報(bào)周期。例如，本項(xiàng)目中的四級(jí)交換體系，每一級(jí)都有 1 個(gè)中間庫，是設(shè)備廠商與平臺(tái)廠商之間工作的邊界。當(dāng)項(xiàng)目建設(shè)完成后，達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行后，可以考慮將該中間庫環(huán)節(jié)刪減，以縮短數(shù)據(jù)上報(bào)周期。

2）進(jìn)一步加強(qiáng)各級(jí)系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)。國家地下水監(jiān)測(cè)項(xiàng)目目前已經(jīng)進(jìn)入運(yùn)行維護(hù)階段。為保障整套系統(tǒng)能夠持續(xù)發(fā)揮效益，做出以下努力：a. 積極申請(qǐng)全額運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，確保運(yùn)維工作的資金支持；b. 加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行維護(hù)效果的監(jiān)管和考核，確保運(yùn)維工作落到實(shí)處，見到效益；c. 定期舉辦對(duì)系統(tǒng)的操作使用培訓(xùn)，讓更多的人能夠借助系統(tǒng)提升工作效能，也讓整套系統(tǒng)能在真實(shí)、復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景中進(jìn)一步深化、發(fā)展。