水利

        GIS在防洪減災方面的應用
        我國是一個水資源相對緊缺的國家,洪澇災害、干旱缺水和水污染等問題十分突出,即水資源短缺與洪澇災害頻繁發生并存,洪澇災害與干旱災害并存。資源性缺水與水質性缺水并存。這一系列的現象嚴重制約了國民經濟和社會發展。

        任何一項先進技術的應用和發展都必須依附于生產的需要。GIS技術在水利行業的應用也主要圍繞著上述主要問題。

        1.GIS在防洪減災方面的應用

        我國幅員遼闊,自然地理地貌條件十分復雜,洪澇災害發生頻繁,使國家和個人都蒙受了很大的經濟損失。隨著社會經濟和科學技術的飛速發展,我國的防洪工作將逐步從“以洪水為敵”的控制洪水向體現水資源特性的洪水管理轉變,全面建成覆蓋全國的水利信息網絡,其中防洪減災屬于重點應用系統。

        目前GIS技術在防洪減災方面的應用主要有以下四種類型。

        (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,目前流域或省、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GIS為平臺。GIS在這些系統中的作用主要有以下幾個方面:空間數據處理、查詢、檢索、更新和維護;利用空間分析能力和可視化模擬顯示為防汛指揮決策提供輔助支持;為各類應用模型提供實時數據;優化模型參數;預報預測和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作為基礎平臺,它充分利用了自己的查詢和分析功能以及可視化模擬的能力,發揮了很多別的系統不具備的作用:基礎背景數據(包括地理、社會、經濟)的管理;空間和屬性數據查詢、檢索、統計和顯示的基礎;災情數據的提取和分析;災情的模擬和可視化表達;對決策起輔助作用的工具。

        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

        洪澇災害風險分析是分析不同強度的洪水發生概率及其可能造成的損失。它包括洪水的危險性分析,承災體的易損性和損失評估。采用GIS技術,可以將上述三方面所涉及到的諸多自然,地理和社會因子附上相應的權重進行空間疊加,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:多源、多尺度和海量數據的管理;空間數據的疊加與綜合處理;圖形處理的特殊功能。

        (4)城市防洪

        由于城市社會經濟地位和社會影響的特殊性,防洪工作尤其重要。同時由于許多城市都是依水而建和城市不透水面積大,產流量大等特點,防洪工作的難度比農村地區大,所以GIS在城市防洪中發揮的作用除了一般防洪減災決策支持系統外,還利用其的時空特征分析和高分辨率數據的處理功能在城市防洪減災中發揮了更多更大的作用,目前比較突出的有以下幾個方面:城市積水、退水的預報預測;現有排水設施(排水管網、泵站等)信息的管理;排水設施的規劃,設計和施工管理;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;暴雨分布及積水街道分布的可視化顯示;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。

        2.GIS在水資源管理方面的應用

        我國水資源短缺,而且分布極不均勻。同時由于社會經濟飛速發展的過程中對環境保護不力,因此在資源性缺水的同時又加上水質性缺水,水資源嚴重短缺又存在有水資源浪費。面對如此嚴峻的形勢,水資源的管理工作已經被賦上了維系社會經濟可持續發展的歷史性重任。由此也決定了必須用現代化的手段,實現以信息化為基礎的技術來對水資源進行監控管理,才能解決好資源水利中的諸多復雜問題,這也為GIS提供了大顯身手的機會。
        水資源信息的面非常廣,有水文氣象,地理,地質,水質,水利工程,水處理工程,各行各業與生活需水量等等.所以GIS數據既有歷史的,又有實時或現狀的,從性質上決定了其多源,多時相,多種類和動態這幾個基本特征。水資源信息管理系統發揮了從時間,空間上了解水資源的現狀與變化,通過模擬可視化直觀地表示水資源狀況,有助于讓研究人員和決策人員了解水資源的變化規律,通過信息處理和分析,提供管理的基礎信息與手段,完善水資源信息的管理與更新,實現數據共享。

        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采集和加載;

        (2)信息的空間與屬性雙向查詢和分析;

        (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模擬動態變化過程;

        (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。

        3.GIS在水環境和水土保持方面的應用

        由于社會經濟高速發展中過多的人類活動影響,我國水系的污染已經十分嚴重了,土壤侵蝕面積達國土面積的20%以上,而土壤侵蝕本身也是造成水系污染的主要因素之一。為了近一步了解和監測水環境和水土保持的情況,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。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,同時也是提取數據和顯示數據的平臺。

        這些以GIS技術為支撐的信息管理系統和空間決策支持系統的功能主要有以下幾個方面:

        (1)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,水污染預測數據的采集和管理。

        (2)建立數據空間數據和屬性特征的拓撲關系,用來進行數據的雙向查詢。

        (3)通過對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。

        (4)各類數據的可視化表達和可視化共享。

        (5)水質水量模擬與預測。

        (6)污染排放管理與控制。

        (7)取水口位置最優化選擇和各類突發事件的處理方案及優化。

        在水土保持方面,GIS也發揮著十分重要的作用。在水土保持中的GIS的應用是一種全過程的應用。從土壤侵蝕發生與否的判斷開始、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為建模平臺和決策依據,這是一個比較鮮明的特點,而且用途將越來越大。

        4.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是水利水電工程的重中之重,它的選址,規劃,設計和施工管理都必須嚴格慎重,考慮到各個方面的因素,例如移民安置地環境容量調查,調水工程選線及環境影響評估,防洪規劃,大型水利水電工程物科儲運管理和蓄滯洪區規劃和建設等。此時GIS在空間分析和模擬方面的強大優勢就顯現出來了。

        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)通過進行三維可視化顯示及貫穿飛行模擬,實現位置或路線的優化;

        (2)空間信息的處理,疊加與分析,得出可作為決策輔導的信息;

        (3)通過防真模擬淹沒分析,得到各種分析數據;

        (4)利用GIS平臺實現交互式的工程布置方案修

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