淺談GIS技術(shù)在水利工程中的應用展望論文
摘要：近年來(lái)， GIS （地理信息系統） 技術(shù)在水利工程應用領(lǐng)域中發(fā)揮著(zhù)技術(shù)先導的作用。文章通過(guò)分析目前GIS技術(shù)在水利規劃、水資源管理等水利工程行業(yè)的具體應用形式， 結合地理信息學(xué)科的發(fā)展方向， 展望GIS在水利工程中的應用前景。
關(guān)鍵詞：GIS； 水利工程；
1 GIS技術(shù)概述
20世紀60年代， 世界上第一個(gè)GIS （加拿大地理信息系統CGIS） 誕生， 其核心是用計算機來(lái)處理和分析具有空間屬性地理信息。GIS技術(shù)能夠有效地管理地理信息資源， 是其能夠有效利用的核心技術(shù)。20世紀以來(lái)， 計算機和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)日的新月異極大地推進(jìn)了GIS在我國的發(fā)展進(jìn)程， 由于應用后能夠明顯地提高工作效率和經(jīng)濟效益， 因此， GIS技術(shù)已成為資源與環(huán)境各領(lǐng)域應用中不可或缺的前沿技術(shù)。
近20年， 我國經(jīng)濟水平持續增長(cháng)， 人民生活質(zhì)量穩步提高， 同時(shí)， 水資源需求與水資源利用率相對不足的矛盾逐漸加劇， 這促使水利工作者不斷探索如何利用現代信息技術(shù)手段緩解這一矛盾。為有效地利用水資源， 在當前條件下最大限度地發(fā)揮水利工程的調節作用， 減少建設、管理人員的投入量， GIS技術(shù)作為信息化的體現之一， 在水利工程各環(huán)節中的應用范圍不斷擴大， 應用層次也逐漸深入。通過(guò)近年來(lái)的發(fā)展， GIS的應用形式已從最初單純的可視化應用過(guò)渡為集合分析、模擬、預測等多位一體的復雜應用， 功能也提升為對多時(shí)期的地理信息變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監測和分析比較， 將數據收集、空間分析和決策過(guò)程統一打包的應用。實(shí)踐表明， 通過(guò)使用GIS系統， 有利于設計人員對工程進(jìn)行總體規劃， 方便施工人員對實(shí)施過(guò)程進(jìn)度和質(zhì)量把控， 有效提高管理人員的工作效率， 從而提升水利行業(yè)整體信息化水平。
2 GIS技術(shù)在水利工程中的應用
水利工程為消除水害和開(kāi)發(fā)利用水資源而修建， 重要性不言而喻， 而其本身具有一定的地理空間屬性， 對工程的地理環(huán)境依賴(lài)較高。GIS的發(fā)展恰好為水利工程的空間屬性提供了可行的表現途徑和有效的模擬、分析方法。運用GIS技術(shù)， 矢量化地理信息數據， 搭建水利工程地理信息平臺， 能夠直觀(guān)地展示工程環(huán)境， 結合水利資料， 實(shí)現環(huán)境分析模擬， 有利于管理人員決策[1]。
目前， GIS在水利工程方面的應用主要表現在以下幾方面：
�。�1） 水利工程規劃
GIS技術(shù)廣泛應用于水庫選址、復雜工程布局、工程測量[2]、庫容量計算、開(kāi)挖土石方量計算、工程建設監測[3]、工程變形監測等方面， 促使水利工程規劃、管理科學(xué)發(fā)展。
�。�2） 水資源管理
運用GIS技術(shù)能夠確定水資源分區， 建立科學(xué)有效的管理模式， 分析水資源量， 直觀(guān)地展示水資源分布和數量的動(dòng)態(tài)變化， 有助于實(shí)現水資源的合理利用。
�。�3） 防洪減災
GIS應用主要表現在防汛決策支持系統[4]和洪災損失評估， 它以GIS為基礎， 實(shí)現了決策方案、防汛信息、損害范圍的直觀(guān)化和形象化表達， 為全國防汛決策提供有力的技術(shù)支撐。
�。�4） 水土保持
利用GIS技術(shù)能夠進(jìn)行水土流失預測和動(dòng)態(tài)監測[4]， 查詢(xún)、統計、分析土地分區和土地利用情況， 有利于重點(diǎn)區域水土流失綜合治理措施的制定， 提升治理效果。
�。�5） 水質(zhì)監測
建立GIS水質(zhì)監測應用平臺， 能夠掌握水質(zhì)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化， 及時(shí)辨析污染源頭， 有利于地表水、地下水儲量分析， 模擬水量調度， 提高水資源利用水平。
�。�6） 水文預報
通過(guò)GIS技術(shù)， 整合水文基礎數據， 實(shí)現基礎背景數據管理， 對空間和屬性數據的查詢(xún)， 統計數據以及顯示檢索， 為水文預報提供基礎數據支撐[5]。
3 GIS技術(shù)應用展望
隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展， GIS技術(shù)在水利工程應用的內容已從結合地理要素的水利信息查詢(xún)展示發(fā)展到利用GIS空間運算完成水利信息的分析、計算、模擬與統計。近年來(lái)， 結合遙感、GPS等前沿技術(shù)， 構建3D、4D地理信息系統平臺， 實(shí)現多維度水工建筑仿真應用已成為水利信息化應用新趨勢 （如三維可視化洪水淹沒(méi)分析與災情評估系統、4D水利施工管理系統等[6]） 。水利要素具有的空間地理屬性促進(jìn)了GIS在水利應用中的高速發(fā)展， 縱觀(guān)發(fā)展歷史， 水利GIS應用的發(fā)展趨勢主要表現為應用內容的發(fā)散性擴展及應用技術(shù)的融合性集成。
