GIS在水資源管理中的應(yīng)用

趙兵 夏宏偉

摘 要：隨著當(dāng)前計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展及GIS技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的拓寬，GIS技術(shù)在水利方面也得到了實際應(yīng)用。本文主要對GIS在水資源管理中的有效應(yīng)用進行了分析與探討，以供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：水資源；管理；GIS；應(yīng)用

GIS是融計算機圖形與數(shù)據(jù)庫于一體，存儲和處理空間信息的高新技術(shù)，它把地理位置和相關(guān)屬性有機地結(jié)合起來，并借助其獨有的空間分析功能和可視化表達方式，提供各種輔助決策功能。水資源管理是一項復(fù)雜的水事行為，包括的管理內(nèi)容十分廣泛。特別是面向可持續(xù)發(fā)展，需要收集、處理越來越多的信息，在復(fù)雜的信息中又需要及時得到處理結(jié)果，提出合理的管理方案。滿足這一要求，使用傳統(tǒng)的方法難于濟事。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，GIS為水資源管理提供了一個全新的高技術(shù)工具，它能支持與水資源管理有關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的獲取、管理、操作、分析、模擬和顯示，以解決復(fù)雜的水資源管理和規(guī)劃問題。

一、GIS應(yīng)用于水資源管理中的重要作用

（一）提供了直觀和理性的可視化工具

現(xiàn)在常用的CAD軟件如AUTOCAD等，只是側(cè)重于圖形能力，而對屬性數(shù)據(jù)的管理能力卻很弱，因此，CAD軟件一般只能用作繪圖軟件。而一些專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)則往往過于專門化，缺乏一定的繪圖能力，也具有應(yīng)用上的局限性。地理信息系統(tǒng)由于其對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的綜合分析能力，彌補了其它工具純圖形、純文字的缺陷，而使空間數(shù)據(jù)的圖形表現(xiàn)和屬性數(shù)據(jù)的空間分析有了很大程度的提高，提供了一個直觀和理性的可視化工具。將GIS應(yīng)用于水資源管理中，可以實現(xiàn)對水資源管理工作方法的改進，大大提高了對水資源問題發(fā)現(xiàn)的能力和解決的效率。

（二）提供了強大的存儲與共享功能

現(xiàn)在是信息數(shù)據(jù)大爆炸的時代。這些空間的、非空間的信息數(shù)據(jù)，數(shù)量巨大，關(guān)系復(fù)雜?，F(xiàn)代商業(yè)化GIS產(chǎn)品，以成熟的大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為支持技術(shù)，開發(fā)了利用大型數(shù)據(jù)庫存儲、管理空間地理信息的功能，可以存儲管理海量數(shù)據(jù)，獲得理想的數(shù)據(jù)查詢處理能力，特別能夠保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性，實現(xiàn)高度共享。目前，ARC/INFO、MapInfo都支持超大型地理數(shù)據(jù)庫。水資源管理牽涉到與地表地下水有關(guān)的所有經(jīng)濟生活活動，信息數(shù)據(jù)繁多巨大，必須利用現(xiàn)代GIS的海量數(shù)據(jù)處理能力。

（三）支持多種表現(xiàn)形式的空間數(shù)據(jù)

現(xiàn)代遙感分析等技術(shù)，加上傳統(tǒng)的現(xiàn)場測量和社會調(diào)研等手段使得水資源管理的對象擁有了從圖紙到圖像、表格的多種形式的表現(xiàn)方法。GIS支持多種形式的空間數(shù)據(jù)方式，并可以通過數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換使之直接為管理服務(wù)。傳統(tǒng)的現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)一般是將測量結(jié)果繪制成紙質(zhì)地圖。在這種情況下，要經(jīng)過掃描矢量化才能后將地圖數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫，比較費時。而GPS和遙感的發(fā)展，使GPS獲得的數(shù)據(jù)可以直接提供GIS使用，遙感的結(jié)果經(jīng)過解譯也可直接納入GIS數(shù)據(jù)庫。GIS對空間數(shù)據(jù)多種表現(xiàn)形式的支持使空間信息可以直接為水資源管理服務(wù)，并使管理工作得到全面和多層次的體現(xiàn)。

