曹 伟 ，杜 文

（1．新疆维吾尔自治区水资源中心，新疆 乌鲁木齐 830000；2．黄河水利委员会信息中心，河南 郑州 450003）

0 引言

新疆水资源管理工作经过多年的发展，已经形成了相对完善的管理体系。通过国家水资源监控能力建设新疆一期、二期工程等项目（以下简称国控水资源项目）的投入使用，初步构建水利部、黄河水利委员会、自治区水利厅、地（州、市）和县（市、区）五级水资源信息化管理体系，基本形成与实行最严格水资源管理制度相适应的水资源监控能力。但受项目投资规模、建设重点等制约，还存在着用水总量管理一级取水口（地表水和地下水）（以下简称一级取水口）自动化监测覆盖不全、各级用水管理单位对监测数据和业务管理标准不统一、信息资源存在管理孤岛等问题。

为深入贯彻网络强国的重要思想，积极践行“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路[1]，全面落实“安全、实用”的水利网信发展总要求[2]，进一步发挥新疆水利系统现有信息资源的作用与效能，实现自治区水利厅、地（州、市）和县（市、区）水利部门之间取用水管理工作的业务协同管理，自治区一级取水口取用水监测数据在一点一源的原则下，对所有地（州、市）用水总量的红线进行监管，通过将国控水资源项目的和除阿勒泰地区及伊犁州外 12 个地（州、市）自建的一级取水口取用水监测数据，接入自治区水利厅资源整合共享数据库，开发建设新疆用水总量管理信息系统（以下简称信息系统）。

1 信息系统建设内容

1.1 建设目标

遵循自治区水利厅信息资源整合共享、水利业务协同应用的整合思路，以建设大数据、大平台和大系统为新疆水利信息化建设总目标。利用自治区水利厅现有云平台，基于新疆水利一张图，以新疆水利现有水利专网为载体，以安全体系为保障，充分利用 GIS、数据脱敏等信息化技术手段，构建信息系统，面向水利厅、地（州、市）和县（市、区）水利管理单位提供一级取水口用水总量数据，为实行最严格水资源管理制度考核提供有力的技术支撑。

1.2 建设任务要求

信息系统主要建设任务包括以下 4 个方面：

1）基础数据收集整理。对 12 个地（州、市）一级取水口基础数据进行统一整编，梳理隶属行政区划关系，统一对一级取水口进行编码。梳理一级取水口统一编码和各地（州、市）、国控水资源项目涉及一级取水口的关联关系，对一级取水口编码进行关联映射，并将以上基础、关系数据存入自治区资源整合共享数据库，同时对一级取水口进行矢量化处理，处理成果作为信息系统的基础数据。

2）数据接入实施。将国控水资源项目涉及的一级取水口日统计用水量数据接入自治区水利厅资源整合共享数据库；同时，将 12 个地（州、市）自建的一级取水口日用水量数据通过数据交换，采用ETL 工具或数据库触发器的方式接入自治区水利厅资源整合共享数据库。

3）信息化应用建设。信息系统配套的应用建设功能包括监测用水量计算、填报等功能，具体功能分析如下：

a．接入数据自动统计计算功能。对接入的一级取水口监测数据进行自动累计，实现县（市、区）和地（州、市）级单位日、月、年总用水量的自动统计计算。

b．人工填报功能。对零星的、自动化监测设施出现故障及监测水量异常的一级取水口，可以按日进行人工填报。数据填报后，可对一级取水口、县（市、区）和地（州、市）的用水量进行自动累计计算。同时，还可对全疆、各地（州、市）和县（市、区）总用水量，地表水和地下水红线年指标数据进行填报。

c．用水量设定功能。根据自动化监测数据和人工填报数据对比结果，人工核定县（市、区）级单位的月用水量，据此统计计算核定后的县级以上单位一级取水口地表水、地下水月和年用水量及总用水量。

d．一级取水口数据接入功能。将国控水资源项目一级取水口监测信息梳理后归并到各县（市、区），同时将接入地（州、市）自建的一级取水口监测信息归并到县（市、区），基于新疆水利一张图，实时管理一级取水口日、月、年累计用水量。

e．不同维度统计功能。从全疆、地（州、市）和县（市、区）3 个维度进行分类统计，包括：自动化监测数据对应的一级取水口日、月、年用水量；人工填报数据对应的县（市、区）以上单位一级取水口月和年用水量；核定后的全疆、地（州、市）、县（市、区）的月和年总用水量，以及一级取水口对应的用水量。

