GIS在水利现代化中的应用和发展趋势
出处：论文网
时间：2007-01-10
摘 要：本文介绍了地理信息系统（GIS）在现代水利也就是水利信息化中起到的至关重要的作用，尤其是在防洪减灾，水资源管理，水土保持和水利水电工程建设和管理等方面。其中重点阐述了利用GIS的空间数据管理能力，空间数据处理能力和空间分析能力为各类应用模型提供数据，优化模型数参数，使其防汛信息以及决策方案可视化表示，在现代水利防洪减灾方面提供决策支持系统；同时利用GIS的历史数据管理和实时数据的动态加载功能，信息的空间与属性双向查询功能，空间数据的叠加与综合处理在现代水利水资源管理和水土保持方面提供的空间决策支持系统（SDSS）。最后分析和展望里地理信息系统技术现代水利应用中的发展趋势。
关键词：地理信息系统 水利现代化 信息管理和决策支持系统
一、前言
水利行业是关系到我国国计民生的重要基础行业，我国政府对其的发展极其重视。为了实现水利信息化，在水利行业中推广GIS技术。地理信息系统（GIS）通常泛指用于获取、储存、查询、综合、处理、分析、显示和应用地理空间数据及其与之相关信息的计算机系统。它把空间的逻辑思维延伸到了形象思维。在水利信息化系统建设中，地理信息系统（GIS）是系统构建的框架，是辅助决策的工具，是成果展示的平台。国内水利行业应用GIS技术始于90年代初期，大致经历了认识了解、初步应用和结合GIS技术进行深入研究三个阶段。最早接触GIS技术的主要是一些科研院所和高等院校，当时的应用只注重数据的可视化，主要发挥它的查询、检索和空间显示功能，即只发挥了GIS的最低层次的功能。近年来，随着GIS在水利领域的应用范围不断扩大，应用层次也逐渐深入，一些部门将它作为分析、决策、模拟甚至预测的工具，其社会经济效益也比较明显地显示了出来。水利部提出了“以信息化带动水利现代化”并在2001年，水利部专门召开了“GIS技术在水利中的应用”研讨会，在会的各级领导和各级专家对在水利中推广应用GIS技术提出了许多有建设性的意见和观点，这必将推动GIS在水利行业的应用和发展进入更高更深的层次。
二、GIS技术在水利行业的应用
我国是一个水资源相对紧缺的国家，洪涝灾害、干旱缺水和水污染等问题十分突出，即水资源短缺与洪涝灾害频繁发生并存，洪涝灾害与干旱灾害并存。资源性缺水与水质性缺水并存。这一系列的现象严重制约了国民经济和社会发展。
任何一项先进技术的应用和发展都必须依附于生产的需要。GIS技术在水利行业的应用也主要围绕着上述主要问题。
1．GIS在防洪减灾方面的应用
我国幅员辽阔，自然地理地貌条件十分复杂，洪涝灾害发生频繁，使国家和个人都蒙受了很大的经济损失。随着社会经济和科学技术的飞速发展，我国的防洪工作将逐步从“以洪水为敌”的控制洪水向体现水资源特性的洪水管理转变，全面建成覆盖全国的水利信息网络，其中防洪减灾属于重点应用系统。
目前GIS技术在防洪减灾方面的应用主要有以下四种类型。
（1）防汛决策支持系统或信息管理系统的平台
在国家防汛指挥系统总体设计框架下，目前流域或省、自治区、直辖市的防汛决策支持系统或防汛信息管理系统都以GIS为平台。GIS在这些系统中的作用主要有以下几个方面：
空间数据处理、查询、检索、更新和维护；
利用空间分析能力和可视化模拟显示为防汛指挥决策提供辅助支持；
为各类应用模型提供实时数据；
优化模型参数；
预报预测和防汛信息及决策方案的可视化表达。
（2）灾情评估