（四）良好的數(shù)據(jù)維護和更新能力

GIS提供了圖幅變形矯正、接邊、核對等空間數(shù)據(jù)維護技術(shù)，數(shù)據(jù)的增加、刪除和更改在數(shù)據(jù)庫中可以很快的得以實現(xiàn)。另外，通過網(wǎng)絡(luò)分布式管理，可以使更新的數(shù)據(jù)迅速傳遞給相關(guān)的應(yīng)用部門。GIS這種快速良好的數(shù)據(jù)維護和更新能力，從長遠看，提高了水資源管理的時間效益。

（五）數(shù)據(jù)空間分析

空間分析是對分析空間數(shù)據(jù)有關(guān)技術(shù)的統(tǒng)稱，是GIS系統(tǒng)的核心功能。根據(jù)作用的數(shù)據(jù)性質(zhì)不同，可以分為：一是基于空間圖形數(shù)據(jù)的分析運算；二是基于非空間屬性的數(shù)據(jù)運算：三是空間和非空間數(shù)據(jù)的聯(lián)合運算?？臻g分析賴以進行的基礎(chǔ)是地理空間數(shù)據(jù)庫，其運用的手段包括各種幾何的邏輯運算、數(shù)理統(tǒng)計分析、代數(shù)運算等數(shù)學(xué)手段，最終的目的是解決人們所涉及到地理空間實際問題，提取和傳輸?shù)乩砜臻g信息，特別是隱含信息，以輔助決策。

（六）提供了良好的輔助決策功能

GIS對水資源管理所可以起到良好的輔助決策作用，這體現(xiàn)在模擬、預(yù)測、規(guī)劃方案的評估、選擇、調(diào)水方案分析等方面。GIS的應(yīng)用，在一定程度上可以補充以往規(guī)劃在系統(tǒng)控制和決策階段定量分析的不足。同時，由于GIS數(shù)據(jù)更新的快捷性、空間分析的實時性，為水資源管理的動態(tài)調(diào)整提供了良好的技術(shù)支持。這種動態(tài)調(diào)整的管理模式對更好的指導(dǎo)水資源管理具有重要意義。因此，在水資源管理中，借助GIS的作用，可以對各種管理、規(guī)劃方案進行模擬，對方案的實施進行監(jiān)督和反饋，然后迅速地根據(jù)實施狀況對其進行優(yōu)選和調(diào)整，使決策處于一個通暢的良性循環(huán)中。

二、GIS在水資源管理應(yīng)用分析

（一）GIS系統(tǒng)設(shè)計原則

水資源管理信息系統(tǒng)的建設(shè)既要符合信息系統(tǒng)的特點又要滿足管理決策的要求，系統(tǒng)設(shè)計需遵循系統(tǒng)性、實用性、適應(yīng)性、可維護性、安全性、開放性幾大原則，其中實用性尤為重要。實用性要求采用可靠的軟件環(huán)境、硬件設(shè)備進行系統(tǒng)開發(fā)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、兼容性、先進性，并考慮技術(shù)發(fā)展、系統(tǒng)功能擴展，使系統(tǒng)有充分的發(fā)展余地。

（二）GIS系統(tǒng)的應(yīng)用功能

GIS系統(tǒng)主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、水資源評價、水質(zhì)監(jiān)測、水資源規(guī)劃、需水預(yù)測等水資源管理內(nèi)容。

1、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子系統(tǒng)。為保證數(shù)據(jù)的一致性、有效性和完整性，把基礎(chǔ)數(shù)據(jù)從系統(tǒng)中提取出來，作為一個單獨的子系統(tǒng)進行維護及管理。這樣可以避免數(shù)據(jù)的重復(fù)錄入和數(shù)據(jù)的無效性，減輕操作人員的工作量，有利于更好的方便管理和靈活運用。

2、基礎(chǔ)地理信息管理子系統(tǒng)是基于GIS的信息查詢系統(tǒng)，在地理信息上提供一些基本元素、各種類型的水利工程、水文站、入河口和排污口等相關(guān)資料的查詢工作，數(shù)據(jù)來源于其它子系統(tǒng)，從而為水資源管理提供更有力的支持。該子系統(tǒng)應(yīng)具有地圖放大、地圖縮小、地圖漫游、圖元選擇、圖層控制、圖元信息顯示、地圖打印、信息查詢、導(dǎo)航等各項功能。

