概述某市农村饮用水安全体制系统的设计及实现——基于GIS技术
1引言
1.1研究背景及意义
随着经济、社会、科技的飞速进步与发展，人民的生活水平不断提高，日常生活和生产建设过程中用水需求量不断增加，加之工业生产、化肥农药不合理施用造成的环境污染，人类生活垃圾处理不当造成的环境恶化，综合气候变化等原因，致使全球范围内水资源矛盾不断加剧，洪漠灾害和干旱时有发生。水资源分布不均，地表水及地下水污染严重已经成为全世界人类所面临的水资源大环境。水;作为人类生存、发展和日常生活的源泉，在人的生命历程中占有举足轻重的地位。饮用水安全;与人的生命和身体健康息息相关，日渐成为政府、社会、公众关注的焦点。
1.1.1我国农村饮用水安全背景
我国对于农村饮用水安全具有明确的定义：指农村居民可及时、方便地获得足量、洁净且足以负担的生活饮用水。对于农村饮用水安全的基本概念进行分析，饮用水安全主要问题概括为饮用水水质安全、水量保证、供水保证率及取水方便程度四个方面。
农村饮用水的水量安全，指依照相关标准，通过每人每天可获得的水量进行区间划分，大体可划分为两个等级：一是可获得水量不低于20-40L为饮用水水量基本安全；二是可获得水量在40-60L之间为饮用水水量安全。根据各地经济、农业生产、户籍人口、生活水平、卫生条件等不同，还可将《村镇供水工程技术规范》作为农村居民人口日常生活饮用用水水量衡量的依据。
取水方便程度是按照人力取水往返时间作为划分依据，分为两个等级：取水往返时间在10min以内为安全；取水往返时间10-20min以内为基本安全。
供水保证率是指在多年供水中，能够充分满足居民饮用水量的年数所出现的概率。供水保证率>95%为安全，足以保证农村居民人口饮用水水量；供水保证率在大于等于90%小于95%的区间内为基本安全，基本可以保障农村居民日常生产生活饮用水。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
1999年，联合国发出警告：各国政府需要采取更为有力的措施进行水资源保护和合理规划，否则到2025年，世界上将会有近1/3的人口无法获得安全的饮用水。随着世界性用水问题的日益突出，许多国家开始关注饮用水安全问题。日本将供水设施推广建设直至广泛覆盖于未曾有供水设施的小城镇和农村，并不断地发展受益人口在5000人以下的小型公共供水设施。这些供水受益人口较小的设施占全部设施的96.5%，管理成本比较高昂；因此，曰本启动安全水计划;和自来水运动;，合并小型供水设施，进行自来水管网延伸改造，保证农村得到安全的日常饮用水供应。日本供水系统和排水设施的设计建设过程中，主要资金来源于政府财政支持。日本供水工程建成项目所有权划归日本政府。此外，日本政府根据国情，以提高国民饮用水质量为主要目的，颁布并确定了一定的国库补助制度，进而推动简易型供水工程系统的设计和建设。为保证日本国民可以获得整洁、卫生的生活饮用水，实现供水工程设施的普及，做出巨大的影响。
曾经，韩国农村水生疾病十分普遍，政府从1000个农村建设简易的管道供水系统，并于1971年将供水系统推广至韩国的其他地区。在一段时间内，韩国农村地区和岛均的自来水覆盖率仅有30%，韩国政府花费巨大的资金投入，以改善农业供水、岛崎供水和渔业区供水系统，补充完善韩国城市供水系统，并制定合理的中长期自来水投资改造计划，进而完成农村地区、岛均、渔业区、城市地区供水系统的统一，实现供水系统的基础设施建设。
日本、韩国等国家地域面积较小，因此解决地区饮用水安全问题的主要手段是：构建统一的供水系统。在政府的统一协调安排下，吸引民间融资，集中改善农村和城市的供水系统建设，短时间内迅速完成了农村饮用水的基础设施建设。
美国以保护水源地、加强水源质量监察、制定统一的供水标准、形成城乡供水及水质评价一体化为主要手段解决饮用水安全问题。美国自来水可直接饮用，饮用水供给系统大约覆盖11000个农村社区，以湖泊、水库、河流为水源，因此政府决策部门通过监察水质，确立管理机制有效地保证农村社区饮用水安全。如美国南加州大都会水管区的水处理方式有很多是高技术工艺，但一般都遵循自然净化处理原理。美国供水设施水处理设施统一标准、措施完善，对水源的保护极为严格。