在灾情评估中，GIS作为基础平台，它充分利用了自己的查询和分析功能以及可视化模拟的能力，发挥了很多别的系统不具备的作用：
基础背景数据（包括地理、社会、经济）的管理；
空间和属性数据查询、检索、统计和显示的基础；
灾情数据的提取和分析；
灾情的模拟和可视化表达；
对决策起辅助作用的工具。
目前洪涝灾害的监测评估业务运行系统已在水利部遥感技术应用中心投入运行。
（3）洪涝灾害风险分析与区划
洪涝灾害风险分析是分析不同强度的洪水发生概率及其可能造成的损失。它包括洪水的危险性分析，承灾体的易损性和损失评估。采用GIS技术，可以将上述三方面所涉及到的诸多自然，地理和社会因子附上相应的权重进行空间叠加，是进行洪涝灾害风险分析与区划的有效手段。GIS发挥的作用有：
多源、多尺度和海量数据的管理；
空间数据的叠加与综合处理；
图形处理的特殊功能。
（4）城市防洪
由于城市社会经济地位和社会影响的特殊性，防洪工作尤其重要。同时由于许多城市都是依水而建和城市不透水面积大，产流量大等特点，防洪工作的难度比农村地区大，所以GIS在城市防洪中发挥的作用除了一般防洪减灾决策支持系统外，还利用其的时空特征分析和高分辨率数据的处理功能在城市防洪减灾中发挥了更多更大的作用，目前比较突出的有以下几个方面：
城市积水、退水的预报预测；
现有排水设施（排水管网、泵站等）信息的管理；
排水设施的规划,设计和施工管理；
暴雨时空特征分析（4DGIS）；
以街道为统计单元和以街区为空间单元的社会经济数据空间展布；
暴雨分布及积水街道分布的可视化显示；
高分辨率、多层次、多源和更新频繁的数据的存储、维护和管理。
由于城市防汛信息管理及决策支持系统的复杂性，不少方面还在继续深入，可以肯定的是GIS技术在这进程中能发挥的作用。
2．GIS在水资源管理方面的应用
我国水资源短缺，而且分布极不均匀。同时由于社会经济飞速发展的过程中对环境保护不力，因此在资源性缺水的同时又加上水质性缺水，水资源严重短缺又存在有水资源浪费。面对如此严峻的形势，水资源的管理工作已经被赋上了维系社会经济可持续发展的历史性重任。由此也决定了必须用现代化的手段，实现以信息化为基础的技术来对水资源进行监控管理，才能解决好资源水利中的诸多复杂问题，这也为GIS提供了大显身手的机会。例如在欧盟-辽宁水资源项目中,基于GIS的水资源管理系统的流程如右图1：
水资源信息的面非常广，如上图所示,有水文气象，地理，地质，水质，水利工程，水处理工程,各行各业与生活需水量等等.所以这些数据既有历史的，又有实时或现状的，从性质上决定了其多源，多时相，多种类和动态这几个基本特征。水资源信息管理系统发挥了从时间，空间上了解水资源的现状与变化，通过模拟可视化直观地表示水资源状况，有助于让研究人员和决策人员了解水资源的变化规律，通过信息处理和分析，提供管理的基础信息与手段，完善水资源信息的管理与更新，实现数据共享。
图1 流域水资源管理系统流程图
在水资源信息管理系统中GIS发挥的作用大致有以下几个方面：
（1）历史数据管理和实时数据的动态采集和加载；
（2）信息的空间与属性双向查询和分析；
（3）时空统计；
（4）以多种方式直观地可视化表达各类信息的空间分布及模拟动态变化过程；
（5）区域水资源的空间分析；
（6）区域水资源管理模式区划，如地下水禁采与限采区划、水环境区划等。
3．GIS在水环境和水土保持方面的应用
