GIS在水資源管理中的應用

趙兵 夏宏偉

摘 要：隨著當前計算機網絡技術的發展及GIS技術的發展和應用的拓寬，GIS技術在水利方面也得到了實際應用。本文主要對GIS在水資源管理中的有效應用進行了分析與探討，以供參考和借鑒。

關鍵詞：水資源；管理；GIS；應用

GIS是融計算機圖形與數據庫于一體，存儲和處理空間信息的高新技術，它把地理位置和相關屬性有機地結合起來，并借助其獨有的空間分析功能和可視化表達方式，提供各種輔助決策功能。水資源管理是一項復雜的水事行為，包括的管理內容十分廣泛。特別是面向可持續發展，需要收集、處理越來越多的信息，在復雜的信息中又需要及時得到處理結果，提出合理的管理方案。滿足這一要求，使用傳統的方法難于濟事。隨著信息技術的發展，GIS為水資源管理提供了一個全新的高技術工具，它能支持與水資源管理有關的地理空間數據的獲取、管理、操作、分析、模擬和顯示，以解決復雜的水資源管理和規劃問題。

一、GIS應用于水資源管理中的重要作用

（一）提供了直觀和理性的可視化工具

現在常用的CAD軟件如AUTOCAD等，只是側重于圖形能力，而對屬性數據的管理能力卻很弱，因此，CAD軟件一般只能用作繪圖軟件。而一些專業應用系統則往往過于專門化，缺乏一定的繪圖能力，也具有應用上的局限性。地理信息系統由于其對空間數據和屬性數據的綜合分析能力，彌補了其它工具純圖形、純文字的缺陷，而使空間數據的圖形表現和屬性數據的空間分析有了很大程度的提高，提供了一個直觀和理性的可視化工具。將GIS應用于水資源管理中，可以實現對水資源管理工作方法的改進，大大提高了對水資源問題發現的能力和解決的效率。

（二）提供了強大的存儲與共享功能

現在是信息數據大爆炸的時代。這些空間的、非空間的信息數據，數量巨大，關系復雜。現代商業化GIS產品，以成熟的大型數據庫管理系統為支持技術，開發了利用大型數據庫存儲、管理空間地理信息的功能，可以存儲管理海量數據，獲得理想的數據查詢處理能力，特別能夠保證數據的一致性和完整性，實現高度共享。目前，ARC/INFO、MapInfo都支持超大型地理數據庫。水資源管理牽涉到與地表地下水有關的所有經濟生活活動，信息數據繁多巨大，必須利用現代GIS的海量數據處理能力。

（三）支持多種表現形式的空間數據

現代遙感分析等技術，加上傳統的現場測量和社會調研等手段使得水資源管理的對象擁有了從圖紙到圖像、表格的多種形式的表現方法。GIS支持多種形式的空間數據方式，并可以通過數據的轉換使之直接為管理服務。傳統的現場測量數據一般是將測量結果繪制成紙質地圖。在這種情況下，要經過掃描矢量化才能后將地圖數據輸入數據庫，比較費時。而GPS和遙感的發展，使GPS獲得的數據可以直接提供GIS使用，遙感的結果經過解譯也可直接納入GIS數據庫。GIS對空間數據多種表現形式的支持使空間信息可以直接為水資源管理服務，并使管理工作得到全面和多層次的體現。

（四）良好的數據維護和更新能力

GIS提供了圖幅變形矯正、接邊、核對等空間數據維護技術，數據的增加、刪除和更改在數據庫中可以很快的得以實現。另外，通過網絡分布式管理，可以使更新的數據迅速傳遞給相關的應用部門。GIS這種快速良好的數據維護和更新能力，從長遠看，提高了水資源管理的時間效益。

（五）數據空間分析

空間分析是對分析空間數據有關技術的統稱，是GIS系統的核心功能。根據作用的數據性質不同，可以分為：一是基于空間圖形數據的分析運算；二是基于非空間屬性的數據運算：三是空間和非空間數據的聯合運算。空間分析賴以進行的基礎是地理空間數據庫，其運用的手段包括各種幾何的邏輯運算、數理統計分析、代數運算等數學手段，最終的目的是解決人們所涉及到地理空間實際問題，提取和傳輸地理空間信息，特別是隱含信息，以輔助決策。