3。1 應用內容擴展
利用GIS技術(shù)， 實(shí)現工程環(huán)境分析模擬的形象化， 并且在一定程度上提高了獲取信息的時(shí)效性和準確性， 有利于管理和決策。因此， 今后GIS技術(shù)將逐漸覆蓋水利行業(yè)的各個(gè)方面， 促使水利信息化進(jìn)一步發(fā)展。
�。�1） 洪水模擬
利用洪水歷史資料， 結合GIS平臺， 建立合理的流域模型， 通過(guò)可視化模擬， 分析流域洪水成因、洪水特性及其規律；通過(guò)地理信息要素分類(lèi)， 分析各主要河道的自然條件；運用GIS技術(shù)， 進(jìn)行上下游洪水演進(jìn)模擬分析， 促使建立一定洪水標準下合理的蓄、滯、泄關(guān)系及管理措施等。
�。�2） 供水預案
建立供水、需水、蓄水地理信息管理平臺， 通過(guò)電子地圖可視化展示水源地分布， 有助于研究可能的供水方案與主要工程措施及用水管理與供水水質(zhì)保證措施。
�。�3） 水質(zhì)分析
實(shí)現水質(zhì)采集自動(dòng)化， 分析地質(zhì)、水質(zhì)信息的地理屬性， 應用GIS技術(shù)研究土壤侵蝕分區；分析各類(lèi)可能污染源；利用歷史資料， 模擬預測不同規劃水平年的污染負荷量和水質(zhì)變化， 以此為基礎研究保護水資源應采取的措施。
�。�4） 工程測量
應用無(wú)人機搭載遙感、GPS設備， 采集、處理工程測量數據， 利用GIS技術(shù)實(shí)現測量數據可視化， 減少外勘人力成本， 提高工程測量的精度與效率， 便于數據成果的合理應用。
3。2 應用技術(shù)深入
�。�1） GIS技術(shù)發(fā)掘
隨著(zhù)GIS技術(shù)的發(fā)展， 多種空間數據結構 （如“真三維”、“時(shí)空四維”） [7]應運而生， 面向對象的數據模型和實(shí)用的界面語(yǔ)言正處于高速發(fā)展階段， 數據自動(dòng)輸入技術(shù)不斷完善， 各行各業(yè)GIS應用模型開(kāi)發(fā)力度不斷加大， GIS的網(wǎng)絡(luò )共享能力 （webGIS） 不斷增強。在這樣的大環(huán)境中， 水利與GIS的結合必將更加深入， 具體表現為水利數據信息的表達將趨于多維度、豐富性、立體性、共享性， 水利應用模型將趨于結構化、可擴展性， 形成整個(gè)水利行業(yè)的GIS綜合管理平臺， 逐漸打開(kāi)GIS綜合系統與水利專(zhuān)業(yè)系統共存共榮的局面。
�。�2） 相關(guān)技術(shù)集成
鑒于水利空間數據的時(shí)間性和復雜性， 單一的GIS技術(shù)很難滿(mǎn)足水利要素的處理要求。因此， 在水利工程的應用中， “3S”技術(shù) （全球定位系統GPS、遙感RS、地理信息系統GIS） 、無(wú)人機技術(shù)的集成已成為必然的發(fā)展趨勢。GPS為GIS的快速定位和更新提供手段， 遙感技術(shù)的多譜段、多時(shí)相、多傳感器和多分辨率的特點(diǎn)， 為GIS不斷注入“燃料”， 反過(guò)來(lái)又可利用GIS支持從遙感影像數據中自動(dòng)提取語(yǔ)義和非語(yǔ)義信息， 而無(wú)人機則可作為遙感設備提供載體[7]。利用無(wú)人機航拍， GPS和RS賦予了GIS實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)屬性。3S技術(shù)整體結合所構成的水利地理信息系統是高度自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化的GIS系統。這種系統不僅具有自動(dòng)、實(shí)時(shí)地采集、處理和更新數據的功能， 而且能夠分析和運用數據， 為水利各學(xué)科應用提供科學(xué)的決策咨詢(xún)。
多媒體地理信息系統 （MGIS） 將文字、圖形 （圖像） 、聲音、色彩、動(dòng)畫(huà)等技術(shù)融為一體， 為GIS應用開(kāi)拓了新的領(lǐng)域和廣闊的前景[8]。它能夠以最直觀(guān)的方式表達和感知空間地理信息， 以形象化的、可觸摸 （觸屏） 的甚至聲控對話(huà)的人機界面操縱空間地理信息處理的技術(shù)。應用MGIS的水利地理信息系統將對結構、功能及應用模式的設計產(chǎn)生極大的影響， 使得各類(lèi)信息的表現形式更豐富， 更靈活， 更友好。
4 結語(yǔ)
毋庸置疑， 水利GIS應用的基礎是地理空間數據和水利專(zhuān)題要素數據， 相關(guān)專(zhuān)業(yè) （如測量專(zhuān)業(yè)） 的發(fā)展將對其產(chǎn)生明顯的限制或促進(jìn)作用。因此， GIS在水利工程中的應用水平應依據各專(zhuān)業(yè)的發(fā)展穩步提高， 防止閉門(mén)造車(chē)， 構建海市蜃樓。
復雜技術(shù)集成的GIS在水利工程上的應用將會(huì )成為今后一段時(shí)期內水利信息化的主要趨勢。搭建集工程規劃、建設、管理為一體的水利工程綜合地理信息平臺， 能夠實(shí)時(shí)、有效地展示工程運行情況， 模擬防洪工況， 提高管理決策能力， 為水利信息化事業(yè)發(fā)展添磚加瓦。
參考文獻
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