由于社会经济高速发展中过多的人类活动影响，我国水系的污染已经十分严重了，土壤侵蚀面积达国土面积的20%以上，而土壤侵蚀本身也是造成水系污染的主要因素之一。为了近一步了解和监测水环境和水土保持的情况，水利部门已有包括170多个主要测站的全国水环境信息管理系统，有如广东那样的省级系统，有如三峡库区那样的区域性系统，也有如九州江那样的江河级系统。水环境信息管理系统是空间决策支持系统的基础或者是组成部分，而GIS是其基础，同时也是提取数据和显示数据的平台。
关键词：地理信息系统 水利现代化 信息管理和决策支持系统
一、前言
水利行业是关系到我国国计民生的重要基础行业，我国政府对其的发展极其重视。为了实现水利信息化，在水利行业中推广GIS技术。地理信息系统（GIS）通常泛指用于获取、储存、查询、综合、处理、分析、显示和应用地理空间数据及其与之相关信息的计算机系统。它把空间的逻辑思维延伸到了形象思维。在水利信息化系统建设中，地理信息系统（GIS）是系统构建的框架，是辅助决策的工具，是成果展示的平台。国内水利行业应用GIS技术始于90年代初期，大致经历了认识了解、初步应用和结合GIS技术进行深入研究三个阶段。最早接触GIS技术的主要是一些科研院所和高等院校，当时的应用只注重数据的可视化，主要发挥它的查询、检索和空间显示功能，即只发挥了GIS的最低层次的功能。近年来，随着GIS在水利领域的应用范围不断扩大，应用层次也逐渐深入，一些部门将它作为分析、决策、模拟甚至预测的工具，其社会经济效益也比较明显地显示了出来。水利部提出了“以信息化带动水利现代化”并在2001年，水利部专门召开了“GIS技术在水利中的应用”研讨会，在会的各级领导和各级专家对在水利中推广应用GIS技术提出了许多有建设性的意见和观点，这必将推动GIS在水利行业的应用和发展进入更高更深的层次。
二、GIS技术在水利行业的应用
我国是一个水资源相对紧缺的国家，洪涝灾害、干旱缺水和水污染等问题十分突出，即水资源短缺与洪涝灾害频繁发生并存，洪涝灾害与干旱灾害并存。资源性缺水与水质性缺水并存。这一系列的现象严重制约了国民经济和社会发展。
任何一项先进技术的应用和发展都必须依附于生产的需要。GIS技术在水利行业的应用也主要围绕着上述主要问题。
1．GIS在防洪减灾方面的应用
我国幅员辽阔，自然地理地貌条件十分复杂，洪涝灾害发生频繁，使国家和个人都蒙受了很大的经济损失。随着社会经济和科学技术的飞速发展，我国的防洪工作将逐步从“以洪水为敌”的控制洪水向体现水资源特性的洪水管理转变，全面建成覆盖全国的水利信息网络，其中防洪减灾属于重点应用系统。
目前GIS技术在防洪减灾方面的应用主要有以下四种类型。
（1）防汛决策支持系统或信息管理系统的平台
在国家防汛指挥系统总体设计框架下，目前流域或省、自治区、直辖市的防汛决策支持系统或防汛信息管理系统都以GIS为平台。GIS在这些系统中的作用主要有以下几个方面：
空间数据处理、查询、检索、更新和维护；
利用空间分析能力和可视化模拟显示为防汛指挥决策提供辅助支持；
为各类应用模型提供实时数据；
优化模型参数；
预报预测和防汛信息及决策方案的可视化表达。
（2）灾情评估
在灾情评估中，GIS作为基础平台，它充分利用了自己的查询和分析功能以及可视化模拟的能力，发挥了很多别的系统不具备的作用：
基础背景数据（包括地理、社会、经济）的管理；
空间和属性数据查询、检索、统计和显示的基础；
灾情数据的提取和分析；
灾情的模拟和可视化表达；
对决策起辅助作用的工具。
目前洪涝灾害的监测评估业务运行系统已在水利部遥感技术应用中心投入运行。
（3）洪涝灾害风险分析与区划
