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    地理信息系統在水利中的應用

    2013-07-09 21:45:09 來源: 測繪論壇 作者:
    聊聊

    一、GIS在防洪減災方面的應用
     1.防汛決策支持系統或信息管理系統的平臺 

     在國家防汛指揮系統總體設計框架下,各流域或省、自治區、直轄市的防汛決策支持系統或防汛信息管理系統都以GIS為平臺。GIS在這些系統中的作用主要有以下幾個方面: 

         1)空間數據管理,包括查詢、檢索、更新和維護;
      (2)利用空間分析能力為防汛指揮決策提供輔助支持;
      (3)為各類應用模型提供數據;
      (4)優化模型參數;
      (5)預報預測;
      (6)防汛信息及決策方案的可視化表達。 

     2.災情評估 
      在災情評估中,GIS是主角,它發揮的主要作用是: 
      (1)基礎背景數據(包括地理、社會、經濟)的管理;
      (2)空間和屬性數據查詢、檢索、統計和顯示的基礎;
      (3)洪水演進的基礎平臺;
      (4)災情數據的提取和分析;
      (5)災情的可視化表達;
      (6)輔助決策的工具(行蓄洪區應用、搶險救災物資儲運、避險、遷安等)。 
      目前洪澇災害的監測評估業務運行系統已在水利部遙感技術應用中心投入運行。 


      3.洪澇災害風險分析與區劃 
      采用GIS技術,是進行洪澇災害風險分析與區劃的有效手段。GIS發揮的作用有: 
      (1)多源、多尺度數據的管理;
      (2)空間數據的疊加與綜合處理;
      (3)圖形處理的特殊功能。 


      4.城市防洪 
      GIS在城市防洪中發揮的作用更多更大,目前比較突出的有以下幾個方面: 
      (1)城市積水、退水的預報預測;
      (2)現有排水設施(排水管網、泵站等)信息的管理;
      (3)排水設施的規劃與設計;
      (4)城市綠地(透水面積)的面積與位置的規劃;
      (5)暴雨時空特征分析(4DGIS);
      (6)以街道為統計單元和以街區為空間單元的社會經濟數據空間展布;
      (7)暴雨分布及積水街道分布的可視化顯示;
      (8)高分辨率、多層次、多源和更新頻繁的數據的存儲、維護和管理。 
      由于城市防汛信息管理及決策支持系統的復雜性,不少方面還在繼續深入,可以肯定的是GIS技術在這進程中能發揮的作用將越來越大。 
      

    二、GIS在水資源管理方面的應用 
      上海、廣東、山西等省、直轄市已建設了一批以GIS技術為支撐的水資源信息管理系統,有的已在此基礎上向水資源管理決策支持系統邁開了新的步伐,形式上大多是空間決策支持系統(SDSS)。 
      在水資源信息管理系統中GIS發揮的作用大致有以下幾個方面: 
      (1)歷史數據管理和實時數據的動態加載;
      (2)信息的空間與屬性雙向查詢;
      (3)時空統計;
      (4)以多種方式直觀地可視化表達各類信息的空間分布及動態變化過程;
      (5)區域水資源的空間分析;
      (6)區域水資源管理模式區劃,如地下水禁采與限采區劃、水環境區劃等。 
     

    三、GIS在水環境和水土保持方面的應用 
      水利部門已有包括170多個主要測站的全國水環境信息管理系統,有如廣東那樣的省級系統,有如三峽庫區那樣的區域性系統,也有如九州江那樣的江河級系統。這些以GIS技術為支撐的信息管理系統和SDSS的功能主要有以下幾個方面: 
      (1)數據管理,包括自然、地理、社會經濟等基礎背景數據,水利工程與設施,監測站點,水質與水量的歷史與實時數據,水環境評價等級,水質標準及法規和條例,決策項目和邊界條件數據,水污染預測數據,等等。 
      (2)水質參數的雙向查詢,即點出站點位置查詢該站的基本信息、水質參數、水質等級、超標物名稱、以月或年為單位的水質等級過程線;也可由水質等級或某物質超標來查(顯示)測站位置,或河段。 
      (3)統計某流域或區域各等級水質的測站占的比例或各等級水質的河段長,等等。 
      (4)區域或上下游水質的空間分析,找出某水質參數嚴重超標的污染源。 
      (5)各類可視化表達。 
      (6)水質水量模擬與預測。 
      (7)污染排放管理與控制。 
      (8)取水口位置優化。 
      (9)突發污染事件的處理方案及優化。 
      (10)改善水質現狀的對策及優化。 
      水環境信息管理系統是空間決策支持系統的基礎或者是組成部分,而GIS是其基礎。GIS與空間決策支持的各類模型有三種結合方式: 
      (1)以GIS為平臺建模;
      (2)松散結合,從GIS提取數據,又回到GIS上顯示結果;
      (3)用GIS軟件本身的建模功能建立一些數值分析模型,實現有限的決策支持功能。 
      GIS在水土保持中的的應用是比較全面的,是全過程的應用。從土壤侵蝕發生與否的判斷、侵蝕強度劃分、侵蝕量的計算、流域泥沙輸移、水保措施的效益評價,一直到土壤侵蝕過程的模擬與預測,GIS始終在技術上起著支撐作用。所以與其他領域比較,水土保持中一些應用模型大多采用與GIS緊密結合的方式,也就是直接用GIS為建模平臺,這是一個比較鮮明的特點。 

