GIS在大凌河流域水資源管理中的應用

劉革

（遼寧省水文水資源勘測局，遼寧 沈陽 110003）

1 GIS技術的優勢

GIS是以地理空間數據庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，對空間相關數據進行采集、管理、操作、分析和顯示的計算機系統。它采用地理模型分析方法，適時提供多種空間地理信息，輔助相關的地理研究和地理決策。由于GIS可將地理空間模型化并存儲在計算機中，因此它還具有對研究對象進行描述、模擬和預測的功能。相對于常規意義上的信息系統，GIS具有空間分析能力強、數據來源廣泛、工作方式直觀形象等特點，在對空間數據的查詢和分析功能要求較高的領域得到了廣泛的應用。

水資源綜合管理是對流域水資源的開發、利用、治理、配置、節約和保護等方面在系統層次上的定量分析和綜合集成。一方面它提供了進行流域國土規劃和經濟布局規劃的水資源基礎，另一方面它通過對水量時空分配的再調整和水環境標準的制定，協調了抗旱防洪、節水灌溉、城鎮供水、水環境保護等專項規劃之間的關系，在水資源綜合管理的過程中占有重要地位。

由此可見，在進行流域水資源規劃和管理過程中，非常強調運用各種環境過程模型，如穩態和動態水流模型、多維水質模型和污染擴散模型等。這些模型大都具有明顯的空間特性，但這些環境模型在對空間數據的操作尤其是在結果顯示方面仍顯困難。而空間分析和空間數據管理正是GIS的優勢。GIS可以為這些環境模型提供整體的基于GIS邏輯原理的空間操作規范，用以反映具有空間分布特性的模型研究對象的移動、擴散、動態變化及相互作用過程。在GIS中，基本概念是空間位置、空間分布和空間關系，而基本研究對象是被抽象成點、線、面的空間實體及其相關屬性。與之相對應，在環境模型中，基本概念是物質、能量及其運動轉化，而基本研究對象是諸如水、人口等明顯具有空間分布特性的環境要素。GIS和環境模型在概念和研究對象上的相似性、互補性，使得二者的結合合理，又具有實用價值。

2 GIS在水資源管理中的應用

2.1 建立GIS系統

GIS軟件選用美國 Esri公司的 ArcGIS9.1。ArcView是可提供地理數據顯示、制圖、管理、分析、創建和編輯的 GIS桌面軟件。根據需要選擇空間分析模塊（Spatial），該模塊適合于水利行業的專業算法和分析功能，包括對柵格數據的轉換、顯示、處理和分析功能。可完成矢量數據到柵格數據的轉換、等值線生成、匯水分析、上游追溯分析、下游追溯分析、點密度圖生成、連續表面生成、坡度坡向及光照模型生成、鄰近及區域分析、柵格分類及顯示等功能。

GIS系統數據一般由空間矢量和屬性數據兩大類組成?？臻g矢量數據主要包括通用的電子地圖和根據工作內容制作的各類圖層而產生的矢量數據。通用的電子地圖通常根據工作內容選購不同比例尺的矢量數據和空間要素圖層，專題制作的矢量數據則通過數字化儀或其它數字化輸入手段來獲取，而帶有空間屬性數據的要素也可以通過GIS系統的數據導入工具來獲取矢量數據?？臻g要素屬性數據分為靜態和動態數據兩種類型，靜態數據大部分是將各圖層要素相關的特征數據，進行人工收集、整理，錄入到圖層要素屬性數據表中。動態數據一般是通過圖層要素屬性數據表中建立的關聯字段與數據庫中相關數據表的對應字段進行關聯，達到圖層要素與動態數據動態鏈接。

根據大凌河流域上游水資源綜合管理規劃需要，同時為了更好的利用GIS空間分析、數據存儲、管理、直觀展示空間數據的功能，收集了相應的空間數據，和與空間數據相關聯的各種屬性數據，水文數據、用水數據、社會經濟數據等。

（1）基礎圖層數據。大凌河流域1∶5萬電子地圖，包含市、縣區、鄉鎮行政區，市、縣區、鄉鎮、村屯駐地，水庫，大凌河流域界，大凌河流域DEM數字高程圖，Mike Basin流域模型軟件生成的規劃單元圖、用水單元圖。通過這些基礎圖層數據，形成了GIS成果圖底圖。用水單元與規劃單元圖層，是各種用水數據的統計基礎。