2研究区域概况
作为河南省省会城市，郑州市位于中国东部、黄河中下游地区，东经112°42'~114°14'，北纬34°16'~34°58'间；气候类型分属北温带大陆性季风气候。作为我国重要的铁路、公路、航空、通信、商品及货物集散中心，地理位置优越。其市辖地域主要包括郑州市区、巩义市、登封市、荥阳市、新郑市、新密市和中牟县。其中郑州市区包括中原区、二七区、管城区、金水区、上街区、惠济区、高新技术开发区、经济技术开发区、郑东新区。全市总面积7446.2m2；郑州市区面积1010.3m2，山地面积约为2377m2；郑州市总人口863万人，其中市区人口约415万人。郑州境内有大小河流124条，流域面积较大（>100m2）的河流有29条，分属黄河和淮河两大水系。流经郑州段的黄河长约为160m，流域面积2021.8m2，成为郑州市居民主要生活用水水源。淮河干流全长1000m，流域面积18.7*104m2；郑州市辖区73%的面积属于淮河流域。
河南省分属于我国饮用水安全规划分区之华北分区，郑州市作为一个水资源缺乏的地区，人均水资源量不足230m3，甚至难以达到全省人均水资源量的一半，加之水源严重污染、严重威胁农村人口饮用水安全。自2002年以来，国家每年拨款2500万元至河南省，分划120万至郑州市用于解决农村饮用水安全问题。2005年3月，河南省农村饮用水安全工程全面启动，郑州市政府根据国家十一五;规划，制定农村饮用水安全供水工程建设规划。2007年，郑州市规划按照每年100公里估算，进行城镇配水管网改造工程。截止2007年，郑州市约有140多万农村人口存在饮水不安全问题，占郑州市农村总人口的37.32%，其中重度不安全人口约为62万。2021年，郑州市扩大开展农村饮水安全保障工作，每年投入25万元解决农村饮用水安全问题。
目前，郑州市主要供水基础设施工程可分为地表水源工程和地下水源工程。地表水源工程分为蓄水工程、引水工程、提水工程和调水工程。蓄水工程主要包括水库和塘现。地下水源工程包括利用地下水的水井工程。供水基础设施建设，极大地改善了郑州市人民的生产、生活条件。截至2005年郑州市拥有中型水库14座，总库容3.3621亿立方。
由于郑州市地形比较复杂，西南部山地属于我国第二级地貌台阶前缘，东边黄淮平原为第三级地貌台阶后部，中部低山丘陵区构成第二级、三级地貌台阶过度区域，西部山丘区水量严重不足、保障率低、取水不便。
经过多年的努力和不断的投资建设，郑州市根据农村饮水安全工程建设规划，以充分利用已建成和现有水利工程及水源工程；以因地制宜，适度规模;为基本原则坚持少打井，努力改变单村单井;的传统农村饮用水安全供水工程规划模式，通过已有水厂的改建扩建，延伸供水管线发展自来水，推进城乡供水一体化；在人口居住较集中的地区建设集中供水工程，扩大单井供水人口，实行供水到户，优化配置水资源，解决了部分农村人口饮用水安全问题，保障农村人口能够方便地获得纯净的饮用水，取得了一定的成绩。
郑州市不同地区水文地质条件不尽相同，农村人口基数大，自然农村坐落分散，人口分布不均，经济发展不均衡，科技与管理水平比较落后等原因，导致农村饮用水安全仍存在一些问题，如：①干旱年份出现时，用水难以得到保障；②农村分散，工程供水规模相对较小，管线铺设距离长，水损严重，工程建设、后期运营维护缺乏有效的质量督导体系，致使部分饮用水安全工程运营现实不佳；③除自来水外，农村饮用水供水工程缺乏水质跟踪监测记录；④农村饮用水供水工程设施建设缺乏科学合理的水源分配和工程全局统筹规划；⑤农村水污染源治理缺乏有效地督导管理机制；⑥农民节水、用水保护水资源的意识匮乏等；⑦农村饮用水安全工程建设缺乏全局式的长远规划等。除此之外，郑州市水资源分布不均勾，部分地区人类的矿业幵釆生产活动对当地饮用水水源造成严重影响，甚至造成水源水位下降导致供水工程无法继续使用，造成工程停止运营。由于供水工程投资巨大，水费定价偏高，加上饮用水安全工程监管、运营和维护过程中主要的资金投入都是以政府财政支持为主。除此之外，饮用水安全供水工程建设管理工作受到国家政策影响较严重，例如国家推广的农村新型社区建设;、合村并镇;等新政策，造成部分供水工程停用，导致重复建设和资源浪费。
