GIS在水利信息化中的應用和發展趨勢

尤厚培 易 成

（1.廣德縣水務局；2.廣德縣房地產管理局，安徽 廣德 242200）

GIS在水利信息化中的應用和發展趨勢

尤厚培1易 成2

（1.廣德縣水務局；2.廣德縣房地產管理局，安徽 廣德 242200）

本文介紹了地理信息系統(GIS)在水利信息化中起到的至關重要的作用，尤其是在防洪減災、水資源管理、水土保持和水利水電工程建設和管理等方面。其中重點闡述了利用GIS的空間數據管理能力、空間數據處理能力和空間分析能力為各類應用模型提供數據，優化模型參數，使其防汛信息以及決策方案可視化表示，在現代水利防洪減災方面提供決策支持系統；同時利用GIS的歷史數據管理和實時數據的動態加載功能、信息的空間與屬性雙向查詢功能、空間數據的疊加與綜合處理在現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(SDSS)。最后分析和展望地理信息系統技術在現代水利應用中的發展趨勢。

地理信息系統；水利現代化；信息管理和決策支持系統

1 前言

地理信息系統(GIS)通常泛指用于獲取、儲存、查詢、綜合、處理、分析、顯示和應用地理空間數據及其與之相關信息的計算機系統。在水利信息化系統建設中，地理信息系統(GIS)是系統構建的框架，是輔助決策的工具。是成果展示的平臺。國內水利行業應用GIS技術始于90年代初期，大致經歷了認識了解、初步應用和結合GIS技術進行深入研究三個階段。近年來。隨著GIS在水利領域的應用范圍不斷擴大，應用層次也逐漸深入，—些部門將它作為分析、決策、模擬甚至預測的工具.其社會經濟效益也比較明顯地顯示了出來。

2 GIS技術在水利行業的應用

2.1 GIS在防洪減災方面的應用

我國洪澇災害發生頻繁，使國家和個人都蒙受了巨大的經濟損失。隨著社會經濟和科學技術的飛速發展，我國的防洪工作將逐步從“以洪水為敵”的控制洪水向體現水資源特性的洪水管理轉變，全面建成覆蓋全國的水利信息網絡，其中防洪減災屬于重點應用系統。

目前GIS技術在防洪減災方面的應用主要有以下四種類型。

(1)防汛決策支持系統或信息管理系統的平臺

在國家防汛指揮系統總體設計框架下，目前流域或省、自治區、直轄市的防汛決策支持系統或防汛信息管理系統都以GIS為平臺。GIS在這些系統中的作用主要有以下幾個方面：空間數據處理、查詢、檢索、更新和維護；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；為各類應用模型提供實時數據；優化模型參數；預報預測和防汛信息及決策方案的可視化表達。

(2)災情評估

在災情評估中，GIS作為基礎平臺，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，發揮了很多別的系統不具備的作用：

基礎背景數據(包括地理、社會、經濟)的管理；

空間和屬性數據查詢、檢索、統計和顯示的基礎：

災情數據的提取和分析；

災情的模擬和可視化表達；

對決策起輔助作用的工具。

(3)洪澇災害風險分析與區劃

洪澇災害風險分析是分析不同強度的洪水發生概率及其可能造成的損失。它包括洪水的危險性分析、承災體的易損性和損失評估。GIS發揮的作用有：多源、多尺度和海量數據的管理；空間數據的疊加與綜合處理；圖形處理的特殊功能。

由于城市社會經濟地位和社會影響的特殊性，防洪工作尤其重要。所以GIS在城市防洪中發揮的作用除了一般防洪減災決策支持系統外，還利用其時空特征分析和高分辨率數據的處理功能在城市防洪減災中發揮了更多更大的作用，目前比較突出的有以下幾個方面：城市積水、退水的預報預測；現有排水設施(排水管網、泵站等)信息的管理；排水設施的規劃，設計和施工管理；暴雨時空特征分析(4DGIS)；以街道為統計單元和以街區為空間單元的社會經濟數據空間展布；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據的存儲、維護和管理。