（六）提供了良好的輔助決策功能

GIS對水資源管理所可以起到良好的輔助決策作用，這體現在模擬、預測、規劃方案的評估、選擇、調水方案分析等方面。GIS的應用，在一定程度上可以補充以往規劃在系統控制和決策階段定量分析的不足。同時，由于GIS數據更新的快捷性、空間分析的實時性，為水資源管理的動態調整提供了良好的技術支持。這種動態調整的管理模式對更好的指導水資源管理具有重要意義。因此，在水資源管理中，借助GIS的作用，可以對各種管理、規劃方案進行模擬，對方案的實施進行監督和反饋，然后迅速地根據實施狀況對其進行優選和調整，使決策處于一個通暢的良性循環中。

二、GIS在水資源管理應用分析

（一）GIS系統設計原則

水資源管理信息系統的建設既要符合信息系統的特點又要滿足管理決策的要求，系統設計需遵循系統性、實用性、適應性、可維護性、安全性、開放性幾大原則，其中實用性尤為重要。實用性要求采用可靠的軟件環境、硬件設備進行系統開發，保證系統的穩定性、兼容性、先進性，并考慮技術發展、系統功能擴展，使系統有充分的發展余地。

（二）GIS系統的應用功能

GIS系統主要包括基礎數據、水資源評價、水質監測、水資源規劃、需水預測等水資源管理內容。

1、基礎數據子系統。為保證數據的一致性、有效性和完整性，把基礎數據從系統中提取出來，作為一個單獨的子系統進行維護及管理。這樣可以避免數據的重復錄入和數據的無效性，減輕操作人員的工作量，有利于更好的方便管理和靈活運用。

2、基礎地理信息管理子系統是基于GIS的信息查詢系統，在地理信息上提供一些基本元素、各種類型的水利工程、水文站、入河口和排污口等相關資料的查詢工作，數據來源于其它子系統，從而為水資源管理提供更有力的支持。該子系統應具有地圖放大、地圖縮小、地圖漫游、圖元選擇、圖層控制、圖元信息顯示、地圖打印、信息查詢、導航等各項功能。

3、水資源公報子系統主要包括對該地區的社會經濟指標、來水情況、蓄水情況、用水情況、水質情況、重要水事等信息進行管理，并在此基礎上對水資源進行綜合分析，是一個年度性統計系統，按年度向各級領導、有關部門和全社會公告該地區的來水、用水、水質的動態狀況，反映國內重要水事活動、水供需矛盾及其有關水資源的最新科研成果，提高全民的節水、惜水意識，為管好、用好、保護好水資源創造必要的條件。

4、水資源監測子系統主要是對水質測站、水質監測斷面、水質測站及斷面一覽表、水質測站監測情況說明表等站點資料信息和水質資料整理說明表、水質監測成果表等監測資料信息進行管理，在此基礎上對水質特征值進行統計分析工作。其中站點資料是監測資料的必要條件，而監測資料又是統計分析工作的必要條件，三者之間相互關聯從而形成一個有機統一的整體。水資源監測是水資源工作的重要內容，是開展水資源工作的主要技術基礎。

5、水資源規劃子系統主要是對規劃水平年設置、社會經濟資料、水資源狀況、供水工程情況、實際供水量統計、實際用水量統計、耗水量和回歸水量統計、不同保證率規劃可供水量、需水預測、耗水量和回歸水量預測、供需分析成果、水質狀況、農業灌溉情況、規劃工程情況、工業分行業用水情況、用水水價情況調查情況、廢污水排放量統計、月平均流量統計、過境水量統計等信息進行管理。

6、需水預測子系統主要由統計年份數據、指標預測、需水預測和綜合分析四部分組成，統計年份數據部分包括現狀年基礎數據，社會經濟指標、實際取用水量、耗水量和回歸水量等數據，其中社會經濟指標數據包括人口、經濟、耕地及灌溉面積、牲畜等數據：指標預測部分包括人口預測、牲畜預測、耕地及灌溉面積預測、經濟預測、牲畜取用水定額預測、生活取用水定額預測、農業取用水定額預測、工業取用水定額預測、耗水率預測等內容：需水預測部分包括城鎮生活需水量預測結果、農業需水量預測結果、工業需水量預測結果及耗水量和回歸水量預測結果等內容；綜合分析部分包括總需水量、水量結構、水量增長率、人均指標等綜合分析結果以及最后的綜合結果等內容。需水預測是為分析未來經濟發展與水的關系服務的，以現狀為基礎，預測未來需水情況，從而為水中長期供需平衡服務。

三、結束語

綜上所述，GIS系統在水資源管理中具有提供了直觀和理性的可視化工具；提供了強大的存儲與共享功能；支持多種表現形式的空間數據；良好的數據維護和更新能力；數據空間分析；提供了良好的輔助決策功能等特征，因此各地區水資源管理部門應根據GIS系統設計原則，設計完善的系統功能，保障GIS為水資源管理提供全面、精準的數據信息。

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