池塘水生模型与管理系统的研究及应用：提高水环境管理水平

© 2013由Elsevier B.V.发布。信息工程研究院负责评选和同行评议可在www.sciencedirect.comwww.sciencedirect.com上在线获取ScienceDirectIERI Procedia 5（2013）147 - 1522013年农业与自然资源工程基于不同池塘水生模型曹顺贤a，*，王国品a，俞建华a，陈欣ba南京林业大学江苏省环境与发展研究中心，南京，210037b中国江苏省南京市环境科学研究所，邮编：210042摘要针对池塘养殖面临的富营养化加剧、溶解氧降低、有毒物质超标、鱼病频发等与市场导向有关的水环境风险，分析了不同淡水池塘养殖模式在水环境标准和管理上的差异。建议采用WebGIS信息系统与技术集成创新的方法，构建一个综合性的水环境管理系统，以提高对不同类型池塘养殖水环境的风险预测能力和信息化管理水平，从而实现养殖池塘水环境的动态监测，提高评估、预警、决策咨询和监管管理水平。© 2013作者。由爱思唯尔公司出版 在CC BY-NC-ND许可下开放访问。信息工程研究院负责评选和同行评议关键词：池塘水生模型;水环境;管理系统; WebGIS;1.介绍池塘养殖在我国发展迅速，已成为水产养殖的主要模式。初步走出了一条有中国特色的“以养殖为主”的渔业发展路子。目前，池塘养殖产量已占全国水产养殖的53%* 通讯作者。联系电话：+086-151-9588-8588。电子邮箱：csx966@yahoo.com.cn。2212-6678 © 2013作者由爱思唯尔公司出版 在CC BY-NC-ND许可下开放访问。信息工程研究所负责的选择和同行评审doi：10.1016/j.ieri.2013.11.084148Shunxian Cao等/ IERI Procedia 5（2013）147生产池塘养殖产值已超过5000亿元人民币，居世界第一。同时，经过30多年的发展，池塘养殖模式已由粗放型向集约化、生态化、综合化发展，形成了经济型标准化模式、节水型生态模式和循环水池塘模式四种广泛应用的养殖模式。在“十一五“、”十二五“规划的指导下，大力推进池塘养殖生态化、标准化改造。“十二五”末完成2000万亩低产塘标准化改造的目标。然而，尽管池塘养殖业以市场为导向高速发展，但仍存在富营养化加剧、溶解氧减少、有毒物质超标和鱼病频发等四种水环境风险。[1]据统计，我国每年因各种水产动物病害造成的直接经济损失达1500多亿元人民币。而由于药物、饲料等的浪费而造成的间接经济损失加起来超过1000亿元人民币[2]。因此，运用现代技术手段加强池塘养殖水环境的综合治理，是我国水产养殖业健康、高效、可持续发展的需要。WebGIS技术是信息与通信的集成应用，不仅可以用于基础空间数据、自然数据和水环境信息的采集、传输、存储、维护和分析，而且可以为水环境管理的综合管理、水产养殖的决策咨询和合规管理提供信息系统。该技术最终可以帮助建立不同模式养殖池塘的水环境风险预警，实现水环境的动态化、信息化管理。2.不同池塘养殖模式水环境管理的差异2.1 池塘经济养殖模式水环境管理标准经济池塘养殖模式是指符合无公害养殖设施条件的池塘养殖模式。它继承了20世纪70年代兴起的粗放型养殖模式，也是粗放型养殖模式无公害化转型的结果。经济灵活，是目前池塘养殖所要达到的基本模式。这类养殖场设有独立的给排水系统。养殖场的池塘符合生产要求。水源水质必须达到无公害食用水产养殖用水要求（NY5051）。2.2 标准池塘养殖模式水环境管理标准标准池塘养殖模式是指按照国家或地方池塘标准化建设规范改造的池塘养殖模式。该模式具有完善的制度和设施，规范化管理。这里对池塘的面积、形状和深度、淤泥的厚度和排水系统都有严格的标准。该模式的水质标准不同于经济池塘养殖模式，经济池塘养殖模式必须达到渔业水质标准（GB11607）。养殖排放水质达到池塘养殖水排放标准（SC/T9101）。2.3 生态节水池塘养殖模式的环境管理目标生态节水型池塘养殖模式是指在池塘养殖中，Shunxian Cao等/ IERI Procedia 5（2013）147149周边沟渠、稻田对养殖排放的水进行处理，采用标准池塘养殖模式。