3郑州市农村饮用水安全管理业务需求分析.......17
4郑州市农村饮用水安全管理信息.........20
4.1系统的设计系统开发支撑技术..........20
4.系统的逻辑结构设计.........22
4.3系统的数据库设计........23
5郑州市农村饮用水安全管理信息系统实现........34
5.1系统的开发环境........34
5.2系统的配置........34
5郑州市农村饮用水安全管理信息系统实现
5.1系统的开发环境
系统前台釆用avaScript为开发语言，结合ArcGIS API for avascript进行前台Web应用页面的设计开发.通过Web应用页面实现Arc GIS Server提供的郑州市地图数据资源的访问。系统应用后台采用为开发语言，实现业务逻辑功能、操作数据库及实现评价、分析、运算功能。
开发语言：avaScript，C#；
地图服务器：Arc GIS Server 10；
开发环境：Visual Studio 2021,IIS；
第三方组件：ArcGIS API for avascript；
数据库：Microsoft SQL2008;
应用服务器：ArcGIS Web Service。
5.2系统的配置
一、Arc GIS Server服务配置。
Arc GIS Server可通过ArcGIS Manager Server或者ArcCatalog两种方式实现服务的配置、发布与管理。本文根据农村饮用水安全业务需求，结合服务配置的主要内容，即发布制作完毕的地图文档、地图数据格式、地图缓存文件等内容，配置地图服务、几何服务。本研究采用创建新服务，将其命名为：选择发布服务内容为即地图服务，选择制作好的地图文档；指定输出目录、选择服务能力。创建具有几何服务能力。郑州市农村饮用水安全管理系统服务主要的配置内容如图5.1所示。
6结论和展望
6.1结论
基于GIS的郑州市农村饮用水安全管理，实现信息数据的汇总上报和统计分析，有效地提高了相关部门的管理水平，实现饮用水安全信息化管理。本文的主要研究内容及成果如下所示：
基于郑州市水务局农水处管理工作现实应用的角度，分析农村饮用水安全管理工作中涉及的主要内容，确立应用系统设计开发方案，构建B/S架构的管理系统，以avascript和C#为开发语言，ArcServer和SQL2008为开发环境，实现了基于GIS的饮用水安全管理。该系统实现了基本业务功能，将饮用水安全现状，供水工程审批、规划、建设监管，资金投入及水质调查等数据进行有效地数据组织、存储和管理。通过具体功能模块，实现信息数据的查询和浏览，实现数据在线上报和编辑，提供数据表的统计分析，便于工作报表的生成。通过档案管理和系统管理实现档案文件的电子化管理，为无纸化;办公提供便利。通过数据的统一管理，该系统从保证数据保密性、一致性等多方面为数据维护提供便利。
6.展望
本文基于GIS的郑州市农村饮用水安全管理信息系统的需求调研、业务分析，系统设计及功能实现过程中取得了一定的成果，系统具有一定的应用意义及参考价值，由于自身经验及知识水平等限制，结合其它先进技术，展望郑州市农村饮用水安全管理方式方法。
郑州市农村饮用水安全管理的主要改进为以下几个方面：
1）随着数据采集技术的发展，GPS、PDA等各种移动终端的进步，农村饮用水安全管理具有较强的实时性和动态性，在进行业务内容分析的过程中，基于各移动终端的地图数据及业务信息的实时采集，完成数据的实时上报是未来信息数据采集的发展需求。
2）现阶段，郑州市饮用水安全工程供水管网铺设，依照居民区分布，沿地表特征曲线建设建造重力流供水工程。进一步的研究可以涉及给水排水工程的相关内容，在综合考虑水源、地形地貌地质、居民区分布等综合因素进行管网路径的优化，深入探讨饮用水安全供水工程建设设计规划方案，提高水资源利用率。
3）在数据获取和数据处理的过程中，研究发现饮用水安全工程管线铺设路径采用CAD进行工程铺设管线路径的制图，但是由于数据缺乏统一规范，部分跨图幅图CAD拼接处出现交错和变形，因此农村饮用水安全管理工作制图数据需要具有统一的数据规范。
参考文献（略）