淺談ＧＩＳ在水利現(xiàn)代化中的應(yīng)用和發(fā)展

趙洪利

摘要：本文介紹了地理信息系統(tǒng)（GIS）在現(xiàn)代水利也就是水利信息化中防洪減災(zāi)和水利水電工程建設(shè)和管理方面起到的至關(guān)重要的作用，最后分析和展望里地理信息系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)代水利應(yīng)用中的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)；水利現(xiàn)代化；應(yīng)用與發(fā)展

我國是一個(gè)水資源相對緊缺的國家，洪澇災(zāi)害、干旱缺水和水污染等問題十分突出，即水資源短缺與洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生并存，洪澇災(zāi)害與干旱災(zāi)害并存。資源性缺水與水質(zhì)性缺水并存。這一系列的現(xiàn)象嚴(yán)重制約了國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。任何一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)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(yīng)用也主要圍繞著上述主要問題。

1GIS在防洪減災(zāi)方面的應(yīng)用

我國幅員遼闊，自然地理地貌條件十分復(fù)雜，洪澇災(zāi)害發(fā)生頻繁，使國家和個(gè)人都蒙受了很大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(xiàn)水資源特性的洪水管理轉(zhuǎn)變，全面建成覆蓋全國的水利信息網(wǎng)絡(luò)，其中防洪減災(zāi)屬于重點(diǎn)應(yīng)用系統(tǒng)。目前GIS技術(shù)在防洪減災(zāi)方面的應(yīng)用主要有以下四種類型。

1.1防汛決策支持系統(tǒng)或信息管理系統(tǒng)的平臺(tái)

在國家防汛指揮系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架下，目前流域或省、自治區(qū)、直轄市的防汛決策支持系統(tǒng)或防汛信息管理系統(tǒng)都以GIS為平臺(tái)。GIS在這些系統(tǒng)中的作用主要有以下幾個(gè)方面：

空間數(shù)據(jù)處理、查詢、檢索、更新和維護(hù)；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(yīng)用模型提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；優(yōu)化模型參數(shù)；預(yù)報(bào)預(yù)測和防汛信息及決策方案的可視化表達(dá)。

1.2災(zāi)情評估

在災(zāi)情評估中，GIS作為基礎(chǔ)平臺(tái)，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(fā)揮了很多別的系統(tǒng)不具備的作用：

基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)（包括地理、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)）的管理；空間和屬性數(shù)據(jù)查詢、檢索、統(tǒng)計(jì)和顯示的基礎(chǔ)；災(zāi)情數(shù)據(jù)的提取和分析；災(zāi)情的模擬和可視化表達(dá)；對決策起輔助作用的工具。

目前洪澇災(zāi)害的監(jiān)測評估業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)已在水利部遙感技術(shù)應(yīng)用中心投入運(yùn)行。

1.3洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析與區(qū)劃

洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析是分析不同強(qiáng)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(xiǎn)性分析，承災(zāi)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(yīng)的權(quán)重進(jìn)行空間疊加，是進(jìn)行洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析與區(qū)劃的有效手段。GIS發(fā)揮的作用有：

多源、多尺度和海量數(shù)據(jù)的管理；空間數(shù)據(jù)的疊加與綜合處理；圖形處理的特殊功能。

1.4城市防洪

由于城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(nóng)村地區(qū)大，所以GIS在城市防洪中發(fā)揮的作用除了一般防洪減災(zāi)決策支持系統(tǒng)外，還利用其的時(shí)空特征分析和高分辨率數(shù)據(jù)的處理功能在城市防洪減災(zāi)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(yù)報(bào)預(yù)測；現(xiàn)有排水設(shè)施（排水管網(wǎng)、泵站等）信息的管理；排水設(shè)施的規(guī)劃，設(shè)計(jì)和施工管理；暴雨時(shí)空特征分析（4DGIS）；以街道為統(tǒng)計(jì)單元和以街區(qū)為空間單元的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、維護(hù)和管理。

由于城市防汛信息管理及決策支持系統(tǒng)的復(fù)雜性，不少方面還在繼續(xù)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。

2GIS在水利水電工程建設(shè)和管理方面的應(yīng)用

水利水電工程建設(shè)與管理是水利水電工程的重中之重，它的選址，規(guī)劃，設(shè)計(jì)和施工管理都必須嚴(yán)格慎重，考慮到各個(gè)方面的因素，例如移民安置地環(huán)境容量調(diào)查，調(diào)水工程選線及環(huán)境影響評估，防洪規(guī)劃，大型水利水電工程物科儲(chǔ)運(yùn)管理和蓄滯洪區(qū)規(guī)劃和建設(shè)等。此時(shí)GIS在空間分析和模擬方面的強(qiáng)大優(yōu)勢就顯現(xiàn)出來了。水利水電工程建設(shè)與管理中利用GIS功能最多的有以下幾個(gè)方面：通過進(jìn)行三維可視化顯示及貫穿飛行模擬，實(shí)現(xiàn)位置或路線的優(yōu)化；空間信息的處理，疊加與分析，得出可作為決策輔導(dǎo)的信息；通過防真模擬淹沒分析，得到各種分析數(shù)據(jù)；利用GIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)交互式的工程布置方案修改。