f．预警功能。分析对比按照自动化监测和人工填报等数据进行统计后的月和年用水量数据，设置对比误差范围，对超误差范围信息进行预警；对比一级取水口许可水量，对即将达到许可水量的取水口进行预警。

g．统计汇总功能。按日对自动化监测数据的交换异常情况进行统计汇总，按月对人工填报完成情况进行统计汇总。

4）配套支撑保障体系建设。参照 SL 478—2010《水利信息数据库表结构及标识符编制规范》和 SL/T 213—2020《水利对象分类与编码总则》要求，编制《新疆地表水、地下水取用水监测数据集成技术指南》等自治区水资源信息化管理工作标准，规范各地（州、市）新建用水总量控制工作相关的信息系统建设。出台《自治区水资源用水总量控制数据填报及交换工作运行管理制度》，明确信息系统所需的数据交换和填报任务及责任部门，强调考核机制，确保信息系统数据来源稳定。在自治区水利厅网络信息中心云平台对信息系统进行部署，利用新疆水利厅网络信息中心已建计算和数据存储资源及网络安全体系，确保信息系统运行稳定、安全。

2 信息系统框架

信息系统在自治区水利厅信息化资源整合成果的基础上开发，从下至上分为采集感知层、数据支撑层、服务支撑层和业务应用层，运行的基础是全疆取用水数据交换及填报工作运行制度、新疆水利信息化一张网及统一的安全防护体系。信息系统总体框架如图 1 所示。

图1 信息系统总体框架

2.1 采集感知层

采集感知层数据来源于新疆各级水利单位自建的和国控水资源项目的取水计量设施采集的数据，以及各县级用水监管单位人工填报的用水量数据。经水利专网将国控水资源项目涉及的和 12 个地（州、市）自建的一级取水口前一日累计的日用水数据，交换至自治区水利厅资源整合共享数据库中。开发用水信息填报功能，对于零星的、自动化监测设施出现故障及监测水量异常的一级取水口水量按日进行填报，填报数据存入自治区水利厅资源整合共享数据库中。

2.2 数据支撑层

整编校核一级取水口基础属性、一级取水口与县（市、区）行政区划关系等基础数据，统一在自治区水利厅资源整合共享基础库中存储；校核整编一级取水口矢量数据，统一在自治区水利厅资源整合共享空间库中存储，并在此基础上发布矢量图层服务。

2.3 服务支撑层

以县（市、区）为单元，开发用水监测数据处理服务，并核算全疆、各地（州、市）和县（市、区）的日，月，年用水总量，一级取水口对应的地表水和地下水用水量；开发用水监管数据访问服务，结合新疆水利一张图服务，提供对一级取水口、新疆行政区划矢量图层和用水总量管理专题数据的访问支撑能力。

2.4 业务应用层

业务应用层主要包括新疆水资源管理信息系统、自治区水利厅资源整合综合信息门户和外部水资源相关应用。新疆水资源管理信息系统作为框架的主体应用，通过调用服务支撑层服务，实现对全疆县级以上行政区用水统计量的核算、用水红线监管，以及对全疆一级取水口用水量的在线监管。自治区水利厅资源整合综合信息门户作为新疆水利综合信息决策支撑平台，服务于自治区水利厅相关专业决策管理人员，通过调用用水监管数据访问服务实现对全疆一级取水口用水量和县级以上行政区用水统计数据的获取。自治区水利厅外部水资源相关应用包括自治区各地（州、市）和水利部相关的水资源管理类应用，这些相关应用系统向自治区水资源中心提出数据访问申请并得到批准后，可通过调用服务支撑层服务实现对新疆一级取水口用水量和县级以上行政区用水统计数据的访问和获取。

3 信息系统关键技术

3.1 SOA 技术

SOA 是一种面向服务的应用体系架构，架构基于模块化理念进行设计，构建出的服务方法通常具备可被复用的特征[3]。信息系统接口设计采用基于 SOA 的 REST 服务接口，对内采用 HTTP 协议面向应用提供数据及功能服务。通过 SOA 中的 ESB 总线，对服务资源目录中已注册服务进行统一调度管理，通过数据访问服务接口面向应用提供数据访问服务。

3.2 数据交换技术

数据交换技术为不同应用间共享传送数据信息提供了可靠的技术手段[4]。在信息系统构建过程中，通过数据交换技术，按照《新疆地表水、地下水取用水监测数据集成技术指南》要求，各县（市、区）水资源管理信息化支撑单位将取用水监测数据推送至各地（州、市）资源整合共享数据库，各地（州、市）水资源管理信息化支撑单位通过数据库触发器、ETL 等方法，将用水监测数据最终推送至自治区水利厅资源整合共享数据库。

