水利防汛中GIS地理信息系統(tǒng)的應用

李廣生

摘要：我國是一個自然災害頻繁發(fā)生的國家，自然災害給國家財產(chǎn)造成了巨大的損失。隨著我國經(jīng)濟和科學技術的飛速發(fā)展新技術在防洪減災領域的涉及面越來越廣。GIS新技術在水利防汛方面的應用使水利防汛工作進入嶄新的時代。

關鍵詞：水利防汛;GIS;應用

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System或 Geo-Information system，GIS）有時又稱為“地學信息系統(tǒng)”或“資源與環(huán)境信息系統(tǒng)”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。它是在計算機硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)（GIS）是最近幾年才興起的一種信息采集和管理的系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)主要由操控人員、計算機硬件和軟件系統(tǒng)以及空間的數(shù)據(jù)等構成。計算機技術與地理信息系統(tǒng)是息息相關的，當然也離不開社會的需求程度。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，為我國地理信息系統(tǒng)的廣泛應用提供了有利條件和可能，也使地理信息系統(tǒng)的發(fā)展前景和經(jīng)濟社會效益不斷提升。

一、GIS在水資源領域的應用

水資源的管理工作是社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要保障。由于我們在經(jīng)濟發(fā)展的過程中忽視對水資源的保護，導致了資源性缺水以及水質(zhì)性缺水，還有就是水資源極大浪費等問題。為了更好的解決這一問題，人們開始關注水資源管理工作。采用現(xiàn)代化的手段，以信息化技術為基礎，可以解決好資源水利中的諸多復雜問題。現(xiàn)階段，可以通過多維水質(zhì)模型、穩(wěn)態(tài)和動態(tài)水流模型等環(huán)境過程模型對水資源進行規(guī)劃和管理。但是，這些環(huán)境模型在對空間數(shù)據(jù)的操作及操作結(jié)果的顯示方面具有一定的困難，這就需要用到GIS來解決這一問題。通過模擬數(shù)據(jù)和可視化技術直觀地表現(xiàn)水資源狀況，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)處理和實時數(shù)據(jù)的動態(tài)采集，完善水資源信息的節(jié)理與更新，實現(xiàn)水資源的空間分析功能，實現(xiàn)模擬動態(tài)變化過程和數(shù)據(jù)共享。

二、GIS在水利防汛方面的應用

（一）洪澇災害風險分析

GIS在水利防汛方面的應用首先就是對洪澇災害風險分析。也就是對洪水發(fā)生的概率、強度及其可能造成的損失的分析。一般情況下，我們可以從洪水風險識別、風險估計、風險評價以及風險控制四個方面來理解洪澇災害風險分析。采用GIS技術，將DEM數(shù)據(jù)與江河流域的雨情、水情和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，通過科學的分析和對比，模擬洪水的演變規(guī)律，快速評估洪水的風險大小，預測洪水的發(fā)展趨勢、可能的造成的經(jīng)濟損失，并根據(jù)預測和分析的結(jié)果來采取高效的救災措施。GIS技術在災情評估上的應用就是充分利用的空間查詢功能、分析功能、可視化模擬的能力，結(jié)合災害背景數(shù)據(jù)及社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)，計算淹沒面積，然后科學的評估災情嚴重程度以及會對各業(yè)造成的損失，為防汛物資的運輸選擇最佳路徑。

（二）對災情進行可行性的評估

地理信息系統(tǒng)（GIS）在災情評估方面是其他系統(tǒng)無法望其項背的，主要體現(xiàn)在：對基礎背景的數(shù)據(jù)完成處理，比如：地理、社會和經(jīng)濟等方面的數(shù)據(jù);對空間和屬性的數(shù)據(jù)進行查詢、檢索、統(tǒng)計以及顯示等方面的操作;提供洪水演進的最基本的平臺;對災情的數(shù)據(jù)進行有效的獲取和研究分析;完成對災情的可視化的表達;可以作為決策的工具，完成行蓄洪區(qū)應用、搶險救災物資的儲蓄和運輸、避開危險、遷安等工作。當下，水利部遙感技術應用中心已經(jīng)廣泛的應用了洪澇災害的監(jiān)測評估業(yè)務運行系統(tǒng)。

