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摘 要：本文介紹了地理信息系統（GIS）在現代水利也就是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，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(diǎn)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(lèi)應用模型提供數據，優(yōu)化模型數參數，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(shí)利用GIS的歷史數據管理和實(shí)時(shí)數據的動(dòng)態(tài)加載功能，信息的空間與屬性雙向查詢(xún)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）。最后分析和展望里地理信息系統技術(shù)現代水利應用中的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：地理信息系統 水利現代化 信息管理和決策支持系統


一、前言

水利行業(yè)是關(guān)系到我國國計民生的重要基礎行業(yè)，我國政府對其的發(fā)展極其重視。為了實(shí)現水利信息化，在水利行業(yè)中推廣GIS技術(shù)。地理信息系統（GIS）通常泛指用于獲取、儲存、查詢(xún)、綜合、處理、分析、顯示和應用地理空間數據及其與之相關(guān)信息的計算機系統。它把空間的邏輯思維延伸到了形象思維。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(yè)應用GIS技術(shù)始于90年代初期，大致經(jīng)歷了認識了解、初步應用和結合GIS技術(shù)進(jìn)行深入研究三個(gè)階段。最早接觸GIS技術(shù)的主要是一些科研院所和高等院校，當時(shí)的應用只注重數據的可視化，主要發(fā)揮它的查詢(xún)、檢索和空間顯示功能，即只發(fā)揮了GIS的最低層次的功能。近年來(lái)，隨著(zhù)GIS在水利領(lǐng)域的應用范圍不斷擴大，應用層次也逐漸深入，一些部門(mén)將它作為分析、決策、模擬甚至預測的工具，其社會(huì )經(jīng)濟效益也比較明顯地顯示了出來(lái)。水利部提出了“以信息化帶動(dòng)水利現代化”并在2001年，水利部專(zhuān)門(mén)召開(kāi)了“GIS技術(shù)在水利中的應用”研討會(huì )，在會(huì )的各級領(lǐng)導和各級專(zhuān)家對在水利中推廣應用GIS技術(shù)提出了許多有建設性的意見(jiàn)和觀(guān)點(diǎn)，這必將推動(dòng)GIS在水利行業(yè)的應用和發(fā)展進(jìn)入更高更深的層次。

二、GIS技術(shù)在水利行業(yè)的應用

我國是一個(gè)水資源相對緊缺的國家，洪澇災害、干旱缺水和水污染等問(wèn)題十分突出，即水資源短缺與洪澇災害頻繁發(fā)生并存，洪澇災害與干旱災害并存。資源性缺水與水質(zhì)性缺水并存。這一系列的現象嚴重制約了國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展。

任何一項先進(jìn)技術(shù)的應用和發(fā)展都必須依附于生產(chǎn)的需要。GIS技術(shù)在水利行業(yè)的應用也主要圍繞著(zhù)上述主要問(wèn)題。

1．GIS在防洪減災方面的應用

我國幅員遼闊，自然地理地貌條件十分復雜，洪澇災害發(fā)生頻繁，使國家和個(gè)人都蒙受了很大的經(jīng)濟損失。隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)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(wǎng)絡(luò )，其中防洪減災屬于重點(diǎn)應用系統。

目前GIS技術(shù)在防洪減災方面的應用主要有以下四種類(lèi)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(gè)方面：

空間數據處理、查詢(xún)、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(lèi)應用模型提供實(shí)時(shí)數據；

優(yōu)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(xún)和分析功能以及可視化模擬的能力，發(fā)揮了很多別的系統不具備的作用：

基礎背景數據（包括地理、社會(huì )、經(jīng)濟）的管理；

空間和屬性數據查詢(xún)、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。

目前洪澇災害的監測評估業(yè)務(wù)運行系統已在水利部遙感技術(shù)應用中心投入運行。

（3）洪澇災害風(fēng)險分析與區劃

洪澇災害風(fēng)險分析是分析不同強度的洪水發(fā)生概率及其可能造成的損失。它包括洪水的危險性分析，承災體的易損性和損失評估。采用GIS技術(shù)，可以將上述三方面所涉及到的諸多自然，地理和社會(huì )因子附上相應的權重進(jìn)行空間疊加，是進(jìn)行洪澇災害風(fēng)險分析與區劃的有效手段。GIS發(fā)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。

