GIS技术与水利建设

摘要：随着计算机技术的迅速发展和社会需求的不断增大，GIS技术逐渐走向成熟，应用领域也在迅速扩大，在水利行业的应用日益发挥着不可取代的作用。本文对地理信息系统（GIS）的概念作以简单介绍，针对地理信息系统在我国水利行业中的应用进行了分析和评述,包括对它在洪水监测评估、防洪规划、水资源管理和规划与应用、水利工程施工与管理、水环境及水土保持等多个领域的应用情况做简单的介绍和讨论。最后,分析了目前地理信息系统在水利行业的应用中所存在或面临的主要问题,并对地理信息系统在水利行业的应用前景做了分析与展望。

关键词：地理信息系统；水利；防汛；水文；水资源

1地理信息系统的基本概述

地理信息系统是一种特定的空间信息系统,是一门介于地球科学与信息科学之间的交叉学科。它是在计算机硬件和软件系统支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、模拟、分析、显示和描述的技术系统。它是一门为区域和工程规划、设计、管理决策服务的信息加工与管理技术,是一种综合性强、适用性广的工具［1］。

对GIS的定义有不同的说法，通常泛指用于获取、储存、查询、综合、处理、分析和显示地理空间数据及相关信息的计算机系统。它反映的是人们赖以生存的现实世界与变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特征的各种属性,是一个在计算机软件和硬件支持下,把各种信息与地理位置和有关的视图结合起来,并把地理学、几何学、计算机科学及各种应用对象、CAD技术、遥感、GPS技术、Internet、多媒体技术及虚拟现实技术等融为一体,利用计算机图形与数据库技术来采集、存储、编辑、显示、转换、分析和输出地理图形及其属性数据。是以一定的格式输人、存储、检索、显示和综合分析应用的技术系统。它通过空间地理信息与属性信息的有机结合,根据实际需要向用户提供图文并茂的真实信息,满足城市建设,政府、企业管理决策,居民日常生活的需要。

2地理信息系统(GIS)在水利行业的应用

2.1地理信息系统在水利行业中的应用特点

总的看来,GIS技术在水利行业中的应用大致有七个特点：一是应用面广,基本上可以说是“无孔不人”；二是应用已进人了管理与决策层面；三是作为基础技术支撑之一,进人了数字流域的框架；四是与遥感、全球定位系统、网络等技术的结合已越来越紧密；五是以WEBGIS、3D或4D-GIS以及GIS在仿真虚拟中的应用为代表的新发展势头十分迅猛,已成为一些系统开发中的基本要求；六是从底层开发GIS与水利专业技术模型紧密结合的软件已初见端倪；七是建设了一批富有水利行业特色的基础数据库,如空间展布式社会经济数据库、堤防等工情数据库、水土保持和水环境动态监测数据库等［2］。

2.2地理信息系统在水利行业的应用领域

2.2.1在水文方面的应用

与流域水文模型在技术上有很多相似之处,可以相互补充。GIS中的栅格或矢量数据格式与分布式流域水文模型有相似性,都以一定的空间分辨率划分研究区以简化计算和减少数据量。GIS有一个很强的功能,就是能在原有信息基础上,通过对属性数据和空间数据的分析计算得到新的信息。带有时间维的四维GIS可以确定我们在现实世界的“时空位置”,因而非常有助于研究流域特征的空间分布以及对产流、汇流的影响,并且有利于了解和掌握土壤湿度、降雨、蒸发和产流面积在时间和空间上的变化,从而可以进一步加深对产汇流等水文物理过程的认识。

2.2.2在防汛方面的运用

借助于GIS等现代科学技术,在洪灾发生前,可以不断提供关于洪水发生背景和发生条件的大量信息,有助于圈定洪水灾害可能发生的范围、时段及危险程度,便于事先采取必要的预防措施,减轻灾害损失,如建立长江洪水紧急预警系统。在灾害发生过程中,可以实时监测灾害的蔓延进程和态势,及时把相关信息传输到各级抗灾指挥机关,帮助他们有效地组织抗灾活动。在成灾以后,可以在大范围内迅速、准确地查明受损情况,包括受灾省份,影响到哪些城市和村镇、土地甚至道路等,以便及时组织救灾,恢复生产,重建家园。

