淺析城市供水地理信息系統(tǒng)（GIS）應用

陳洪波

【摘 ?要】隨著城市的快速發(fā)展，城市供水系統(tǒng)日趨復雜，而GIS系統(tǒng)作為城市供水管理中重要的信息化工具，能有效解決城市供水系統(tǒng)中的各種問題。本文將以哈爾濱市為例，對在城市供水中地理信息系統(tǒng)的具體應用，希望能為有關機構和人員帶來一些幫助。

【關鍵詞】城市供水;地理信息系統(tǒng);發(fā)展應用;

引言

城鎮(zhèn)供水是關系國計民生最主要的基礎設施之一。哈爾濱自來水集團公司擔負著350萬居民的生活用水和生產用水。目前，全市設有14個水廠和泵站，管理著各種供水管線870km，日供水107萬m3，其責任關系到哈爾濱市人民生活之安定與經濟的發(fā)展繁菜。也可以說，是否能保障把凈水源源不斷地運到千家萬戶，工廠企業(yè)、賓館、飯店、旅游、娛樂等用戶是城市形象和投資環(huán)境最為骰樞的觀察標雅。因此，如何做好供水調度，實施對各水廠、管網各種參數(shù)的自動化監(jiān)測，為調度人員指揮生產，合理調整水量提供快速可草的信息至關重要。隨著給水行業(yè)的不斷發(fā)展，城市供水管網的信息量越來越大。現(xiàn)在鋪設于地下的供水管線，少則幾十公里，多則數(shù)百上千公里，管線的連接復雜，用戶信息數(shù)量巨大，且更新速度快，這些都為供水管網的管理帶來很大的國難。為了管理好這些信息，各水同通過建立檔案室等改進管理方法，但手工管理仍難滿足要求，繁重的工作往往使這些資料不能充分發(fā)揮作用。建立合適的地理信息系統(tǒng)為解玦這一問題提供了強有力的工具。[ 1 ]

1.地理信息系統(tǒng)的概念

地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System，GIS）是一種決策支持系統(tǒng)，它具有信息系統(tǒng)的各種特點。地理信息系統(tǒng)與其它信息系統(tǒng)的主要區(qū)別在于其存儲和處理的信息是經過地理代碼，地理位置及與該位置有關的地物屬性信息成為信息檢索的重要部分。在地理信息系統(tǒng)中，現(xiàn)實世界被表達成一系列的地理要素和地理現(xiàn)象，這些地理特征至少由空間位置參考信息和非位置信息兩個組成部分。

地理信息系統(tǒng)是一門多技術交叉的空間信息科學，它依賴于地理學、測繪學、統(tǒng)計學等基礎性學科，又取決于計算機硬件與軟件技術、航天技術、遙感技術和人工智能與專家系統(tǒng)技術的進步與成就。此外地理信息系統(tǒng)又是一門以應用為目的的信息產業(yè)，它的應用可深入到各行各業(yè)。

2.地理信息系統(tǒng)應用場景

地理信息系統(tǒng)最早應用在資源環(huán)境管理中。目前它已經廣泛用于資源環(huán)境，如森林、礦產、水利及農牧業(yè)等的管理;自然資源，如林業(yè)、地質礦藏、水資源等的調查;自然災害，如水旱在害、蟲害、震災等的監(jiān)測、預報、評估;環(huán)境保護，如水土流失、荒漠化治理等方面。

3.城市供水管網地理信息系統(tǒng)的結構和功能

建立城市供水管網地理信息系統(tǒng)的首要任務是建立一個綜合性管網資料數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)各種空間數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和觀測數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲和管理，利用地理信息系統(tǒng)進行管網現(xiàn)狀分析（包括：年代、管徑、材質等），并在此基礎上建立供水管網的水利數(shù)學模型，進行管網運行狀態(tài)分析（包括：流速、壓力、沉積等），進而通過優(yōu)化模型生成優(yōu)化調度方案，只有這樣才能準確分析的基礎上實現(xiàn)供水管網信息的科學管理。[ 2 ]