3、水資源公報子系統(tǒng)主要包括對該地區(qū)的社會經(jīng)濟指標(biāo)、來水情況、蓄水情況、用水情況、水質(zhì)情況、重要水事等信息進行管理，并在此基礎(chǔ)上對水資源進行綜合分析，是一個年度性統(tǒng)計系統(tǒng)，按年度向各級領(lǐng)導(dǎo)、有關(guān)部門和全社會公告該地區(qū)的來水、用水、水質(zhì)的動態(tài)狀況，反映國內(nèi)重要水事活動、水供需矛盾及其有關(guān)水資源的最新科研成果，提高全民的節(jié)水、惜水意識，為管好、用好、保護好水資源創(chuàng)造必要的條件。

4、水資源監(jiān)測子系統(tǒng)主要是對水質(zhì)測站、水質(zhì)監(jiān)測斷面、水質(zhì)測站及斷面一覽表、水質(zhì)測站監(jiān)測情況說明表等站點資料信息和水質(zhì)資料整理說明表、水質(zhì)監(jiān)測成果表等監(jiān)測資料信息進行管理，在此基礎(chǔ)上對水質(zhì)特征值進行統(tǒng)計分析工作。其中站點資料是監(jiān)測資料的必要條件，而監(jiān)測資料又是統(tǒng)計分析工作的必要條件，三者之間相互關(guān)聯(lián)從而形成一個有機統(tǒng)一的整體。水資源監(jiān)測是水資源工作的重要內(nèi)容，是開展水資源工作的主要技術(shù)基礎(chǔ)。

5、水資源規(guī)劃子系統(tǒng)主要是對規(guī)劃水平年設(shè)置、社會經(jīng)濟資料、水資源狀況、供水工程情況、實際供水量統(tǒng)計、實際用水量統(tǒng)計、耗水量和回歸水量統(tǒng)計、不同保證率規(guī)劃可供水量、需水預(yù)測、耗水量和回歸水量預(yù)測、供需分析成果、水質(zhì)狀況、農(nóng)業(yè)灌溉情況、規(guī)劃工程情況、工業(yè)分行業(yè)用水情況、用水水價情況調(diào)查情況、廢污水排放量統(tǒng)計、月平均流量統(tǒng)計、過境水量統(tǒng)計等信息進行管理。

6、需水預(yù)測子系統(tǒng)主要由統(tǒng)計年份數(shù)據(jù)、指標(biāo)預(yù)測、需水預(yù)測和綜合分析四部分組成，統(tǒng)計年份數(shù)據(jù)部分包括現(xiàn)狀年基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，社會經(jīng)濟指標(biāo)、實際取用水量、耗水量和回歸水量等數(shù)據(jù)，其中社會經(jīng)濟指標(biāo)數(shù)據(jù)包括人口、經(jīng)濟、耕地及灌溉面積、牲畜等數(shù)據(jù)：指標(biāo)預(yù)測部分包括人口預(yù)測、牲畜預(yù)測、耕地及灌溉面積預(yù)測、經(jīng)濟預(yù)測、牲畜取用水定額預(yù)測、生活取用水定額預(yù)測、農(nóng)業(yè)取用水定額預(yù)測、工業(yè)取用水定額預(yù)測、耗水率預(yù)測等內(nèi)容：需水預(yù)測部分包括城鎮(zhèn)生活需水量預(yù)測結(jié)果、農(nóng)業(yè)需水量預(yù)測結(jié)果、工業(yè)需水量預(yù)測結(jié)果及耗水量和回歸水量預(yù)測結(jié)果等內(nèi)容；綜合分析部分包括總需水量、水量結(jié)構(gòu)、水量增長率、人均指標(biāo)等綜合分析結(jié)果以及最后的綜合結(jié)果等內(nèi)容。需水預(yù)測是為分析未來經(jīng)濟發(fā)展與水的關(guān)系服務(wù)的，以現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，預(yù)測未來需水情況，從而為水中長期供需平衡服務(wù)。

三、結(jié)束語

綜上所述，GIS系統(tǒng)在水資源管理中具有提供了直觀和理性的可視化工具；提供了強大的存儲與共享功能；支持多種表現(xiàn)形式的空間數(shù)據(jù)；良好的數(shù)據(jù)維護和更新能力；數(shù)據(jù)空間分析；提供了良好的輔助決策功能等特征，因此各地區(qū)水資源管理部門應(yīng)根據(jù)GIS系統(tǒng)設(shè)計原則，設(shè)計完善的系統(tǒng)功能，保障GIS為水資源管理提供全面、精準的數(shù)據(jù)信息。

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