（三）防汛指揮和制定防汛決策

GIS在防汛指揮和制定防汛決策上的應用主要體現(xiàn)在以GIS提供的江河湖泊分布、工業(yè)設施、城鎮(zhèn)、交通、水利設施分布、水文信息等為基礎，利用各類計算模型提供實時數(shù)據(jù)，有關部門可以有效的設置攔洪設施的點位，選擇分洪、泄洪措施。同時，利用GIS空間分析及預測能力還可以模擬行蓄洪區(qū)人員物資的撤退、轉(zhuǎn)移，選擇最佳撤退路線。

三、GIS技術在水利工程方面的應用

在施工過程中，通過GIS可以將施工過程通過圖像的方式動態(tài)的顯不出來，可以為水利施工過程提供便利的分析工具。GIS技術把工程施工各個時刻的工程面貌的圖像存在數(shù)據(jù)庫中，和與之相對的屬性數(shù)據(jù)建立聯(lián)系，當圖像快速連續(xù)變換時，整個施工過程的工程面貌便動態(tài)顯現(xiàn)出來。目前，在我國水利施工中GIS的水利水電工程施工總布置可視化演示系統(tǒng)是采用這種方法。GIS在水利施工設計中的應用可以將GIS中的地形信息與地質(zhì)技術資料和水文資料相結(jié)合，通過強大的分析功能，來確定最為合適的工程施工地點。另外GIS系統(tǒng)還可以通過離散分布的平面點來模擬連續(xù)分布的地形，在此基礎上進行坡度坡向分析、斷面圖分析等，這可以有效的提高水利工程信息管理的科學性。

四、基于防洪減災的GIS地理信息系統(tǒng)設計

防洪規(guī)劃信息數(shù)據(jù)類型復雜，數(shù)據(jù)量龐大，但歸納起來主要可由系統(tǒng)的空間信息和屬性信息組成。空間信息主要是有關防洪的各種地圖，屬性信息主要存儲了系統(tǒng)所要查詢的一切屬性信息加實時水雨情，水文站、水庫、堤防、重點防洪工程信息，氣象信息等?？臻g信息和屬性信息之間可以相互查詢和檢索這就需要功能強大的GIS軟件來支持進而實現(xiàn)系統(tǒng)的模塊間關聯(lián)、查詢、顯示等功能?；诜篮闇p災的GIS地理信息系統(tǒng)設計必須要堅持以下原則：規(guī)范性、實用性、穩(wěn)定性、擴展性和安全性。系統(tǒng)的設計必須要根據(jù)《城市基礎地理信息系統(tǒng)技術規(guī)范》等一系列國家及省級標準;根據(jù)不同用戶的相應特點，為用戶提供最大限度的系統(tǒng)靈活性;要保證系統(tǒng)的長期正常運轉(zhuǎn)，對于故障能夠有效地處理、及時恢復;數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)需隨著數(shù)據(jù)內(nèi)容和業(yè)務管理模式的變化而不斷調(diào)整;系統(tǒng)安全性較高。

在系統(tǒng)的功能設計上，可以分為五大模塊：基礎數(shù)據(jù)庫管理模塊、基礎工情信息管理模塊、洪水預報模塊、洪災損失評估模塊、三維仿真模塊。系統(tǒng)的用戶上，需要涉及3類不同用戶：普通用戶、系統(tǒng)管理員、高級用戶。普通用戶進行系統(tǒng)數(shù)據(jù)的建庫工作以及基礎工情信息的管理工作;系統(tǒng)管理員負責進行系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫維護工作、洪水預報、洪水模擬、洪災評估、用戶權限管理等工作。高級用戶具有普通用戶和系統(tǒng)管理員的所有功能，另外還要包括各部分功能模塊所實現(xiàn)的全部功能。

五、結(jié)語

地理信息系統(tǒng)技術為防汛水情工作標準化、空間化提供了有效的工具。同時也將防汛水情信息與空間地圖很好地結(jié)合起來，保障了防洪減災工作的開展。我國的防汛減災工作要借助于GIS系統(tǒng)，降低國家和人們的財產(chǎn)和經(jīng)濟損失。

參考文獻

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（作者單位：西寧市測繪院）