3 GIS技術(shù)在水利行業(yè)應(yīng)用的發(fā)展趨勢

GIS是一門與和計(jì)算機(jī)硬件和操作系統(tǒng)，元數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，數(shù)據(jù)挖掘，遙感技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫管理，數(shù)字?jǐn)z影與自動(dòng)化成象等技術(shù)有著緊密相關(guān)的學(xué)科，而上面的那些技術(shù)又是在不斷發(fā)展的，每項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展都給GIS帶來了深刻的變化。所以GIS在水利行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展，不僅僅取決于GIS技術(shù)的發(fā)展，更取決于水利行業(yè)數(shù)字化的進(jìn)程.在水利部以信息化帶動(dòng)水利現(xiàn)代化的戰(zhàn)略方針指導(dǎo)下，GIS在水利行業(yè)的應(yīng)用將會(huì)越來越廣，用途也將會(huì)越來越大.而且會(huì)迅速成為管理和決策主要支撐技術(shù)。它的發(fā)展趨勢有以下四個(gè)。

3.1網(wǎng)絡(luò)GIS（WebGIS）

網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)資源共享和遠(yuǎn)程遙控的基礎(chǔ)技術(shù)，WebGIS是Internet技術(shù)應(yīng)用于GIS開發(fā)的產(chǎn)物。GIS通過WWW功能得以擴(kuò)展，真正成為一種大眾使用的工具。從WWW的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，Internet用戶可以瀏覽WebGIS站點(diǎn)中的空間數(shù)據(jù)、制作專題圖，以及進(jìn)行各種空間檢索和空間分析，從而使GIS進(jìn)入千家萬戶。它可用于除了一般數(shù)據(jù)外的特殊數(shù)據(jù)類型，尤其是矢量數(shù)據(jù)的處理，以網(wǎng)絡(luò)瀏覽器為應(yīng)用工作平臺(tái)，在客戶端可以實(shí)現(xiàn)對矢量數(shù)據(jù)的操作，可以在多個(gè)客戶端實(shí)現(xiàn)原來在本機(jī)上才能實(shí)現(xiàn)的功能，并可通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程調(diào)用和發(fā)布各類數(shù)據(jù)、圖形、圖像。

3.2“3S”技術(shù)集成

“3S”不是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感系統(tǒng)(RS)的簡單組合，而是將其通過數(shù)據(jù)接口嚴(yán)格地、緊密地、系統(tǒng)地集合起來，使其成為一個(gè)更具有應(yīng)用價(jià)值的大系統(tǒng)，在這個(gè)大系統(tǒng)中GPS主要被用于實(shí)時(shí)、快速地提供目標(biāo)的空間位置；RS用于實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)提供目標(biāo)及其環(huán)境的語義或語義信息，發(fā)現(xiàn)地球表面的各種變化；GIS則對多源時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理、集成管理、動(dòng)態(tài)存取，形成新的集成系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)。所以“3S”集成技術(shù)在水利行業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

3.3 VR-GIS技術(shù)

VR-GIS技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與GIS技術(shù)的結(jié)合，包括與WebGIS和ComGIS結(jié)合的技術(shù)，專門用于研究地學(xué)或以地球系統(tǒng)為對象的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，目前只能達(dá)到仿真的水平，可以做到：對現(xiàn)時(shí)的地理區(qū)域的非常真實(shí)的表達(dá)；可在所在地理范圍內(nèi)外自由移動(dòng)；在三維數(shù)據(jù)庫中有GIS的各種功能；以可視化功能作為用戶接口的自然的整體部分。

3.4 地理信息建模系統(tǒng)(GIMS)

GIS成功應(yīng)用于專門領(lǐng)域的關(guān)鍵，在于支持建立該領(lǐng)域特有的空間分析模型。GIS應(yīng)當(dāng)支持面向用戶的空間分析模型的定義、生成和檢驗(yàn)的環(huán)境，支持與用戶交互式的基于GIS的分析、建模和決策，這種GIS系統(tǒng)又稱為地理信息建模系統(tǒng)(GIMS)。GIMS是目前GIS研究的熱點(diǎn)問題之一。基于RS和GIS的分布式流域水文模型成為當(dāng)前研究的前沿，“3S”技術(shù)支持下的分布式或半分布式水文預(yù)報(bào)模型在中小流域尺度進(jìn)行了試驗(yàn)性的應(yīng)用研究，取得了一些成果。

參考文獻(xiàn)

[1]劉勇，井文涌．地理信息系統(tǒng)技術(shù)及其在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用．環(huán)境科學(xué)．1997.3:62．

[2]李德仁，關(guān)澤群．空間信息系統(tǒng)的集成與實(shí)現(xiàn)．武漢測繪大學(xué)出版社．2000，3(1):224．

[3]彭盛．GIS技術(shù)在水資源和水環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用．水科學(xué)進(jìn)展．2001，12(2):264-269．

[4]張建云．建設(shè)水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)-水利現(xiàn)代化的技術(shù)方向．中國水利．2000，8．