各县（市、区）、地（州、市）和水利厅之间的数据交换过程如下：

1）地（州、市）数据接入水利厅。为保证对接数据的安全性、可靠性，一级取水口取用水监测数据推送到自治区水利厅时，以地（州、市）为单元，在自治区水利厅网络信息中心为各地（州、市）分配专属的数据交换表空间，按照全疆用水管理统一数据库表结构定义为每个地（州、市）统一建表。由各地（州、市）水资源管理信息化支撑单位按照统一定义的数据表内容，将一级取水口监测数据推送至自治区水利厅搭建的数据交换表空间。

2）各县（市、区）数据接入各地（州、市）。各地（州、市）水资源管理信息化支撑单位负责汇聚辖区内县（市、区）一级取水口取用水监测数据。汇聚数据时，由地（州、市）为各县（市、区）提供独立的数据交换表空间，表空间使用和访问信息由地（州、市）水利信息化资源整合单位向各县（市、区）下发，各县（市、区）水资源管理信息化支撑单位按照全疆用水管理统一数据表内容，将一级取水口监测数据推送至地（州、市）提供的数据交换表空间。

各县（市、区）数据接入各地（州、市），地（州、市）数据接入水利厅的数据交换过程如图 2所示。

图2 新疆一级取水口取用水监测数据交换过程

3.3 数据脱敏技术

传统广义上的数据处理技术泛指通过对数据进行组织、加工、清洗、变形等操作，从而达到业务应用对数据质量的要求。数据脱敏技术特指对某些敏感信息通过脱敏规则进行转换、处理，去除敏感信息，从而实现敏感隐私数据的可靠保护[5]。

在保证系统信息可靠可用的条件下，信息系统对相关敏感数据进行了改造和变形，数据类型包括整型、字符、字符串等，相关敏感信息如用户身份证号、登录密码、取水证件编码、用水户姓名、部分取水口名称和坐标等，都采用数据脱敏技术进行处理。脱敏的方法包括加密、坐标偏移等方法。

3.4 新疆水利一张图

水利一张图以实现水利数据资源整合应用与共享为目的，以基础地理和水利核心业务等数据为基础，通过综合运用 GIS、服务融合等技术手段，对多时空水利数据进行综合管理，并提供标准服务接口，为水利业务应用系统的快速搭建提供规范、高效、丰富的功能及服务共享，为水利业务用户提供集浏览、查询、统计和分析于一体的二三维一体化综合展示[6]。

新疆水利一张图建设遵循水利部相关平台标准，采用国产 GIS 平台，重点开发基础和专题的地图服务功能，依据统一接口的方式进行发布，形成新疆统一的地理信息系统服务，满足不同用户的需求。基础地图服务主要包括地图基本操作、分级展示控制、专题控制、图层控制、底图切换、时序控制、卷帘对比、空间查询、属性查询、关联查询、预报预警、统计分析、地图标绘等模块功能。根据各管理部门的业务需求，建设水资源和河湖管理及水文气象等专题。从不同专题角度出发，为不同部门提供专题订制，能将统计汇总或者实时数据综合反映在地图中。

在应用方面，新疆水利一张图可提供以下日常服务：

1）基本主题服务。支持对各类对象的复合条件查询、模糊检索，水利对象数量和指标的分级统计，实现快速定位、提取要素个体对象特征数据，展现各类水利对象及指标的数量、密度、强度、区域空间分布特征和规律。

2）专业主题服务。主要通过集成各业务模型和方法，获取水利对象及对象指标的空间分布规律，分析水利对象之间及与自然、社会、经济等要素之间的关联，重点挖掘未被发现或突出的水利业务联系信息。

3）专题分析服务。针对特定业务需求，通过对空间分析、三维分析、专业预测预报等模型的定制和柔性编排，为特定业务需求提供定制化的专题分析服务，为提升水利规划能力和决策科学性提供支撑[7]。

信息系统在新疆水利一张图服务的基础上，关注全疆用水总量红线监管工作，融合汇聚全疆一级取水口取用水监测数据，将各地（州、市）日、月、年用水量结果在新疆水利一张图上进行动态的展示和管理。

4 信息系统效果与总结

4.1 应用效果

信息系统目前已完成主体功能的建设，初步实现对全疆用水总量红线监管和一级取水口用水情况动态监管的功能。信息系统基于新疆水利一张图，可实现对全疆县级以上行政区用水总量是否超红线指标的监管。

