GIS在水利信息化中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)

尤厚培 易 成

（1.廣德縣水務(wù)局；2.廣德縣房地產(chǎn)管理局，安徽 廣德 242200）

GIS在水利信息化中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)

尤厚培1易 成2

（1.廣德縣水務(wù)局；2.廣德縣房地產(chǎn)管理局，安徽 廣德 242200）

本文介紹了地理信息系統(tǒng)(GIS)在水利信息化中起到的至關(guān)重要的作用，尤其是在防洪減災(zāi)、水資源管理、水土保持和水利水電工程建設(shè)和管理等方面。其中重點(diǎn)闡述了利用GIS的空間數(shù)據(jù)管理能力、空間數(shù)據(jù)處理能力和空間分析能力為各類應(yīng)用模型提供數(shù)據(jù)，優(yōu)化模型參數(shù)，使其防汛信息以及決策方案可視化表示，在現(xiàn)代水利防洪減災(zāi)方面提供決策支持系統(tǒng)；同時(shí)利用GIS的歷史數(shù)據(jù)管理和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)加載功能、信息的空間與屬性雙向查詢功能、空間數(shù)據(jù)的疊加與綜合處理在現(xiàn)代水利水資源管理和水土保持方面提供的空間決策支持系統(tǒng)(SDSS)。最后分析和展望地理信息系統(tǒng)技術(shù)在現(xiàn)代水利應(yīng)用中的發(fā)展趨勢(shì)。

地理信息系統(tǒng)；水利現(xiàn)代化；信息管理和決策支持系統(tǒng)

1 前言

地理信息系統(tǒng)(GIS)通常泛指用于獲取、儲(chǔ)存、查詢、綜合、處理、分析、顯示和應(yīng)用地理空間數(shù)據(jù)及其與之相關(guān)信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在水利信息化系統(tǒng)建設(shè)中，地理信息系統(tǒng)(GIS)是系統(tǒng)構(gòu)建的框架，是輔助決策的工具。是成果展示的平臺(tái)。國(guó)內(nèi)水利行業(yè)應(yīng)用GIS技術(shù)始于90年代初期，大致經(jīng)歷了認(rèn)識(shí)了解、初步應(yīng)用和結(jié)合GIS技術(shù)進(jìn)行深入研究三個(gè)階段。近年來。隨著GIS在水利領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，應(yīng)用層次也逐漸深入，—些部門將它作為分析、決策、模擬甚至預(yù)測(cè)的工具.其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益也比較明顯地顯示了出來。

2 GIS技術(shù)在水利行業(yè)的應(yīng)用

2.1 GIS在防洪減災(zāi)方面的應(yīng)用

我國(guó)洪澇災(zāi)害發(fā)生頻繁，使國(guó)家和個(gè)人都蒙受了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，我國(guó)的防洪工作將逐步從“以洪水為敵”的控制洪水向體現(xiàn)水資源特性的洪水管理轉(zhuǎn)變，全面建成覆蓋全國(guó)的水利信息網(wǎng)絡(luò)，其中防洪減災(zāi)屬于重點(diǎn)應(yīng)用系統(tǒng)。

目前GIS技術(shù)在防洪減災(zāi)方面的應(yīng)用主要有以下四種類型。

(1)防汛決策支持系統(tǒng)或信息管理系統(tǒng)的平臺(tái)

在國(guó)家防汛指揮系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架下，目前流域或省、自治區(qū)、直轄市的防汛決策支持系統(tǒng)或防汛信息管理系統(tǒng)都以GIS為平臺(tái)。GIS在這些系統(tǒng)中的作用主要有以下幾個(gè)方面：空間數(shù)據(jù)處理、查詢、檢索、更新和維護(hù)；利用空間分析能力和可視化模擬顯示為防汛指揮決策提供輔助支持；為各類應(yīng)用模型提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；優(yōu)化模型參數(shù)；預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)和防汛信息及決策方案的可視化表達(dá)。

(2)災(zāi)情評(píng)估

在災(zāi)情評(píng)估中，GIS作為基礎(chǔ)平臺(tái)，它充分利用了自己的查詢和分析功能以及可視化模擬的能力，發(fā)揮了很多別的系統(tǒng)不具備的作用：

基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)(包括地理、社會(huì)、經(jīng)濟(jì))的管理；

空間和屬性數(shù)據(jù)查詢、檢索、統(tǒng)計(jì)和顯示的基礎(chǔ)：

災(zāi)情數(shù)據(jù)的提取和分析；

災(zāi)情的模擬和可視化表達(dá)；

對(duì)決策起輔助作用的工具。

(3)洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析與區(qū)劃

洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析是分析不同強(qiáng)度的洪水發(fā)生概率及其可能造成的損失。它包括洪水的危險(xiǎn)性分析、承災(zāi)體的易損性和損失評(píng)估。GIS發(fā)揮的作用有：多源、多尺度和海量數(shù)據(jù)的管理；空間數(shù)據(jù)的疊加與綜合處理；圖形處理的特殊功能。

由于城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位和社會(huì)影響的特殊性，防洪工作尤其重要。所以GIS在城市防洪中發(fā)揮的作用除了一般防洪減災(zāi)決策支持系統(tǒng)外，還利用其時(shí)空特征分析和高分辨率數(shù)據(jù)的處理功能在城市防洪減災(zāi)中發(fā)揮了更多更大的作用，目前比較突出的有以下幾個(gè)方面：城市積水、退水的預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)；現(xiàn)有排水設(shè)施(排水管網(wǎng)、泵站等)信息的管理；排水設(shè)施的規(guī)劃，設(shè)計(jì)和施工管理；暴雨時(shí)空特征分析(4DGIS)；以街道為統(tǒng)計(jì)單元和以街區(qū)為空間單元的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)空間展布；暴雨分布及積水街道分布的可視化顯示；高分辨率、多層次、多源和更新頻繁的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、維護(hù)和管理。

