GIS在水利信息化中的应用和发展趋势

尤厚培 易 成

（1.广德县水务局；2.广德县房地产管理局，安徽 广德 242200）

GIS在水利信息化中的应用和发展趋势

尤厚培1易 成2

（1.广德县水务局；2.广德县房地产管理局，安徽 广德 242200）

本文介绍了地理信息系统(GIS)在水利信息化中起到的至关重要的作用，尤其是在防洪减灾、水资源管理、水土保持和水利水电工程建设和管理等方面。其中重点阐述了利用GIS的空间数据管理能力、空间数据处理能力和空间分析能力为各类应用模型提供数据，优化模型参数，使其防汛信息以及决策方案可视化表示，在现代水利防洪减灾方面提供决策支持系统；同时利用GIS的历史数据管理和实时数据的动态加载功能、信息的空间与属性双向查询功能、空间数据的叠加与综合处理在现代水利水资源管理和水土保持方面提供的空间决策支持系统(SDSS)。最后分析和展望地理信息系统技术在现代水利应用中的发展趋势。

地理信息系统；水利现代化；信息管理和决策支持系统

1 前言

地理信息系统(GIS)通常泛指用于获取、储存、查询、综合、处理、分析、显示和应用地理空间数据及其与之相关信息的计算机系统。在水利信息化系统建设中，地理信息系统(GIS)是系统构建的框架，是辅助决策的工具。是成果展示的平台。国内水利行业应用GIS技术始于90年代初期，大致经历了认识了解、初步应用和结合GIS技术进行深入研究三个阶段。近年来。随着GIS在水利领域的应用范围不断扩大，应用层次也逐渐深入，—些部门将它作为分析、决策、模拟甚至预测的工具.其社会经济效益也比较明显地显示了出来。

2 GIS技术在水利行业的应用

2.1 GIS在防洪减灾方面的应用

我国洪涝灾害发生频繁，使国家和个人都蒙受了巨大的经济损失。随着社会经济和科学技术的飞速发展，我国的防洪工作将逐步从“以洪水为敌”的控制洪水向体现水资源特性的洪水管理转变，全面建成覆盖全国的水利信息网络，其中防洪减灾属于重点应用系统。

目前GIS技术在防洪减灾方面的应用主要有以下四种类型。

(1)防汛决策支持系统或信息管理系统的平台

在国家防汛指挥系统总体设计框架下，目前流域或省、自治区、直辖市的防汛决策支持系统或防汛信息管理系统都以GIS为平台。GIS在这些系统中的作用主要有以下几个方面：空间数据处理、查询、检索、更新和维护；利用空间分析能力和可视化模拟显示为防汛指挥决策提供辅助支持；为各类应用模型提供实时数据；优化模型参数；预报预测和防汛信息及决策方案的可视化表达。

(2)灾情评估

在灾情评估中，GIS作为基础平台，它充分利用了自己的查询和分析功能以及可视化模拟的能力，发挥了很多别的系统不具备的作用：

基础背景数据(包括地理、社会、经济)的管理；

空间和属性数据查询、检索、统计和显示的基础：

灾情数据的提取和分析；

灾情的模拟和可视化表达；

对决策起辅助作用的工具。

(3)洪涝灾害风险分析与区划

洪涝灾害风险分析是分析不同强度的洪水发生概率及其可能造成的损失。它包括洪水的危险性分析、承灾体的易损性和损失评估。GIS发挥的作用有：多源、多尺度和海量数据的管理；空间数据的叠加与综合处理；图形处理的特殊功能。

由于城市社会经济地位和社会影响的特殊性，防洪工作尤其重要。所以GIS在城市防洪中发挥的作用除了一般防洪减灾决策支持系统外，还利用其时空特征分析和高分辨率数据的处理功能在城市防洪减灾中发挥了更多更大的作用，目前比较突出的有以下几个方面：城市积水、退水的预报预测；现有排水设施(排水管网、泵站等)信息的管理；排水设施的规划，设计和施工管理；暴雨时空特征分析(4DGIS)；以街道为统计单元和以街区为空间单元的社会经济数据空间展布；暴雨分布及积水街道分布的可视化显示；高分辨率、多层次、多源和更新频繁的数据的存储、维护和管理。

