GIS技术在农村水利工程管理中的应用研究

卢清国

（1.河南省地图院，河南 郑州 450008）

近年来，河南省连续遭遇不同程度的干旱、洪涝，危及粮食安全和社会稳定[1]。为应对这种灾害性气候，保证粮食产量，河南省政府在原有农村水利工程的基础上，加大了对农村水利工程的投入。但由于这些工程分散，管理水平低下，造成了维护困难，直接影响这些农村水利工程正常功能的发挥。为使这些水利建设工程发挥最大的功效，需要建立信息化的水利管理信息平台，将分散性的农村水利工程进行高效管理、组织，切实为农村水利工程运营管理提供便利的管理工具，有效降低管理成本[2]。

1 农村水利工程管理现状

农村小型水利工程种类繁多，主要包括小型沟、渠、圩、坝、桥、涵、水库、机井、排灌站等。微小的水利工程一般是乡、村(组)集体投资建成，也有一部分是通过农业扶贫资金来兴建[3]。国家为了保证粮食安全，加大了对农村的投入，也兴建了一批小型的水利工程。但受传统思想和客观条件的限制，这些微小水利工程管理现状普遍堪忧，严重影响了其正常功能的发挥。

1.1 工程管理滞后

农村水利工程的管理一般都是按行政区划管理，各行政区域缺少共同管理的联合机制。由于地方财政的局限性、工程养护经费不足、农户承担有限，工程在管理维护中入不敷出，造成了一些工程不能及时有效地更新，使得这些原本应该发挥作用和效益的水利设施服务质量下降，形成难以为继的恶性循环。

1.2 财政投入不足。

由于地方政府财政的局限性，不能及时对农村水利工程给予配套和补助。尽管国家对农村水利工程的管理和建设加大了资金投入，也给了很大的政策倾斜，但是河南省作为农业大省，农村水利工程的财政资金缺口依然较大，这些优惠政策不能从根本上解决水利工程的建设所需。项目不能正常启动和正常验收，也加大了争取更多水利资金的难度。

1.3 基层水利技术人员技术水平和综合素质参差不齐

基层水利部门直接面向农村，尽管有设计、监理、施工、政府监督等多种职能，但作为一个单一的水利管理部门，有管理范围窄、级别低的弱点。随着政府机构改革，乡镇以下水利站都进行了撤并、人员分流，形成了工作积极性不高的工作状态。技术人员主要负责行政事务，很少参加技术培训，进行必要的技术交流，技术水平有限，更缺乏深层次的实践经验，这种状态直接造成了农村基层水利技术人员综合素质参差不齐，同时资源配置不均导致效率低下，不能发挥应有的对农村水利工程的监管职能[4]。

2 系统的设计原则

农村水利工程管理信息系统是一个专题性的地理信息系统，是互联网技术结合地理信息技术在水利工程管理方面的具体实践。开发、设计时既要考虑满足互联网技术的应用，也要满足地理信息与实际工程结合，管理数据量大，处理复杂。系统设计时应遵循以下原则：

1）科学性原则。借鉴国内外已经成功应用的管理类地理信息系统开发经验，结合农村水利工程分布与管理的专业特点，按照地理信息工程的思想和方法创建，从而保证系统建设的科学性。

2）实用性原则。立足于河南省农村水利工程综合管理现状，在提高工程管理水平的原则下，确保为各级水利主管部门和政府提供准确、及时、有效的工程状况信息，满足河南省农村水利工程管理的需要。

3）标准化原则。系统建设严格按相应的规范标准执行，水利数据将按照水利工程建设的行业标准和规范，地理信息数据按照地理信息产业标准和规范进行数据处理，从而保证系统信息的规范化和标准化。

4）可扩充性和开放型原则。系统在设计上应注重农村水利工程建设的原则、国家的政策法规、软件平台的发展及扩展、硬件设施的升级等。

5）兼容性原则。系统设计充分考虑各类数据的格式，通用标准的地理信息数据格式不仅能实现各种地理信息数据的共享和升级，也能实现应用与不同的应用系统。标准的水利数据格式对于系统维护和更新也是一种保障。

3 系统功能结构和体系架构

3.1 系统的功能结构

农村水利工程信息管理系统对水利用户既是一个开放的资源共享系统，也是一个应用集成的系统，其功能是为政府和各级水利主管部门提供农村水利工程的基本信息和管理状态等服务，也是水利工程信息化管理的重要组成部分。主要技术是利用当前流行的互联网+地理信息技术，将农村的水利工程的状态在政务版电子地图上展现出来，满足水利工程在建设，维护、使用、管理上的需要，有利于更加高效快捷地管理农村水利工程。

系统采用B/S与C/S相结合的软件架构方式，主要服务于不同的工作方式。采用面向服务构架的设计思想，一般业务工作使用B/S架构，应用子系统采用C/S架构。河南省农村水利工程管理平台主要分“工程基本状态”、“地图服务”、“项目受益范围信息”、“工程管理”等相关功能，主要应用于水利工程的基本信息编辑与查询。按照行政管理范围，分别按省、市、县、乡、行政村五级权限对全省农村水利工程统一管理。系统主要功能结构如图1所示。