洪涝灾害风险分析是分析不同强度的洪水发生概率及其可能造成的损失。它包括洪水的危险性分析，承灾体的易损性和损失评估。采用GIS技术，可以将上述三方面所涉及到的诸多自然，地理和社会因子附上相应的权重进行空间叠加，是进行洪涝灾害风险分析与区划的有效手段。GIS发挥的作用有：
多源、多尺度和海量数据的管理；
空间数据的叠加与综合处理；
图形处理的特殊功能。
（4）城市防洪
由于城市社会经济地位和社会影响的特殊性，防洪工作尤其重要。同时由于许多城市都是依水而建和城市不透水面积大，产流量大等特点，防洪工作的难度比农村地区大，所以GIS在城市防洪中发挥的作用除了一般防洪减灾决策支持系统外，还利用其的时空特征分析和高分辨率数据的处理功能在城市防洪减灾中发挥了更多更大的作用，目前比较突出的有以下几个方面：
城市积水、退水的预报预测；
现有排水设施（排水管网、泵站等）信息的管理；
排水设施的规划,设计和施工管理；
暴雨时空特征分析（4DGIS）；
以街道为统计单元和以街区为空间单元的社会经济数据空间展布；
暴雨分布及积水街道分布的可视化显示；
高分辨率、多层次、多源和更新频繁的数据的存储、维护和管理。
由于城市防汛信息管理及决策支持系统的复杂性，不少方面还在继续深入，可以肯定的是GIS技术在这进程中能发挥的作用。
2．GIS在水资源管理方面的应用
我国水资源短缺，而且分布极不均匀。同时由于社会经济飞速发展的过程中对环境保护不力，因此在资源性缺水的同时又加上水质性缺水，水资源严重短缺又存在有水资源浪费。面对如此严峻的形势，水资源的管理工作已经被赋上了维系社会经济可持续发展的历史性重任。由此也决定了必须用现代化的手段，实现以信息化为基础的技术来对水资源进行监控管理，才能解决好资源水利中的诸多复杂问题，这也为GIS提供了大显身手的机会。例如在欧盟-辽宁水资源项目中,基于GIS的水资源管理系统的流程如右图1：
水资源信息的面非常广，如上图所示,有水文气象，地理，地质，水质，水利工程，水处理工程,各行各业与生活需水量等等.所以这些数据既有历史的，又有实时或现状的，从性质上决定了其多源，多时相，多种类和动态这几个基本特征。水资源信息管理系统发挥了从时间，空间上了解水资源的现状与变化，通过模拟可视化直观地表示水资源状况，有助于让研究人员和决策人员了解水资源的变化规律，通过信息处理和分析，提供管理的基础信息与手段，完善水资源信息的管理与更新，实现数据共享。
图1 流域水资源管理系统流程图
在水资源信息管理系统中GIS发挥的作用大致有以下几个方面：
（1）历史数据管理和实时数据的动态采集和加载；
（2）信息的空间与属性双向查询和分析；
（3）时空统计；
（4）以多种方式直观地可视化表达各类信息的空间分布及模拟动态变化过程；
（5）区域水资源的空间分析；
（6）区域水资源管理模式区划，如地下水禁采与限采区划、水环境区划等。
3．GIS在水环境和水土保持方面的应用
由于社会经济高速发展中过多的人类活动影响，我国水系的污染已经十分严重了，土壤侵蚀面积达国土面积的20%以上，而土壤侵蚀本身也是造成水系污染的主要因素之一。为了近一步了解和监测水环境和水土保持的情况，水利部门已有包括170多个主要测站的全国水环境信息管理系统，有如广东那样的省级系统，有如三峡库区那样的区域性系统，也有如九州江那样的江河级系统。水环境信息管理系统是空间决策支持系统的基础或者是组成部分，而GIS是其基础，同时也是提取数据和显示数据的平台。
- 上一篇：港口功能的发展分析
- 下一篇：我国水运建设资金筹措初探