2.2.3在水资源领域的应用

GIS在水资源领域的应用主要包括:(1)建立水资源数据库;(2)数据的规范、更新和维护;(3)信息的分析处理;(4)模拟水资源状况及变化规律等。

目前编制的水资源综合规划,就是一个巨大的数据库集成体,可对现状数据进行整理、储存,利用GIS技术,对水资源分布进行分析,结合经济发展需求,确定区域水资源承载力,提出科学合理的水资源调度方案,为水资源综合规划的编制提供依据。

2.2.4 GIS在水利工程施工管理中的应用

GIS在水利工程施工管理中的应用潜力是巨大的,水利枢纽的规划可以储存在GIS软件中,有关施工组织程序、施工进度、材料消耗和费用概(预)算等信息资料也可以储存到相关数据库中,通过使用特定的软件系统,可以对每一施工过程进行模拟,监测其过程,达到控制整个施工过程的目的［3］。由此建成的地理信息系统,通过调用水利枢纽规划图,即能得到整个工程项目中各个工程和扩大单位工程的施工信息,为优化施工提供依据。

2.2.5 GIS在水环境监测方面的应用

利用常规监测技术或其他遥感监测,以GIS为信息处理平台,可实现对水域分布变化和水体沼泽化、水体富营养化、泥沙污染等进行监测。如对河流水质、水量的监测,包括对污染河流的各种污染源的监测,对河流断流、洪水泛滥等进行监测;对由水环境恶化引起的各种灾害进行监测,对水土流失、地下水降落漏斗、土地沙化和盐碱化、森林和草场的退化与消失等进行监测,对由于对量开采地下水导致的地面沉降进行实时监测［4］。

3我国地理信息系统(GIS)在水利行业的发展前景

3.1地理信息系统在我国水利行业应用所存在的问题

尽管GIS的迅速发展和日趋成熟为我们水利数据及信息管理提供了强有力的技术支持，但是由于我国水利数据量的不断增长，而国内拥有独立知识产权的数据库软件在面对海量数据的同时又显得力不从心。尚处于发展阶段的水利信息化建设对于国外“价优质高”和国内“价廉质低”的产品往往难以取舍，因此该技术在实际应用中尚有一定的局限性［5］，需要进一步的发展和完善。

概括地讲，目前GIS技术在我国水利行业的应用存在的一些局限性,包括:(1)GIS在表示水利行业中某些复杂的地理要素、时空模型及综合空间分析方法等方面还有难度;(2)水利信息化程度薄弱(譬如信息资源不足、信息共享程度低、应用基础较差等)造成GIS应用受限［6］。

3.2GIS在水利建设中的应用前景

GIS作为储存和分析空间资料的强有力的工具,针对于水利信息系统的独有特点，因此在水利行业具有广阔的前景。

水利行业正在不断加快信息化进程，加强水利基础数据库建设，为GIS的应用提供支持，以及相关领域的不断发展为相互结合与促进提供契机，都使得GIS技术在水利建设应用中的局限性逐渐缩小。随着我国社会的不断进步、基础技术的不断发展以及模型技术专业化的不断发展，将为水利信息化建设提供完备的技术和充足的资金支持，GIS技术在水利建设中的应用将更加广泛，为我国的水利事业建设提供更加广阔的技术平台。（作者单位：郑州大学）

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参考文献：

［1］ 边馥苓.地理信息系统原理和方法［C］.地理信息系统原理和实用工程技术丛书［A］.1996.

［2］ 赵凯,王丛香,韩振明.GIS与水利工程［J］.水利天地.2004(06).

［3］ 刘艳林，文恒.地理信息系统及其在水利中的应用［J］.内蒙古科技与经济.2007.

［4］ 房颖.地理信息系统（GIS）在水利信息化建设中的应用综述［J］.吉林水利.2005(06).

［5］ 付功云.水利信息化现状和发展浅析［J］.水利科技与经济.2011.

［6］ 贾玲,尹明万.地理信息系统在我国水利行业的应用综述［J］.水利水电技术.2007.