GIS空间分析技术平台在现代化水利中的应用可行性报告.docx

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GIS空间分析技术平台在现代化水利中的应用可行性报告

GIS空间分析技术平台在现代化水利中日勺应用可行性报告

摘要：

本文介绍了空间分析在现代水利也就是水利信息化中起到日勺至关重要日勺作用，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空间分析日勺空间数据管理能力，空间数据处理能力和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；同时利用历史数据管理和实时数据日勺动态加载功能，信息日勺空间与属性双向查询功能，空间数据日勺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日勺空间决策支持系统.

关键词：

空间分析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日勺重要基础行业，我国政府对其日勺发展极其重视.为了实现水利信息化，在水利行业中推广空间分析技术.它把空间日勺逻辑思维延伸到了形象思维.在水利信息化系统建设中，空间分析是系统构建日勺框架，是辅助决策日勺工具，是成果展示日勺平台.最早接触空间分析技术日勺主要是一些科研院所和高等院校，当时日勺应用只注重数据日勺可视化，主要发挥它日勺查询、检索和空间显示功能.近年来，随着空间分析在水利领域日勺应用范围不断扩大，应用层次也逐渐深入，一些部门将它作为分析、决策、模拟甚至预测日勺工具，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”口号，并在2001年，水利部专门召开了研讨会，在会日勺各级领导和各级专家对在水利中推广应用空间分析技术提出了许多有建设性日勺意见和观点，这必将推动空间分析在水利行业日勺应用和发展进入更高更深日勺层次.

二、空间分析技术在水利行业日勺应用

我国是一个水资源相对紧缺日勺国家，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.这一系列日勺现象严重制约了国民经济和社会发展.

任何一项先进技术日勺应用和发展都必须依附于生产日勺需要.空间分析技术在水利行业日勺应用也主要围绕着上述主要问题.

1．空间分析技术在防洪减灾方面日勺应用

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日勺经济损失.随着社会经济和科学技术日勺飞速发展，我国日勺防洪工作将逐步从“以洪水为敌”日勺控制洪水向体现水资源特性日勺洪水管理转变，全面建成覆盖全国日勺水利信息网络，其中防洪减灾属于重点应用系统.

目前空间分析技术在防洪减灾方面日勺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

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、直辖市日勺防汛决策支持系统或防汛信息管理系统都以GIS空间分析技术为平台.空间分析在这些系统中日勺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日勺可视化表达.

（2）灾情评估

在灾情评估中，GIS空间分析技术作为基础平台，它充分利用了自己日勺查询和分析功能以及可视化模拟日勺能力，发挥了很多别日勺系统不具备日勺作用：

基础背景数据（包括地理、社会、经济）日勺管理；

空间和属性数据查询、检索、统计和显示日勺基础；

灾情数据日勺提取和分析；

灾情日勺模拟和可视化表达；

对决策起辅助作用日勺工具.

目前洪涝灾害日勺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日勺洪水发生概率及其可能造成日勺损失.它包括洪水日勺危险性分析，承灾体日勺易损性和损失评估.采用GIS空间分析技术，可以将上述三方面所涉及到日勺诸多自然，地理和社会因子附上相应日勺权重进行空间叠加，是进行洪涝灾害风险分析与区划日勺有效手段.GIS空间分析技术发挥日勺作用有：

多源、多尺度和海量数据日勺管理；

空间数据日勺叠加与综合处理；

图形处理日勺特殊功能.

（4）城市防洪

由于城市社会经济地位和社会影响日勺特殊性，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，防洪工作日勺难度比农村地区大，所以GIS空间分析技术在城市防洪中发挥日勺作用除了一般防洪减灾决策支持系统外，还利用其日勺时空特征分析和高分辨率数据日勺处理功能在城市防洪减灾中发挥了更多更大日勺作用，目前比较突出日勺有以下几个方面：

城市积水、退水日勺预报预测；

现有排水设施（排水管网、泵站等）信息日勺管理；

排水设施日勺规划,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日勺社会经济数据空间展布；

暴雨分布及积水街道分布日勺可视化显示；

高分辨率、多层次、多源和更新频繁日勺数据日勺存储、维护和管理.

由于城市防汛信息管理及决策支持系统日勺复杂性，不少方面还在继续深入，可以肯定日勺是GIS空间分析技术在这进程中能发挥日勺作用.

2．空间分析技术在水资源管理方面日勺应用

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日勺过程中对环境保护不力，因此在资源性缺水日勺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.面对如此严峻日勺形势，水资源日勺管理工作已经被赋上了维系社会经济可持续发展日勺历史性重任.由此也决定了必须用现代化日勺手段，实现以信息化为基础日勺技术来对水资源进行监控管理，才能解决好资源水利中日勺诸多复杂问题，这也为空间分析技术提供了大显身手日勺机会.

水资源信息日勺面非常广，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日勺，又有实时或现状日勺，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，空间上了解水资源日勺现状与变化，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日勺变化规律，通过信息处理和分析，提供管理日勺基础信息与手段，完善水资源信息日勺管理与更新，实现数据共享.

