淺談GIS 在水利水電工程建設中的應用

李 鑫

（遼寧省水資源管理集團有限責任公司，遼寧 沈陽 117200）

在科技發展過程中，政府為推動各個領域相互合作，共同發展，充分體現現代信息技術的優越性，提出了“數字中國”的發展戰略。最為突出的就是GIS 技術，作為“數字中國”的重要組成部分，在水利水電工程建設中起到了不可或缺的作用。在保障社會經濟效益的前提下，通過提高工作效率，創造了更多經濟收益。

1 GIS

地理信息系統（GIS）是一種現代信息技術不斷發展的產物，其主要由計算機系統、地理數據以及用戶等三部分做成，能夠利用數據的空間屬性，將圖形與數據相結合，在可視化平臺上多維地將相關數據展示出來，揭示數據之間的關聯性和隱藏在數據之后的信息[1]。在該系統中，具有空間內涵的地理數據被作為系統處理的對象，借助系統工程以及信息科學的相關理論，對相關信息進行進一步的處理和分析，為相關工程的決策、管理以及規劃等工作提供可靠的依據。

GIS 系統一般情況下包含三個基本部分：計算機系統（軟件和硬件）、地理數據庫系統以及應用人員與組織機構。具有四個基本功能：①數據的采集和編輯；②數據的存儲和處理；③數據處理；④空間分析。

2 GIS 在水利水電工程建設中的應用

2.1 應用于施工總布置可視化動態演示

GIS 采用較為先進的混合數據庫模式，由圖形數據庫和圖素屬性數據庫組成，前者主要對各種專題圖以及組成專題圖的各種圖素進行儲存，能夠根據需要將不同性質的圖素放置于不同的圖層之上，便于進行相關信息的查詢和分析，而后者則主要對描述圖素的屬性數據進行儲存。在GIS 之中，不同的空間數據能夠通過內部代碼和用戶標識碼將其與屬性數據聯合起來，作為公共數據進行儲存和管理(如圖1)，使得描述圖素的屬性數據能夠與相對應的圖素一一對應。在具體的應用中使得GIS 能夠實現以下幾種功能：①以三維全景形式顯示樞紐施工的總體布置情況；②使用三維動態形象對樞紐施工的全部過程進行有效演示，能夠讓相關人員能夠較為直觀地了解到施工流程；③在實現三維樞紐布置模型建立的基礎上，能夠對樞紐布置的各項信息進行可視化的查詢，使得相關人員能夠詳細地了解建筑物的設計參數、設計圖紙以及工程施工進度等情況；④能夠將總體施工的實時統計數據和統計結果采用動態柱狀圖的形式進行展示，使得相關人員對施工的整體情況有較為明確的掌握；⑤能夠對樞紐工程中主要建筑物施工全過程進行動態演示[2]。

圖1 GIS 內部數據管理

2.2 應用于混凝土壩施工

混凝土壩施工是整個水利過程極為重要的施工部分，直接影響到整個水利水電工程施工的進度情況和費用高低，施工較為復雜，澆筑量十分巨大，壩塊數量較多，加之受到多種因素的影響，極大地增加了工程管理者對相關施工內容進行管理的難度。而GIS 則能夠與系統仿真技術相結合（圖2），將工程的相關數據通過系統進行模擬和重建，進而在模型的基礎上進行必要的設計和模擬，模擬在建設過程中可能出現的情況和危險，進而從多種方案中選擇較為合理、經濟以及安全的施工方式，并且對目前的施工計劃進行必要的調整和改進，在提高工程安全性的同時，保證工程可以獲得較大的經濟效益。

圖2 GIS 與系統仿真的集成方式

2.3 應用于施工導截流三維動態可視化

導截流是水利水電工程建設中十分重要的一個環節，對水利水電工程河流起到引導和截流的作用，具有較大的風險性，因此在進行導截流工作前需要進行嚴密設計和安排，盡量降低其對周圍環境的影響和風險。而GIS 強大的數據庫管理能力和圖形顯示輸出能力在這一環節中能夠充分的體現其重要性，導截流相關信息輸入到GIS 系統之中，通過系統中相應的仿真模塊，對工程主體和擋泄水建筑物進行充分的模擬，模擬在施工過程中不同施工單元的開始時間、持續時間以及水流情況等，使得相關人員能夠對導截流工程有較為清晰的認識，對整體的工程內容有一定的把握，通過模擬結果來對導截流工程進行詳細的安排和管理，同時也能夠針對具體的流程和單元進行詳細的研究和探討，盡量降低導截流工作對周圍影響和工程風險，保證水利水電整體工程能夠順利進行。

3 GIS 的發展及展望

隨著現代信息技術和科學技術的不斷發展，GIS 在水利水電工程建設中的應用也越來越廣泛，相信在未來的水利水電工程建設中，GIS 將會得到更加有效的應用[4]。

3.1 與三維建模技術協同使用

GIS 具有良好的可視化模擬技術，并且能夠進行較為有效的三維地質模型建立，但是在GIS 中其模擬依舊只是停留于面模型的建立之中，在整體區域的全面模型建立方面仍舊存在著一定的不足。因此在以后的研究發展中要增強GIS 與三維建模技術的協同應用，增強GIS 的模擬能力，為工程建設提供更加全面、可靠的信息。

3.2 4DGIS

GIS 目前的研究階段主要仍舊是對三維GIS 的研究，著重于三維數據的結構設計、優化以及運用方面的研究，但是在DIS 的實際應用過程中，不僅要對區域基礎信息進行分析和整理，還要將區域時態加入到數據分析之中，即對環境的時間屬性進行分析。而目前尚未進行相應方面的研究，在GIS 未來的發展中要將時間屬性納入到實際應用之中。

3.3 WebGIS

隨著全國范圍水利信息的建立，為了保證工程建設的有效性，將其對周圍水域、城市等影響降到最低，建立完整的WebGIS 已經成為未來GIS 發展的主要方向之一。通過現代互聯網技術實現不同區域內不同數據的交互和分析，提高區域的協同性，有效利用水資源，進行完整有效的水利建設。

4 結語

水利水電工程是國民經濟的基礎措施，是促進社會發展的重要因素，可以提高水利水電工程建設的高效性和安全性，對于國家發展具有十分重要的意義。GIS 強大的分析能力和圖形顯示能力使其成為現代水利水電工程建設中不可或缺的輔助手段，不同技術與GIS 的融合，使得水利水電工程的建設愈發順利，能夠最大化實現工程的經濟效益和社會效益，但是這并不意味著GIS 已經發展到了最終的階段，隨著現代信息技術的發展和進步，GIS 仍然具有較大的發展空間，我們要在應用GIS 的同時，不斷在其中融入其他技術，增加GIS 的分析能力和模擬能力，保證其能夠更加全面有效地促進水利水電工程建設發展。