淺談ＧＩＳ在水利現代化中的應用和發展

趙洪利

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防洪減災和水利水電工程建設和管理方面起到的至關重要的作用，最后分析和展望里地理信息系統技術現代水利應用中的發展趨勢。

關鍵詞：地理信息系統；水利現代化；應用與發展

我國是一個水資源相對緊缺的國家，洪澇災害、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害頻繁發生并存，洪澇災害與干旱災害并存。資源性缺水與水質性缺水并存。這一系列的現象嚴重制約了國民經濟和社會發展。任何一項先進技術的應用和發展都必須依附于生產的需要。GIS技術在水利行業的應用也主要圍繞著上述主要問題。

1GIS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，洪澇災害發生頻繁，使國家和個人都蒙受了很大的經濟損失。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。

1.1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。

1.2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。

目前洪澇災害的監測評估業務運行系統已在水利部遙感技術應用中心投入運行。

1.3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。采用GIS技術，可以將上述三方面所涉及到的諸多自然，地理和社會因子附上相應的權重進行空間疊加，是進行洪澇災害風險分析與區劃的有效手段。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。

1.4城市防洪

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。同時由于許多城市都是依水而建和城市不透水面積大，產流量大等特點，防洪工作的難度比農村地區大，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，還利用其的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。

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技術在這進程中能發揮的作用。

2GIS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，例如移民安置地環境容量調查，調水工程選線及環境影響評估，防洪規劃，大型水利水電工程物科儲運管理和蓄滯洪區規劃和建設等。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；通過防真模擬淹沒分析，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是一門與和計算機硬件和操作系統，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。

3.1網絡GIS（WebGIS）

網絡是實現資源共享和遠程遙控的基礎技術，WebGIS是Internet技術應用于GIS開發的產物。GIS通過WWW功能得以擴展，真正成為一種大眾使用的工具。從WWW的任意一個節點，Internet用戶可以瀏覽WebGIS站點中的空間數據、制作專題圖，以及進行各種空間檢索和空間分析，從而使GIS進入千家萬戶。它可用于除了一般數據外的特殊數據類型，尤其是矢量數據的處理，以網絡瀏覽器為應用工作平臺，在客戶端可以實現對矢量數據的操作，可以在多個客戶端實現原來在本機上才能實現的功能，并可通過網絡遠程調用和發布各類數據、圖形、圖像。

3.2“3S”技術集成

“3S”不是全球衛星定位系統(GPS)、地理信息系統(GIS)、遙感系統(RS)的簡單組合，而是將其通過數據接口嚴格地、緊密地、系統地集合起來，使其成為一個更具有應用價值的大系統，在這個大系統中GPS主要被用于實時、快速地提供目標的空間位置；RS用于實時或準實時提供目標及其環境的語義或語義信息，發現地球表面的各種變化；GIS則對多源時空數據進行綜合處理、集成管理、動態存取，形成新的集成系統的基礎平臺。所以“3S”集成技術在水利行業中有著廣闊的應用前景。

3.3 VR-GIS技術

VR-GIS技術是虛擬現實技術與GIS技術的結合，包括與WebGIS和ComGIS結合的技術，專門用于研究地學或以地球系統為對象的虛擬現實技術，目前只能達到仿真的水平，可以做到：對現時的地理區域的非常真實的表達；可在所在地理范圍內外自由移動；在三維數據庫中有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(GIMS)

GIS成功應用于專門領域的關鍵，在于支持建立該領域特有的空間分析模型。GIS應當支持面向用戶的空間分析模型的定義、生成和檢驗的環境，支持與用戶交互式的基于GIS的分析、建模和決策，這種GIS系統又稱為地理信息建模系統(GIMS)。GIMS是目前GIS研究的熱點問題之一。基于RS和GIS的分布式流域水文模型成為當前研究的前沿，“3S”技術支持下的分布式或半分布式水文預報模型在中小流域尺度進行了試驗性的應用研究，取得了一些成果。

參考文獻

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