2.2 GIS在水資源管理方面的應(yīng)用

水資源信息的面非常廣，具有多源、多時(shí)相、多種類和動(dòng)態(tài)這幾個(gè)基本特征。水資源信息管理系統(tǒng)發(fā)揮了從時(shí)間、空間上了解水資源的現(xiàn)狀與變化，通過模擬可視化直觀地表示水資源狀況，有助于讓研究人員和決策人員了解水資源的變化規(guī)律，通過信息處理和分析，提供管理的基礎(chǔ)信息與手段，完善水資源信息的管理與更新，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

在水資源信息管理系統(tǒng)中GIS發(fā)揮的作用大致有以下幾個(gè)方面：歷史數(shù)據(jù)管理和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)采集和加載；信息的空間與屬性雙向查詢和分析；時(shí)空統(tǒng)計(jì)；以多種方式直觀地可視化表達(dá)各類信息的空間分布及模擬動(dòng)態(tài)變化過程；區(qū)域水資源的空間分析；區(qū)域水資源管理模式區(qū)劃，如地下水禁采與限采區(qū)劃、水環(huán)境區(qū)劃等。

2.3 GIS在水環(huán)境和水土保持方面的應(yīng)用

由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展中過多的人類活動(dòng)影響，我國(guó)水系的污染已經(jīng)十分嚴(yán)重，為了近一步了解和監(jiān)測(cè)水環(huán)境和水土保持的情況，水利部門已有包括170多個(gè)主要測(cè)站的全國(guó)水環(huán)境信息管理系統(tǒng)。水環(huán)境信息管理系統(tǒng)是空間決策支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)或者是組成部分，而GIS是其基礎(chǔ)，同時(shí)也是提取數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)的平臺(tái)。

這些以GIS技術(shù)為支撐的信息管理系統(tǒng)和空間決策支持系統(tǒng)的功能主要有以下幾個(gè)方面：自然、地理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)，水利工程與設(shè)施，監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，水質(zhì)與水量的歷史與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，水環(huán)境評(píng)價(jià)等級(jí)，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)和條例，決策項(xiàng)目和邊界條件數(shù)據(jù)，水污染預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的采集和管理；建立數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)和屬性特征的拓?fù)潢P(guān)系，用來進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向查詢；通過對(duì)區(qū)域或上下游水質(zhì)的空間分析，找出某水質(zhì)參數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)的污染源；各類數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)和可視化共享；水質(zhì)水量模擬與預(yù)測(cè)；污染排放管理與控制；取水口位置最優(yōu)化選擇和各類突發(fā)事件的處理方案及優(yōu)化。

在水土保持方面，GIS也發(fā)揮著十分重要的作用。其應(yīng)用是一種全過程的應(yīng)用，從土壤侵蝕發(fā)生與否的判斷開始、一直到土壤侵蝕過程的模擬與預(yù)測(cè)。所以與其他領(lǐng)域比較，水土保持中一些應(yīng)用模型大多采用與GIS緊密結(jié)合的方式，也就是直接用GIS為建模平臺(tái)和決策依據(jù)，這是—個(gè)比較鮮明的特點(diǎn)。

2.4 GIS在水利水電工程建設(shè)和管理方面的應(yīng)用

水利水電工程建設(shè)與管理是水利水電工程的重中之重，它的選址、規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工管理都必須嚴(yán)格慎重，考慮到各個(gè)方面的因素。此時(shí)GIS在空間分析和模擬方面的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)就顯現(xiàn)出來了。

水利水電工程建設(shè)與管理中利用GIS功能最多的有以下幾個(gè)方面：通過進(jìn)行三維可視化顯示及貫穿飛行模擬，實(shí)現(xiàn)位置或路線的優(yōu)化；空間信息的處理，疊加與分析，得出可作為決策輔導(dǎo)的信息；通過仿真模擬淹沒分析，得到各種分析數(shù)據(jù)；利用GIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)交互式的工程布置方案修改。

3 GIS技術(shù)在水利行業(yè)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)

GIS是一門與計(jì)算機(jī)軟硬件、元數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)、數(shù)據(jù)挖掘、遙感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理、數(shù)字?jǐn)z影與自動(dòng)化成象等技術(shù)有著緊密相關(guān)的學(xué)科，而上面的那些技術(shù)又是在不斷發(fā)展的，每項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展都給GIS帶來了深刻的變化，所以GIS在水利行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展，不僅取決于GIS技術(shù)的發(fā)展，更取決于水利行業(yè)數(shù)字化的進(jìn)程。在水利部以信息化帶動(dòng)水利現(xiàn)代化的戰(zhàn)略方針指導(dǎo)下，GIS在水利行業(yè)的應(yīng)用將會(huì)越來越廣，用途也將會(huì)越來越大，而且會(huì)迅速成為管理和決策主要支撐技術(shù)。它的發(fā)展趨勢(shì)有以下四個(gè)：網(wǎng)絡(luò)GIS(WebGIS)；“3S”技術(shù)集成；VR—GIS技術(shù)；地理信息建模系統(tǒng)(GIMS)。

[1]劉勇，井文涌.地理信息系統(tǒng)技術(shù)及其在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用.環(huán)境科學(xué).1997.3：62.

[2]李德仁，關(guān)澤群.空間信息系統(tǒng)的集成與實(shí)現(xiàn).武漢測(cè)繪大學(xué)出版社.2000，3(1)：224.

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