2.2 GIS在水资源管理方面的应用

水资源信息的面非常广，具有多源、多时相、多种类和动态这几个基本特征。水资源信息管理系统发挥了从时间、空间上了解水资源的现状与变化，通过模拟可视化直观地表示水资源状况，有助于让研究人员和决策人员了解水资源的变化规律，通过信息处理和分析，提供管理的基础信息与手段，完善水资源信息的管理与更新，实现数据共享。

在水资源信息管理系统中GIS发挥的作用大致有以下几个方面：历史数据管理和实时数据的动态采集和加载；信息的空间与属性双向查询和分析；时空统计；以多种方式直观地可视化表达各类信息的空间分布及模拟动态变化过程；区域水资源的空间分析；区域水资源管理模式区划，如地下水禁采与限采区划、水环境区划等。

2.3 GIS在水环境和水土保持方面的应用

由于社会经济高速发展中过多的人类活动影响，我国水系的污染已经十分严重，为了近一步了解和监测水环境和水土保持的情况，水利部门已有包括170多个主要测站的全国水环境信息管理系统。水环境信息管理系统是空间决策支持系统的基础或者是组成部分，而GIS是其基础，同时也是提取数据和显示数据的平台。

这些以GIS技术为支撑的信息管理系统和空间决策支持系统的功能主要有以下几个方面：自然、地理、社会经济等基础背景数据，水利工程与设施，监测站点，水质与水量的历史与实时数据，水环境评价等级，水质标准及法规和条例，决策项目和边界条件数据，水污染预测数据的采集和管理；建立数据空间数据和属性特征的拓扑关系，用来进行数据的双向查询；通过对区域或上下游水质的空间分析，找出某水质参数严重超标的污染源；各类数据的可视化表达和可视化共享；水质水量模拟与预测；污染排放管理与控制；取水口位置最优化选择和各类突发事件的处理方案及优化。

在水土保持方面，GIS也发挥着十分重要的作用。其应用是一种全过程的应用，从土壤侵蚀发生与否的判断开始、一直到土壤侵蚀过程的模拟与预测。所以与其他领域比较，水土保持中一些应用模型大多采用与GIS紧密结合的方式，也就是直接用GIS为建模平台和决策依据，这是—个比较鲜明的特点。

2.4 GIS在水利水电工程建设和管理方面的应用

水利水电工程建设与管理是水利水电工程的重中之重，它的选址、规划、设计和施工管理都必须严格慎重，考虑到各个方面的因素。此时GIS在空间分析和模拟方面的强大优势就显现出来了。

水利水电工程建设与管理中利用GIS功能最多的有以下几个方面：通过进行三维可视化显示及贯穿飞行模拟，实现位置或路线的优化；空间信息的处理，叠加与分析，得出可作为决策辅导的信息；通过仿真模拟淹没分析，得到各种分析数据；利用GIS平台实现交互式的工程布置方案修改。

3 GIS技术在水利行业应用的发展趋势

GIS是一门与计算机软硬件、元数据库的建设、数据挖掘、遥感技术、网络技术和数据库管理、数字摄影与自动化成象等技术有着紧密相关的学科，而上面的那些技术又是在不断发展的，每项技术的发展都给GIS带来了深刻的变化，所以GIS在水利行业的应用和发展，不仅取决于GIS技术的发展，更取决于水利行业数字化的进程。在水利部以信息化带动水利现代化的战略方针指导下，GIS在水利行业的应用将会越来越广，用途也将会越来越大，而且会迅速成为管理和决策主要支撑技术。它的发展趋势有以下四个：网络GIS(WebGIS)；“3S”技术集成；VR—GIS技术；地理信息建模系统(GIMS)。

[1]刘勇，井文涌.地理信息系统技术及其在环境科学中的应用.环境科学.1997.3：62.

[2]李德仁，关泽群.空间信息系统的集成与实现.武汉测绘大学出版社.2000，3(1)：224.

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