其水质包括中水回用、达标排放和设施。它还配备了标准化管理。因此，该模式具有复合性和开放性，不仅需要对养殖池塘水环境进行监测，还需要对相关区域的原生态进行建设和管理。同时，在规范化、制度化管理的基础上，通过目标管理，提高用水效率。在生产过程中，我们可以及时换水。在下一轮生产中，我们只需要添加少量水并重复使用，以节约用水。2.4 循环水池塘养殖模式的水环境管理要求。循环水池塘养殖模式是一种先进的池塘养殖模式，具有标准的基础设施。通过高效生物净化塘、人工湿地和水处理设施的处理，可实现养殖排放水的循环利用。根据“循环用水、优化水质、管理规范、环境优美”的新要求，制定相应的管理方案，以实现“节水、安全、生态、高效”的管理目标，使循环水池塘养殖模式通过种养畜相结合的方式解决污染问题。通过生物净化循环，我们只需要添加一些水。这种模式充分展示了其节水、节能、优质、无污染的优势。3.基于WebGIS的池塘养殖水环境管理系统的设计与构建WebGIS是以地理信息系统技术为基础，以Internet / Intranet网络为媒介，以地理信息的获取、存储、处理、分析为主要内容，自20世纪60年代以来迅速发展起来的空间信息系统。它是地理信息系统技术和网络技术综合应用的产物。它具有经济、实时、直观、操作方便等特点。将该网络信息平台创新性地应用于池塘养殖水环境管理中，突出了WebGIS信息技术的优势。因此，设计和构建不同类型的水产养殖池塘的WebGIS水环境管理平台应以空间信息共享和建设为首要任务，[3]有效整合地理信息、池塘水环境、养殖信息、技术规范和水产养殖行业专题资源信息，目的是建立一个集查询分析、预测、预评价、决策、咨询于一体的辅助决策与管理支持系统。在该系统的设计与实现中，用户可以从Internet上的任意节点浏览WebGIS网站的空间数据和地图信息，进行不同信息的检索和空间信息的分析。3.1 管理系统提供多台性能良好、安全性高的服务器，构建后台服务系统，为企业发展创造良好的网络平台环境。为有效地监测和评价养殖池塘水环境现状提供了良好的人机界面和动态、即时的通信。提供空间数据和属性数据的管理功能，实现数据的及时维护和更新。允许数据和成果150Shunxian Cao等/ IERI Procedia 5（2013）147允许池塘养殖水环境的相关问答允许向农民提供专家级的水质问题建议和解决方案。分级管理队伍设计使用。3.2 系统功能数据输入或输出;水环境专题图的设置和图形输出等。数据信息的查询，包括空间查询和表达式查询。在线地图工作和查询监测点的功能。数据预处理和统计分析实现了经济数据和水环境数据的统计、整理和计算功能。[4]美国辅助决策工具，该功能以池塘养殖水环境模型为核心，允许动态输入模型的指标参数，包括：物理指标、化学指标、生物指标。市场动态分析、政策信息更新、特殊问题解决体系。3.3 系统数据在池塘养殖场的监测区域安装了适当的监测设备。监控设备将收集数据并通过网络将其传输到服务器。服务器获取数据后，将其分发，以便每个客户端都可以使用监控数据进行操作。监控可以有多种形式，如自动传感监控、人工监控、视频监控等，根据不同的监控要求，这些形式可以进行不同的组合。空间数据信息管理是WebGIS的重要功能，也是我们通过空间分析和专家分析解决实际问题的基础。数据管理系统包括基于一定结构基础的空间数据库结构和管理方法的设计。系统空间数据库的建立按照图层对数据进行编辑和存储，同样按照不同的类划分地面目标，如池塘养殖类、道路类、水系类、行政区划类等。不同的类别被编辑并存储为数据库中的一个层（表示为关系表）。[5]系统的空间数据库采用ArcBlock作为空间数据引擎，采用Oracle10g存储管理空间数据。系统的关键技术是专家系统技术、WebGIS技术和数据库技术的有机结合与集成。首先，系统将专家系统知识库与WebGIS空间数据库相结合，以池塘水环境信息数据库的形式，统一存储在系统数据库中。通过建立标准的数据属性和取值范围，系统可以更加准确、高效地进行灾害监测预警管理。专家系统知识库、数据库地理信息系统和池塘养殖监测机制以信息数据库为数据源。