2.2 GIS在水資源管理方面的應用

水資源信息的面非常廣，具有多源、多時相、多種類和動態這幾個基本特征。水資源信息管理系統發揮了從時間、空間上了解水資源的現狀與變化，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律，通過信息處理和分析，提供管理的基礎信息與手段，完善水資源信息的管理與更新，實現數據共享。

在水資源信息管理系統中GIS發揮的作用大致有以下幾個方面：歷史數據管理和實時數據的動態采集和加載；信息的空間與屬性雙向查詢和分析；時空統計；以多種方式直觀地可視化表達各類信息的空間分布及模擬動態變化過程；區域水資源的空間分析；區域水資源管理模式區劃，如地下水禁采與限采區劃、水環境區劃等。

2.3 GIS在水環境和水土保持方面的應用

由于社會經濟高速發展中過多的人類活動影響，我國水系的污染已經十分嚴重，為了近一步了解和監測水環境和水土保持的情況，水利部門已有包括170多個主要測站的全國水環境信息管理系統。水環境信息管理系統是空間決策支持系統的基礎或者是組成部分，而GIS是其基礎，同時也是提取數據和顯示數據的平臺。

這些以GIS技術為支撐的信息管理系統和空間決策支持系統的功能主要有以下幾個方面：自然、地理、社會經濟等基礎背景數據，水利工程與設施，監測站點，水質與水量的歷史與實時數據，水環境評價等級，水質標準及法規和條例，決策項目和邊界條件數據，水污染預測數據的采集和管理；建立數據空間數據和屬性特征的拓撲關系，用來進行數據的雙向查詢；通過對區域或上下游水質的空間分析，找出某水質參數嚴重超標的污染源；各類數據的可視化表達和可視化共享；水質水量模擬與預測；污染排放管理與控制；取水口位置最優化選擇和各類突發事件的處理方案及優化。

在水土保持方面，GIS也發揮著十分重要的作用。其應用是一種全過程的應用，從土壤侵蝕發生與否的判斷開始、一直到土壤侵蝕過程的模擬與預測。所以與其他領域比較，水土保持中一些應用模型大多采用與GIS緊密結合的方式，也就是直接用GIS為建模平臺和決策依據，這是—個比較鮮明的特點。

2.4 GIS在水利水電工程建設和管理方面的應用

水利水電工程建設與管理是水利水電工程的重中之重，它的選址、規劃、設計和施工管理都必須嚴格慎重，考慮到各個方面的因素。此時GIS在空間分析和模擬方面的強大優勢就顯現出來了。

水利水電工程建設與管理中利用GIS功能最多的有以下幾個方面：通過進行三維可視化顯示及貫穿飛行模擬，實現位置或路線的優化；空間信息的處理，疊加與分析，得出可作為決策輔導的信息；通過仿真模擬淹沒分析，得到各種分析數據；利用GIS平臺實現交互式的工程布置方案修改。

3 GIS技術在水利行業應用的發展趨勢

GIS是一門與計算機軟硬件、元數據庫的建設、數據挖掘、遙感技術、網絡技術和數據庫管理、數字攝影與自動化成象等技術有著緊密相關的學科，而上面的那些技術又是在不斷發展的，每項技術的發展都給GIS帶來了深刻的變化，所以GIS在水利行業的應用和發展，不僅取決于GIS技術的發展，更取決于水利行業數字化的進程。在水利部以信息化帶動水利現代化的戰略方針指導下，GIS在水利行業的應用將會越來越廣，用途也將會越來越大，而且會迅速成為管理和決策主要支撐技術。它的發展趨勢有以下四個：網絡GIS(WebGIS)；“3S”技術集成；VR—GIS技術；地理信息建模系統(GIMS)。

[1]劉勇，井文涌.地理信息系統技術及其在環境科學中的應用.環境科學.1997.3：62.

[2]李德仁，關澤群.空間信息系統的集成與實現.武漢測繪大學出版社.2000，3(1)：224.

TP79

B