图1 农村水利工程系统功能结构图

3.2 系统的体系架构

农村水利工程信息管理系统从逻辑架构上可分为4个层次：基础层、数据层、应用层和服务层，系统的总体架构如图2所示。

1）基础层是系统建设和运行分析的基础，包括操作系统平台、GIS基础平台、数据库基础平台，这些平台是“农村水利工程管理系统”运行的基础。

2）数据层是整个系统的数据管理与交换中心，包括地理空间数据库、水利基础数据库、农村水利工程专题数据库和元数据4大类。存储了基础地理信息数据、航空航天影像数据、农村水利设施基本数据、所有水利工程建设原始资料、部分工程三维场景数据等各类数据。数据中心依托现有成熟的数据库管理软件SQL和ArcGIS平台，按照统一的标准建立水利工程地理空间数据库，对数据实行集中管理与存储，为应用系统平台提供完整数据支撑[5]。

3）应用层是平台建设的核心层，具体包括供水工程信息服务、抗旱应急工程等应用子系统，该层采用开放式的结构构建，可以在运营期不断添加构建其他应用系统，保证了系统的兼容性。

4）服务层也可以称为用户应用层，通过应用程序、浏览器等为用户提供农村水利工程信息管理，具体功能模块包括基本浏览与操作、数据交换、Web 信息发布等，实现各种业务模块的快速搭建和集成。

图2 农村水利系统体系结构图

4 系统功能

4.1 水利工程信息管理功能

农村水利工程种类繁多，除了沟、渠、圩、坝、桥、涵、水库、机井、排灌站外，还有小型的坑塘、湖泊，水电站也是其中的一部分，每个工程的作用也不一样，所以水利工程信息管理的内容十分丰富。为了在客户端有好的体验，系统对工程信息按点、线、面工程进行了分类管理：点状（坝、桥、涵、机井等）、线状（沟、渠、圩等）面状（坑塘、水库等）。每个工程分别建立了工程建设信息和工程使用信息表。如点状、线状、面状工程分别管理以下信息：项目代码、工程名称、立项时间、竣工时间、施工单位、监理单位、管理责任人、工程长度、工程面积、水源水质、水源深度、储水能力、受益范围（受益人数或者户数）、受益面积、项目照片、工程简介、备注等。并根据以上信息，提供多种查询方式。

4.2 抗旱应急工程信息管理功能

该功能主要包括各年度新建水利工程的基本信息，项目的申请、审批、施工、监理及项目拆迁赔偿等项目建设的基本状态，也包括具体已建工程的基本信息，如工程的范围、长度、面积、受益人口等信息管理。

4.3 工程添加、更新功能

添加农村水利工程详细信息有两种方式：①可以通过管理人员后台对各种数据库进行添加、更新；②远程用户也可以通过网页进行添加，后台审核通过核实添加到数据库，即完成工程内容添加、更新。

4.4 地图功能

跨平台的浏览器支持矢量地图和栅格数据显示，地图平滑缩放、自动漫游，地理信息标注、纠错。系统终端以不同比例尺行政区划的主要地理要素为背景的电子地图，叠加水利工程要素，在终端显示屏上平滑缩放，通过不同形式标识工程项目信息，并自动调整标注显示大小。

4.5 查询、统计功能

系统提供的查询功能主要包括项目名称查询、地点查询、竣工时间查询、受益范围大小查询、面积查询，根据查询结果输出相应的显示结果，对于模糊查询，将显示统计图表和分布范围，地图上出现鹰眼亮显。

4.6 输出功能

系统提供了两种输出方式，各种专题信息可以通过显示器和投影屏幕输出，也可以通过打印设备对查询的结果和专题进行专业输出。

4.7 其他功能

系统除了以上功能，还可通过GPS对各类工程进行定位、信息输入、数据更新。每个水利工程也可接入不同类型的多媒体数据，多媒体数据的类型有照片、录像、工程图、剖面图、录音、文字。

5 结 语

本文通过对GIS在农村水利工程管理信息系统中的应用，实现了农村水利工程信息化管理模式，通过WebGIS的技术手段将农村水利基础数据库系统、农村水利专题数据库和基础地理信息数据系统进行系统整合[6]。充分利用GIS的强大空间功能，改变过去档案展示和静态的信息管理模式，促进了各级水利部门实行农村水利工程共享化管理，为行业主管各项决策提供信息基础，确保农村水利工程最大效能发挥。

在近几年，随着城市化战略的开展，国家大力推进社会主义新农村建设，也对农村水利基础设施建设逐步增加投入力度。河南省农村水利工程信息系统的建设，加快了河南省农村水利信息化进程，通过全新的GIS技术手段规范农村水利工程管理流程，提高工作效率，全面提高了河南省农村水利行业管理水平和管理能力[7]。