浅谈ＧＩＳ在水利现代化中的应用和发展

    赵洪利

    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防洪减灾和水利水电工程建设和管理方面起到的至关重要的作用，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；应用与发展

    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。

    1GIS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。

    1.1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。

    1.2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。

    1.3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。

    1.4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。

    2GIS在水利水电工程建设和管理方面的应用

    水利水电工程建设与管理是水利水电工程的重中之重，它的选址，规划，设计和施工管理都必须严格慎重，考虑到各个方面的因素，例如移民安置地环境容量调查，调水工程选线及环境影响评估，防洪规划，大型水利水电工程物科储运管理和蓄滞洪区规划和建设等。此时GIS在空间分析和模拟方面的强大优势就显现出来了。水利水电工程建设与管理中利用GIS功能最多的有以下几个方面：通过进行三维可视化显示及贯穿飞行模拟，实现位置或路线的优化；空间信息的处理，叠加与分析，得出可作为决策辅导的信息；通过防真模拟淹没分析，得到各种分析数据；利用GIS平台实现交互式的工程布置方案修改。

    3 GIS技术在水利行业应用的发展趋势

    GIS是一门与和计算机硬件和操作系统，元数据库的建设，数据挖掘，遥感技术，网络技术和数据库管理，数字摄影与自动化成象等技术有着紧密相关的学科，而上面的那些技术又是在不断发展的，每项技术的发展都给GIS带来了深刻的变化。所以GIS在水利行业的应用和发展，不仅仅取决于GIS技术的发展，更取决于水利行业数字化的进程.在水利部以信息化带动水利现代化的战略方针指导下，GIS在水利行业的应用将会越来越广，用途也将会越来越大.而且会迅速成为管理和决策主要支撑技术。它的发展趋势有以下四个。

    3.1网络GIS（WebGIS）

    网络是实现资源共享和远程遥控的基础技术，WebGIS是Internet技术应用于GIS开发的产物。GIS通过WWW功能得以扩展，真正成为一种大众使用的工具。从WWW的任意一个节点，Internet用户可以浏览WebGIS站点中的空间数据、制作专题图，以及进行各种空间检索和空间分析，从而使GIS进入千家万户。它可用于除了一般数据外的特殊数据类型，尤其是矢量数据的处理，以网络浏览器为应用工作平台，在客户端可以实现对矢量数据的操作，可以在多个客户端实现原来在本机上才能实现的功能，并可通过网络远程调用和发布各类数据、图形、图像。

    3.2“3S”技术集成

    “3S”不是全球卫星定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、遥感系统(RS)的简单组合，而是将其通过数据接口严格地、紧密地、系统地集合起来，使其成为一个更具有应用价值的大系统，在这个大系统中GPS主要被用于实时、快速地提供目标的空间位置；RS用于实时或准实时提供目标及其环境的语义或语义信息，发现地球表面的各种变化；GIS则对多源时空数据进行综合处理、集成管理、动态存取，形成新的集成系统的基础平台。所以“3S”集成技术在水利行业中有着广阔的应用前景。

    3.3 VR-GIS技术

    VR-GIS技术是虚拟现实技术与GIS技术的结合，包括与WebGIS和ComGIS结合的技术，专门用于研究地学或以地球系统为对象的虚拟现实技术，目前只能达到仿真的水平，可以做到：对现时的地理区域的非常真实的表达；可在所在地理范围内外自由移动；在三维数据库中有GIS的各种功能；以可视化功能作为用户接口的自然的整体部分。

    3.4 地理信息建模系统(GIMS)

    GIS成功应用于专门领域的关键，在于支持建立该领域特有的空间分析模型。GIS应当支持面向用户的空间分析模型的定义、生成和检验的环境，支持与用户交互式的基于GIS的分析、建模和决策，这种GIS系统又称为地理信息建模系统(GIMS)。GIMS是目前GIS研究的热点问题之一。基于RS和GIS的分布式流域水文模型成为当前研究的前沿，“3S”技术支持下的分布式或半分布式水文预报模型在中小流域尺度进行了试验性的应用研究，取得了一些成果。

    参考文献

    [1]刘勇，井文涌．地理信息系统技术及其在环境科学中的应用．环境科学．1997.3:62．

    [2]李德仁，关泽群．空间信息系统的集成与实现．武汉测绘大学出版社．2000，3(1):224．

    [3]彭盛．GIS技术在水资源和水环境领域中的应用．水科学进展．2001，12(2):264-269．

    [4]张建云．建设水资源实时监控管理系统-水利现代化的技术方向．中国水利．2000，8．