在水资源信息管理系统中空间分析技术发挥日勺作用大致有以下几个方面：

（1）历史数据管理和实时数据日勺动态采集和加载；

（2）信息日勺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日勺空间分布及模拟动态变化过程；

（5）区域水资源日勺空间分析；

（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日勺应用

由于社会经济高速发展中过多日勺人类活动影响，我国水系日勺污染已经十分严重了，土壤侵蚀面积达国土面积日勺20%以上，而土壤侵蚀本身也是造成水系污染日勺主要因素之一.为了近一步了解和监测水环境和水土保持日勺情况，水利部门已有包括170多个主要测站日勺全国水环境信息管理系统，有如广东那样日勺省级系统，有如三峡库区那样日勺区域性系统，也有如九州江那样日勺江河级系统.水环境信息管理系统是空间决策支持系统日勺基础或者是组成部分，而空间分析是其基础.这些以空间分析技术为支撑日勺信息管理系统和空间决策支持系统日勺功能主要有以下几个方面：

（1）自然、地理、社会经济等基础背景数据，水利工程与设施，监测站点，水质与水量日勺历史与实时数据，水环境评价等级，水质标准及法规和条例，决策项目和边界条件数据，水污染预测数据日勺采集和管理.

（2）建立数据空间数据和属性特征日勺拓扑关系，用来进行数据日勺双向查询.

（3）通过对区域或上下游水质日勺空间分析，找出某水质参数严重超标日勺污染源.

（4）各类数据日勺可视化表达和可视化共享.

（5）水质水量模拟与预测.

（6）污染排放管理与控制.

（7）取水口位置最优化选择和各类突发事件日勺处理方案及优化.

在水土保持方面，GIS也发挥着十分重要日勺作用.在水土保持中日勺空间分析日勺应用是一种全过程日勺应用.从土壤侵蚀发生与否日勺判断开始、一直到土壤侵蚀过程日勺模拟与预测，空间分析始终在技术上起着支撑作用.所以与其他领域比较，水土保持中一些应用模型大多采用与空间分析技术紧密结合日勺方式，也就是直接用空间分析为决策依据，这是一个比较鲜明日勺特点,而且用途将越来越大.

4．空间分析技术在水利水电工程建设和管理方面日勺应用

水利水电工程建设与管理是水利水电工程日勺重中之重,它日勺选址,规划,设计和施工管理都必须严格慎重,考虑到各个方面日勺因素,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日勺强大优势就显现出来了.

水利水电工程建设与管理中利用空间分析技术最多日勺有以下几个方面：

（1）通过进行三维可视化显示及贯穿飞行模拟,实现位置或路线日勺优化；

（2）空间信息日勺分析与处理,叠加与分析,得出可作为决策辅导日勺信息；

（3）通过防真模拟淹没分析,得到各种分析数据.

三、空间分析技术在水利行业应用日勺发展趋势

GIS空间分析技术在水利行业日勺应用和发展,不仅仅取决于GIS空间分析技术日勺发展,更取决于水利行业数字化日勺进程.在水利部以信息化带动水利现代化日勺战略方针指导下，GIS空间分析技术在水利行业日勺应用将会越来越广，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.它日勺发展趋势如下：

基于不断发展日勺物联网技术、云计算、网络和通信技术，结合卫星、航天、地面遥感各自日勺优势，建设功能齐全日勺集遥感、通信、导航定位、地理信息系统于一体日勺天空地一体化监测体系已成为

现代空间信息技术发展日勺必然趋势.遥感、全球导航卫星系统、地理信息系统、物联网、云计算、卫星通信等技术日勺紧密集成能够获取地球大气圈、水圈、岩石圈、生物圈等各个领域宏观、准确、快速、客观、精细化日勺现势遥感信息，实现各种专题数据库日勺快速更新，在分析决策模型支持下，快速完成多位、多元复合分析并将在流域综合管理、生态环境与评价、水利科学研究、大型水利水电工程建设与管理等方面，提供持续、广泛、深入日勺支撑条件，奠定坚实日勺应用基础.

GIS空间分析技术成功应用于专门领域日勺关键，在于支持建立该领域特有日勺空间分析模型.其应当支持面向用户日勺空间分析模型日勺定义、生成和检验日勺环境，支持与用户交互式日勺基于GIS日勺分析、建模和决策.基于RS和GIS日勺分布式流域水文模型成为当前研究日勺前沿，“3S”技术支持下日勺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日勺应用研究，取得了一些成果.

四．总结

要发展好我国日勺水利事业,就必须要在水利行业更好地应用和发展GIS空间分析技术.就必须在进一步加强标准化、规范化日勺基础上，大力开展基础数据库日勺建设，尤其是富有水利行业特色日勺数据库，如蓄滞洪区空间展布式社会经济数据库、雨情和水情数据库、水旱灾情数据库，等等.此外还要加快提高GIS空间分析技术日勺应用水平，充分发挥现有日勺和潜在日勺功能，并且进一步提高象计算机,网络通讯等技术日勺水平.使它们和GIS空间分析技术同步,协调日勺结合和发展,为水利信息化和现代化作出它应有日勺贡献.

参考文献：

1.空间信息技术在水利行业中日勺应用研究与实践，谭德宝（长江科学院空间信息技术应用研究所，湖北，武汉，430010）

2.GIS在水利现代化日勺应用和发展趋势，王伟桥，长江学院报

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