其次，通过构建知识库，保存不同类型池塘养殖环境信息和管理标准;扩展GIS空间数据库，演变为池塘养殖信息数据库，存储池塘养殖管理的第一手资料和一定时间范围内的数据。形成良好的互补性，有助于监测机制获取完整的数据资源。第三，在分析水质模型的基础上，系统采用了养殖池塘动态监测模型。该模型是指空间数据、池塘养殖静态监测模型和池塘调查数据相结合。通过对不同池塘形态的比较，Shunxian Cao等/ IERI Procedia 5（2013）147151数据库管理GIS专家团队生态节水池标准池视频手动感测监测ArcGIS池塘养殖数据库空间数据库生物指示剂化学指示剂身体指标循环水池经济池塘预暖系统信息平台池塘养殖水环境质量查询池塘养殖趣味动态视频查询水环境负荷预测对水环境污染的质疑池塘养殖水环境管理系统水环境，实时监控。[6]美国通过发布工具平台，可以实现广域网上基于空间数据的信息监控：1。浏览：通过地图漫游查看池塘监测点的分布情况; 2.查询：查看每个池塘的详细情况; 3.分析：分析不同池塘养殖模式水环境的动态水质状况;下载：用户可以用用户名登录网页，下载自己感兴趣的池塘水环境资料.根据以上系统需求，设计了系统概念框架（如图1）水温溶解氧有机氧pH硫氢化底栖浮游微生物高等水生植物清楚氨氮图1.管理体系结构图该系统以空间数据和属性数据为基础，以空间数据库和关系数据库为管理工具。然后建立了以池塘养殖模型为核心，根据各养殖模型的水质特征进行分类统计的模型库，构成了一个完整的建模工具库。4 .系统技术优势和管理优势首先，该管理系统的突出优点是不仅能满足养殖规模扩大、现代化的需要，而且具有显著的经济价值，既能节约管理成本，又能起到预警作用，避免不必要的经济损失。2006年，全国水产养殖面积253.1万公顷，占水产养殖总面积的42%，产量1495万吨，占水产品总产量的28.3%; 2010年，池塘养殖面积2377.01万公顷，占水产养殖总面积的42.71%。[7]因此，加强池塘养殖综合管理系统研究，建立基于WebGIS、专业知识库和GIS空间数据库系统的信息综合管理系统，152Shunxian Cao等/ IERI Procedia 5（2013）147不同信息数据库的集成，池塘养殖作为底层数据源实现管理信息化，提高管理水平和效率。二是动态监测体系更加全面、具体、科学。由于选择了合适的开发平台，系统可以实现各模块之间的无缝集成、数据传递和共享。再次，WebGIS可以直观地向用户展示所期望的结果，它可以让用户更全面地了解一个池塘的灾害情况，为进一步的防治措施提供帮助。但由于池塘水产养殖监测与预测模型知识的收集和整理难度大，系统收录池塘水产养殖品种的还比较缺乏，知识库还有待进一步扩充和完善。基金项目环境保护公益产业科研基金（201009014-04）;江苏大学优势学科建设项目资助项目。引用[1] 粮农组织。中国水产养殖业的发展[J].中国水产养殖技术，2005，24（1）：117 - 118.[2] Frank Asche，Kristin H.R.经济无效与环境影响：在水产养殖生产中的应用[J].环境经济与管理学报，2009，58：93-105.[3] 钟建龙，徐昌儒。基于组件式GIS的ITS交通信息服务系统。计算机图形和空间信息系统因特网会议。2002年。[4] 纳尔逊G C。农业经济学家空间分析专刊介绍[J].农业经济，2002，27[5] 单英杰，刘晓军，姜海燕，等。基于GIS和模型的种植制度设计[J].中国农业工程学报，2009，25（2）：145-151. (in英文摘要）。[6] 刘新山。赋予养殖者准产权以实现中国水产养殖业的可持续发展[J].海洋与海岸带管理，2007，50：623-633.[7] 中华人民共和国国家统计局。中华人民共和国2010年国民经济和社会发展统计公报[DB/OL]，http://www.stats.gov.cn/tjgb/ndtjgb/qgndtjgb/index.htm.通讯作者作者姓名：曹顺贤，E-mail：csx966@yahoo.com.cn，电话：+86-151-9588-8588;地址：江苏省南京市龙蟠路159号南京林业大学