除了宏观层面的监管功能外，信息系统还实现对全疆一级取水口基础台账信息的管理。可按各地（州、市）、县（市、区）对一级取水口进行台账统计，并在新疆水利一张图上进行标注。用户点击地图上的取水口后，可对相应取水口的基础信息及日、月、年取用水数据进行查询和分析。

针对一级取水口出现异常数据的问题，如自动化监测数据没有上报，出现奇异值（不合理的极大、负数等异常值），可通过人工填报方式解决。通过人工填报方式对自动化监测缺失或不合理的数据进行数值修正，再通过人工校核方式对最终认可的水量进行确认，从而确保水量统计的准确性。

自治区水资源中心在信息系统建设前，通过国控水资源项目实现了全疆各地（州、市）部分用水量的监管，通过各地（州、市）每月填报的 Excel 表格进行汇总和分析，实现对国控水资源项目覆盖不到范围的用水量的监管，因此管理工作十分不便。信息系统的建成实现了对 2 类不同数据资源的整合，提高了用水管理工作的效率。信息系统建成前，每月统计和校核地（州、市）水量需要花费 1～2 个工作日；信息系统建成后，（州、市）水量统计和校核只需要半个工作日即可完成。

4.2 经验总结

信息系统构建过程中的重点和难点是数据问题。全疆用水监测计量既有国控水资源项目的取用水计量点，也有各地（州、市）自建的取用水计量点。国控水资源项目测站目前做到 100% 自动化监测；地（州、市）自建计量点既有自动化监测点，也有需要人工进行测量的计量点。为保证信息系统对全疆用水总量控制的建设目标，须对国控水资源项目和地（州、市）自建的取水计量点数据进行整合。通过对全疆非涉密地（州、市）一级取水口用水监测数据的接入，最终实现用水总量控制的目标。

由于用水监测数据来源不同，标准格式不统一，如何将这些数据类型、存储格式、存储地点和运维单位各异的用水监测数据接入是信息系统建设实施过程中的难点问题。为此，信息系统在建设初期，结合新疆水资源管理工作情况，在参照水利部相关标准的基础上，编制了《新疆地表水、地下水取用水监测数据集成技术指南》等自治区水资源信息化管理标准，用来规范各地（州、市）用水监测数据接入的内容、格式和方法。由各地数据提供单位参照工作标准要求对数据进行整理后向上级推送，最终汇聚至自治区水利厅资源整合共享数据库中。此外，为保证数据的实时更新，自治区水资源中心编制并出台了《自治区水资源用水总量控制数据填报及交换工作运行管理制度》，明确了系统数据交换和填报任务的责任部门，建立了数据考核机制，确保了信息系统的稳定性和可用性。

5 结语

随着国民经济的发展，新疆需水量逐渐增加，由于新疆水资源贫乏，使得供需矛盾十分突出。尽管新疆水资源调度管理目前取得了一定的成效，但由于当前管理与调度手段还比较单一，因此距离科学配置和有序管理水资源的工作要求还有一定差距。所以，在加强法律法规和经济政策的同时，迫切需要通过推进信息系统的建设提升全疆水资源管理水平，优化各地区用水管理工作方式，促进跨部门和地域协同办公。通过监管全疆各地（州、市）用水，可有助于保障国民经济供水安全，促进节水型社会发展，满足工业生活、农业灌溉、生态环境用水的基本要求，促进人水和谐。此外，信息系统以标准化、组件化、服务化方式开发，开发的功能和服务可被重复利用，可减少近期自治区各级单位对类似水利信息化建设的投入成本。

由于阿勒泰和伊犁地区一级取水口涉及从跨国际河流取水问题，因此信息系统目前并没有对这2 个地区的用水监测数据进行集成接入。下阶段工作的重点问题是处理接入涉密地（州、市）的数据问题，处理方法除了使用数据脱敏技术对敏感取水口经纬度等基础信息进行坐标偏移或名称变换外，还可考虑对地表水一级以下取水口用水监测数据进行接入。通过测量估算渠道等工程在水量传输过程中的损耗，依据一级以下取水口和一级取水口之间的关系，以及一级取水口和县（市、区）以上行政区划间的关系，反向对一级取水口和县（市、区）以上行政区划用水总量进行估算，从而实现对涉密数据的处理和处理后的接入。此外，在使用过程中，还要进一步加强对信息系统的运行和维护，通过严格执行《自治区水资源用水总量控制应用填报及数据交换工作运行制度要求》，明确和强调数据更新维护责任部门，建立对各地（州、市）、县（市、区）相关水资源管理单位的考核机制，从而确保信息系统发挥长久使用效果。