（4）城市防洪

由于城市社會(huì )經(jīng)濟地位和社會(huì )影響的特殊性，防洪工作尤其重要。同時(shí)由于許多城市都是依水而建和城市不透水面積大，產(chǎn)流量大等特點(diǎn)，防洪工作的難度比農村地區大，所以GIS在城市防洪中發(fā)揮的作用除了一般防洪減災決策支持系統外，還利用其的時(shí)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(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、退水的預報預測；

現有排水設施（排水管網(wǎng)、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(shí)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(huì )經(jīng)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。

由于城市防汛信息管理及決策支持系統的復雜性，不少方面還在繼續深入，可以肯定的是GIS技術(shù)在這進(jìn)程中能發(fā)揮的作用。

2．GIS在水資源管理方面的應用

我國水資源短缺，而且分布極不均勻。同時(shí)由于社會(huì )經(jīng)濟飛速發(fā)展的過(guò)程中對環(huán)境保護不力，因此在資源性缺水的同時(shí)又加上水質(zhì)性缺水，水資源嚴重短缺又存在有水資源浪費。面對如此嚴峻的形勢，水資源的管理工作已經(jīng)被賦上了維系社會(huì )經(jīng)濟可持續發(fā)展的歷史性重任。由此也決定了必須用現代化的手段，實(shí)現以信息化為基礎的技術(shù)來(lái)對水資源進(jìn)行監控管理，才能解決好資源水利中的諸多復雜問(wèn)題，這也為GIS提供了大顯身手的機會(huì )。例如在歐盟-遼寧水資源項目中,基于GIS的水資源管理系統的流程如右圖1：

水資源信息的面非常廣，如上圖所示,有水文氣象，地理，地質(zhì)，水質(zhì)，水利工程，水處理工程,各行各業(yè)與生活需水量等等.所以這些數據既有歷史的，又有實(shí)時(shí)或現狀的，從性質(zhì)上決定了其多源，多時(shí)相，多種類(lèi)和動(dòng)態(tài)這幾個(gè)基本特征。水資源信息管理系統發(fā)揮了從時(shí)間，空間上了解水資源的現狀與變化，通過(guò)模擬可視化直觀(guān)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(guò)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(shí)現數據共享。



圖1 流域水資源管理系統流程圖

在水資源信息管理系統中GIS發(fā)揮的作用大致有以下幾個(gè)方面：

（1）歷史數據管理和實(shí)時(shí)數據的動(dòng)態(tài)采集和加載；

（2）信息的空間與屬性雙向查詢(xún)和分析；

（3）時(shí)空統計；

（4）以多種方式直觀(guān)地可視化表達各類(lèi)信息的空間分布及模擬動(dòng)態(tài)變化過(guò)程；

（5）區域水資源的空間分析；

（6）區域水資源管理模式區劃，如地下水禁采與限采區劃、水環(huán)境區劃等。

3．GIS在水環(huán)境和水土保持方面的應用

由于社會(huì )經(jīng)濟高速發(fā)展中過(guò)多的人類(lèi)活動(dòng)影響，我國水系的污染已經(jīng)十分嚴重了，土壤侵蝕面積達國土面積的20%以上，而土壤侵蝕本身也是造成水系污染的主要因素之一。為了近一步了解和監測水環(huán)境和水土保持的情況，水利部門(mén)已有包括170多個(gè)主要測站的全國水環(huán)境信息管理系統，有如廣東那樣的省級系統，有如三峽庫區那樣的區域性系統，也有如九州江那樣的江河級系統。水環(huán)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(shí)也是提取數據和顯示數據的平臺。