（2）水文數據及站點信息。具有地理位置信息的空間數據主要包括，灌溉用水戶地下水站、城市供水地下水站、工業地下水站、土壤含水量觀測站、河流水質站、水文站、雨量站、地下水觀測站、大量用水的企業用水戶、蒸發站、水文局水質站等。主要的屬性數據為各站的站名、位置、經緯度、所在子流域。然后將這些數據信息，通過GIS典型操作，散點圖地圖化功能，將這些站點數據轉化成ArcGIS圖層。

2.2 建立用水數據庫

主要包括用水量數據與社會經濟數據。

（1）城鎮生活用水，包括水源代碼、水源名稱、單元代碼、供水機構、年份、居民人口、用水定額、居民年用水量、公共年用水量、資料來源、備注。

（2）工業用水，包括水源代碼、水源名稱、單元代碼、企業名稱、年份、年產量、萬元產值用水量、年?。ㄓ茫┧?、重復利用率、最大日取水量、年耗水量、回歸系數、年排水量、資料來源、備注。

工業用水基本信息。水源代碼、水源名稱、單元代碼、用水地點、企業名稱、企業性質、年份、主要產品、主要生產工藝、工藝的先進程度、排入河名、排入地點、排入方式、主要污染物、資料來源、備注。

（3）農村生活畜牧業用水。單元代碼、年份、鄉、居民人口、居民用水量定額、大牲畜頭數、大牲畜用水定額、大牲畜用水量、小牲畜頭數、小牲畜用水定額、小牲畜用水量、家禽只數、家禽用水定額、家禽用水量。

（4）農業用水。水源名稱、單元代碼、灌溉耕地所在鄉、灌溉耕地所在村、年份、作物種類、實灌面積、用水定額、灌溉水量、資料來源、備注。

根據數據量情況，考慮到ArcGIS能直接對MS Access數據庫的內容進行調用，因此選用MS Access數據庫，來進行基礎數據的存儲與數據的查詢。

2.3 GIS與用水數據庫的連接應用

由于大凌河流域水資源綜合管理規劃中，水資源量部分的主體是由ArcGIS平臺下的流域水資源模型Mike Basin來完成的。GIS在大凌河流域水資源綜合管理規劃中的主要功能是數據的分析、與成果圖生成。生成的主要成果圖，包括朝陽市大凌河流域范圍圖、規劃單元分區圖、降水等值線圖、雨量站圖、徑流深等值線圖、徑流水質含水量站（河流水質站、蒸發站、土壤含水量觀測站、水文站），企業用水圖、用水量圖（農業灌溉、工業用水、農村生活用水、城鎮生活用水）、自來水廠水源地圖、工業產值圖、糧食產量圖、農業面積圖、人口分布圖、牲畜數量圖。

通過關鍵字段將用水數據庫信息與GIS圖層屬性數據進行關聯，直接將用水數據庫數據直觀的通過各種統計圖，專題圖的形式表現出來，便于空間數據的分析，使得更容易對各類數據清晰地理解。以專題地圖為例：專題圖是GIS從各種角度挖掘和分析數據，實現高效、科學管理的重要功能。它是使用各種圖形樣式(如顏色或填充模式)圖形化地顯示地圖基礎信息的一類地圖。專題圖是分析和表現數據的一種強有力的方式，用戶可以通過使用專題地圖的方式將數據圖形化，使數據以更直觀的形式在地圖上體現出來。當使用專題渲染在地圖上顯示數據時，用戶就可以清楚地看出在數據記錄中難以發現的模式和趨勢，為決策支持提供依據。

大凌河流域水資源綜合管理中所涉及到的有社會經濟、水文地質等諸多因素，具有數據種類多數據量大等特點，同時需要處理大量的圖形和文字資料，這是一項非常復雜而艱巨的任務。由于GIS能夠管理屬性數據和空間數據，能將數據與圖形有機結合，具有圖形表示綜合數據，數據在圖上定位的特點。而且GIS中的專題地圖不僅可以具有普通地圖的功能，還可以進行不同的專題圖的任意組合，以及對屬性數據進行各種空間分析，向用戶提供圖形、表格、圖象及多媒體等直觀的結果，所以在此項目中GIS技術得到了很好的應用。