    四、GIS在水利水電工程建設和管理方面的應用 
      水利水電工程建設與管理中利用GIS功能最多的有以下幾個方面: 
      (1)三維可視化顯示及貫穿飛行模擬;
      (2)位置或路線的優化;
      (3)空間信息的疊加與分析;
      (4)影響區(范圍)的確定;
      (5)開挖量及剖面分析;
      (6)淹沒分析;
      (7)交互式的工程布置方案修改。 

    五、GIS技術在水利行業應用的發展趨勢 
      在以信息化帶動水利現代化的戰略方針指導下,GIS在水利行業的應用將無處不在,而且迅速地占領管理和決策層面。它的發展趨勢有以下四個。 


      1.網絡GISWebGIS 
      WebGIS可用于除了一般數據外的特殊數據類型,尤其是矢量數據的處理,以網絡瀏覽器為應用工作平臺,在客戶端可以實現對矢量數據的操作,可以在多個客戶端實現原來在本機上才能實現的功能,并可通過網絡遠程調用和發布各類數據、圖形、圖像。 


      2.組件式GISComGIS 
      GIS軟件的技術體系經歷了GIS模塊、集成式GIS和模塊式GIS這三個階段后,已發展到了組建式GIS階段,即基于組件平臺,以一組具有某種標準通信接口實現交互,甚至是跨計算機交互。ComGIS使軟件的可配置性、可擴展性和開放性更強,使用更靈活,更便于二次開發,特別有利于應用系統集成和拓展。 


      3.三維GIS和四維GIS 
      三維尤其是實時的三維GIS系統為各種水利信息提供了更為直觀的表現方式。在調水線路沿線貫穿飛行、城市及蓄滯洪區洪水演進、水利工程布置、大壩及堤防等工情信息的表達、地面與地下結合的地質構造描述、水流流動的三維表現、廠房或結構內部的描述、庫區的描述、宏觀地形地貌表現、通視性分析等等方面使用得特別多或者是特別有前景,而且它也是虛擬或仿真的基礎。目前三維功能較強的GIS軟件也趨于采用組件架構。 
      水利上很多問題是時間序列問題、動態監測及過程問題。因此,加上時間維的4DGIS應用需求也很廣。 


      4.VR-GIS技術 
      VR-GIS技術是虛擬現實技術與GIS技術的結合,包括與WebGISComGIS結合的技術,專門用于研究地學或以地球系統為對象的虛擬現實技術,目前只能達到仿真的水平,可以做到: 
      1 對現時的地理區域的非常真實的表達;
      2 可在所在地理范圍內外自由移動;
      3 在三維數據庫中有GIS的各種功能;
      4 以可視化功能作為用戶接口的自然的整體部分。 
      在水利行業可模擬的例子也不少,例如工程結構、河流地貌過程、三角洲演化過程、天氣過程、湖泊與沼澤演化過程、調水工程、水資源調控、河道整治、大型水利工程的環境評價、水質污染過程、區域可持續發展、生態系統的惡化與恢復、洪澇災害的發生與救災、防洪規劃、河口與港口整治、垮壩潰堤、土壤侵蝕、水土保持效果、荒漠化過程、大型水利水電工程規劃以及替代傳統的水工模擬,等等。 
      要在水利行業更好地應用和發展GIS技術,必須在進一步加強標準化、規范化的基礎上,大力開展基礎數據庫的建設,尤其是富有水利行業特色的數據庫,如蓄滯洪區空間展布式社會經濟數據庫、雨情和水情數據庫、水旱災情數據庫,等等。此外還要加快提高GIS的應用水平,充分發揮GIS現有的和潛在的功能,并且與遙感、全球定位系統、網絡計算機等高新技術以及水利行業本身的技術緊密地結合在一起。 

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