淺談GIS在震后供水系統的應用

(華北理工大學　河北　唐山　063200)

引言

地震引起建筑物、工程設施和社會系統等破壞，為生命安全、國家資源、自然環境都造成不可預測的損害，有很多大中城市位于地震帶上且處于強震活躍期，發生大地震的可能性很大。在城市基礎功能中起重要用的生命線系統，包括電力，供水，天然氣，通信及道路，鐵路運輸等系統。城市供水管網系統是生命線工程之一，因此震后對供水管網系統進行分析具有及其重要的現實意義。國內外的地震經驗證明,在震后做好城市“避、救”方面研究震時啟動的應急預案的建議，當一系列的突發災難降臨時,我們無法選擇逃避,應做好面對災難的準備,特別針對不確定未來的自然災難,我們更加需要預先思考生命線系統問題。

一、國內外研究現狀

地理信息系統是獲取、處理、管理和分析地理空間數據的重要工具與技術,自21世紀來，地理信息系統受到了國內外研究人員的青睞并迅速的發展起來。自然災害分為很多種類，地震與空間地域密不可分,地震災害屬于空間信息范疇,而城市的抗震救災、災后修復工作正是以城市錯綜復雜的綜合地理以及紛紜的人文信息為基礎的,滿足了這種需求。由于GIS具有分析海量信息、借助現代計算機技術最新的軟、硬件功能的能力,使系統運行速度更加快捷,數據交流更加通暢高效。把GIS應用于抗震防災中,可以運用其對空間地理信息、生命線工程、建筑物及其他救災設施的數據信息,從而來建立切實的數據模型并及時做出損失評估和救援方案,從而提高了救災效率。

2011年3月11日，在日本東北地區發生了日本歷史上最嚴重的一次地震(Mw=9.0)，并引發了強烈的海嘯，此次災難于日本社會經濟造成了難以想象的損失，超過20000人在此次災難中喪生,在各大的生命線系統中[2]，供水系統受災損害程度最為嚴重，在受災的各個區縣中，共有超過2000000家庭遭遇了斷水問題，大規模的斷水對社會生產和百姓生活都造成極大的困難。通過早先的市供水網絡，在這次地震后通過GIS進行對該供水管網的破壞及恢復進行分析，此次地震造成的供水系統全面癱瘓問題，在震后一個月之后恢復了90%，通過GIS的空間數據模型對該消除地區的消除城市抗震薄弱環節，并給出供水系統全面、詳細的、相應完善的措施。

葉耀先對公元18世紀以來世界上發生在城市中的14次強烈地震進行了分析研究。從其研究可見,18世紀到20年代中期,地震對人類造成的生命安全難以控制,地震死亡率非常高。而20世紀下葉以后,由于人類通過科學技術的研究及經濟水平的提高，減輕地震災害的能力日益增強,地震的人口死亡率逐年快速下降[3]。由此可見,只要認真推廣應用現有成熟的抗震防災措施,研究并開發確實有效的抗震防災措施，就可以使地震災害大為減輕。目前在國內,GIS也已經廣泛運用在在輸配水管網的日常管理,如上海、深圳、長沙、唐山等城市[4]。天津大學環境工程系也曾應供水企業的要求,以北京大學和中國地質大學的為實驗室開發軟件,并建立了城市供水管網管理系統,實現了供水管網圖形數據和屬性數據的計算機錄入、修改對管線及各種設施進行了屬性查詢、空間定位以及定性、定量的統計、分析[5]。

通過大量地震災害實例表明，在供水系統遭地遇震災害過程后，保持破環狀態時間與破壞的影響范圍成正比，從而使供水系統的地震破壞造成的損失愈慘重。所以，當城市供水系統遭受地震災害影響時，GIS可以提高震害應對效率，用最短的時間恢復其工作能力，把災害造成的損失減少到最小。

二、供水震害及影響

地下管道的破壞形式主要有:

(1)管道接口破壞:如承插式管道接口的填料發生松動，插頭脫出或是承口破壞;連續式鋼管在焊縫連接處開裂，法蘭螺栓松動等。

(2)管體破壞:如管體縱向或斜向裂縫，通過斷層的管體或小口徑管、銹蝕嚴重管體的折斷等。

(3)連接破壞:在三通彎頭、閥門以及管道與地下構筑物連接處的破壞。

管道接口破壞是三類基本破壞形式中,最為常見的。例如,日本沖繩地震中,接頭拔出破壞占了破壞總數的75%。我國唐山地震中,接頭拔出破壞占了破壞總數的79%[6]。

城市供水系統的基本組成部分為地下管道，多次高地震烈度地震的震害經驗表明：地下管道極易遭受在地震破壞,從而會影響供水系統的功能性，使整個供水系統處于癱瘓狀態,并伴隨著火災等次生災害的發生。

三、Map GIS在供水管網的應用

地震災害是不可預測并無法避免的自然災害之一，不僅要做好災害到來時的應急措施，最主要的是要做好應對災害的準備，提高城市供水管線的管理水平，建立供水管網的信息管理系統選用Map GIS為地理信息系統平臺[7]，系統能夠儲存全城的管網圖形及其屬性信息，隨時更新數據，方便對管網的查詢與安全監督。當地震等災害發生時能夠第一時間找到供水系統的破壞源頭并及時修復；還能找出水質污染源，有效控制水污染。經廣泛調查與研究，供水管網管理系統有以下功能[8]。

(1)區域內地形圖的存儲管理和漫游，地形圖的局部修改和及時更新。

(2)供水系統各組成部分的基礎數據存儲管理。

(3)屬性統計及數據輸出功能。

(4)自然災害及緊急事件事故處理和搶修工程功能。

(5)一般的管道工程輔助設計功能及管道維修管理功能等。