4.GIS在供水行業(yè)中的功能

我國城市供水管網大部分采用直埋方式，由于歷史原因，很多工程并沒有竣工圖留存下來，而且數(shù)據(jù)仍停留在紙質圖紙的階段，各種數(shù)據(jù)極其分散，沒有統(tǒng)一的管理人員。管網巡檢全靠老員工的“活地圖”，具體位置靠推測，管道瀕臨破損邊緣卻無人知曉，第三方施工破壞供水管線的情況屢見不鮮。許多城市甚至找不出一個部門可以拿出城市綜合地下管網圖，普查后的數(shù)據(jù)得不到及時的更新，應用驅動力不足，系統(tǒng)基本被擱置，過幾年再重復進行新的管網普查、建庫，長此以往，城市綜合地下管網仍是亂象叢生。

GIS系統(tǒng)最重要的組成部分是GIS數(shù)據(jù)，保證GIS數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性是關鍵。GIS系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)主要分為兩大類，一類是管網設備的地理信息，另一類是管網設備的屬性信息。管網數(shù)據(jù)的處理流程如圖1所示。[ 3 ]

對城市供水行業(yè)來說，GIS的功能主要體現(xiàn)在以下幾方面：

管網的查詢、統(tǒng)計和分析。除了可以查看地下管線的空間分布情況外，還可以根據(jù)需要按自定義條件查詢管網信息，并且查詢結果可儲存為統(tǒng)計報表。

管網編輯、自動捕捉。通過編輯工具欄，可以對管線和閥門、水表等進行任何形式的增加、刪除、修改等編輯工作;自動捕捉功能則可以非常高效及準確地完成編輯。

電子地圖維護管理。通過與CAD互相轉換，可以將GIS數(shù)據(jù)導出CAD進行規(guī)劃設計，還可以將CAD竣工圖導入到GIS系統(tǒng)中，節(jié)省錄入時間，提高錄入準確度。

管網基礎資料維護管理。對供水管網的拓展延伸、廢棄、維修保養(yǎng)等信息，通過查詢、輸入、合并、編輯等操作加入到已建立的供水管網地理信息系統(tǒng)中，對其他資料進行動態(tài)管理。

爆管分析。出現(xiàn)爆管事故后可及時查詢優(yōu)先關閥方案和候選關閥方案，提供準確的停水信息，將爆管對居民生活的影響降至最低。

閥門狀態(tài)管理。閥門的開關狀態(tài)影響到供水管道的水流走向以及分區(qū)計量的準確性，用戶根據(jù)閥門實際狀態(tài)調整系統(tǒng)中閥門的狀態(tài)記錄，每次操作都會有日志記錄，防止出現(xiàn)誤操作。

優(yōu)化調度。對整個城市的輸配水系統(tǒng)進行全面監(jiān)測，可以與SCADA系統(tǒng)和供水管網水力模型相結合，合理地調度泵站的流量與壓力，分配不同區(qū)域的供水量等。

供水管網水力模型。在整個供水管網數(shù)據(jù)完善的前提下，通過水力模型可以計算各節(jié)點的水壓、水管的流速、水流的阻力等參數(shù)，確定最優(yōu)的泵站加壓方案，讓調度人員實時了解各區(qū)域的供水情況，進行相應的調度。[ 4 ]

總結

在如今高速發(fā)展的城市里，城市供水的穩(wěn)定性的重要性越來越突出，而應用地理信息系統(tǒng)除了能有效的提高城市供水的穩(wěn)定性外還有很多的應用。要以準確的管網數(shù)據(jù)資料為基礎，建立科學的數(shù)學模型，輔助決策者決策，提高供水管網的科學管理水平該系統(tǒng)在全國城市供水行業(yè)得以廣泛推廣，必將大幅度提高供水行業(yè)的科學化管理水平。而且還可以廣泛的應用于排水管網、石油管道、城市供暖、煤氣和天然氣、地下電纜、地下光纜等地下管網的計算機綜合管理，具有很強的現(xiàn)實意義和遠大的發(fā)展前景。

參考文獻：

[1] 王鑫.中國地理信息系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與建議.居舍.2019年：183.

[2] 隋平;孫敏剛;王云華.城市供水地理信息系統(tǒng)的應用.水利天地.2000年：34.

[3] 徐冰;王平;李繼深.淺析城市供水地理信息系統(tǒng)（GIS）應用.黑龍江水利科技.2001年：61+63.

[4] 童新華.試論地理信息系統(tǒng)在城市供水中的應用.黑龍江高教研究.2016年：156-158.