趙兵 夏宏偉
摘 要:隨著當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展及GIS技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的拓寬,GIS技術(shù)在水利方面也得到了實(shí)際應(yīng)用。本文主要對(duì)GIS在水資源管理中的有效應(yīng)用進(jìn)行了分析與探討,以供參考和借鑒。
關(guān)鍵詞:水資源;管理;GIS;應(yīng)用
GIS是融計(jì)算機(jī)圖形與數(shù)據(jù)庫(kù)于一體,存儲(chǔ)和處理空間信息的高新技術(shù),它把地理位置和相關(guān)屬性有機(jī)地結(jié)合起來(lái),并借助其獨(dú)有的空間分析功能和可視化表達(dá)方式,提供各種輔助決策功能。水資源管理是一項(xiàng)復(fù)雜的水事行為,包括的管理內(nèi)容十分廣泛。特別是面向可持續(xù)發(fā)展,需要收集、處理越來(lái)越多的信息,在復(fù)雜的信息中又需要及時(shí)得到處理結(jié)果,提出合理的管理方案。滿足這一要求,使用傳統(tǒng)的方法難于濟(jì)事。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,GIS為水資源管理提供了一個(gè)全新的高技術(shù)工具,它能支持與水資源管理有關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的獲取、管理、操作、分析、模擬和顯示,以解決復(fù)雜的水資源管理和規(guī)劃問(wèn)題。
一、GIS應(yīng)用于水資源管理中的重要作用
(一)提供了直觀和理性的可視化工具
現(xiàn)在常用的CAD軟件如AUTOCAD等,只是側(cè)重于圖形能力,而對(duì)屬性數(shù)據(jù)的管理能力卻很弱,因此,CAD軟件一般只能用作繪圖軟件。而一些專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)則往往過(guò)于專門(mén)化,缺乏一定的繪圖能力,也具有應(yīng)用上的局限性。地理信息系統(tǒng)由于其對(duì)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的綜合分析能力,彌補(bǔ)了其它工具純圖形、純文字的缺陷,而使空間數(shù)據(jù)的圖形表現(xiàn)和屬性數(shù)據(jù)的空間分析有了很大程度的提高,提供了一個(gè)直觀和理性的可視化工具。將GIS應(yīng)用于水資源管理中,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源管理工作方法的改進(jìn),大大提高了對(duì)水資源問(wèn)題發(fā)現(xiàn)的能力和解決的效率。
(二)提供了強(qiáng)大的存儲(chǔ)與共享功能
現(xiàn)在是信息數(shù)據(jù)大爆炸的時(shí)代。這些空間的、非空間的信息數(shù)據(jù),數(shù)量巨大,關(guān)系復(fù)雜?,F(xiàn)代商業(yè)化GIS產(chǎn)品,以成熟的大型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)為支持技術(shù),開(kāi)發(fā)了利用大型數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)、管理空間地理信息的功能,可以存儲(chǔ)管理海量數(shù)據(jù),獲得理想的數(shù)據(jù)查詢處理能力,特別能夠保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性,實(shí)現(xiàn)高度共享。目前,ARC/INFO、MapInfo都支持超大型地理數(shù)據(jù)庫(kù)。水資源管理牽涉到與地表地下水有關(guān)的所有經(jīng)濟(jì)生活活動(dòng),信息數(shù)據(jù)繁多巨大,必須利用現(xiàn)代GIS的海量數(shù)據(jù)處理能力。
(三)支持多種表現(xiàn)形式的空間數(shù)據(jù)
現(xiàn)代遙感分析等技術(shù),加上傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和社會(huì)調(diào)研等手段使得水資源管理的對(duì)象擁有了從圖紙到圖像、表格的多種形式的表現(xiàn)方法。GIS支持多種形式的空間數(shù)據(jù)方式,并可以通過(guò)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換使之直接為管理服務(wù)。傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)一般是將測(cè)量結(jié)果繪制成紙質(zhì)地圖。在這種情況下,要經(jīng)過(guò)掃描矢量化才能后將地圖數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫(kù),比較費(fèi)時(shí)。而GPS和遙感的發(fā)展,使GPS獲得的數(shù)據(jù)可以直接提供GIS使用,遙感的結(jié)果經(jīng)過(guò)解譯也可直接納入GIS數(shù)據(jù)庫(kù)。GIS對(duì)空間數(shù)據(jù)多種表現(xiàn)形式的支持使空間信息可以直接為水資源管理服務(wù),并使管理工作得到全面和多層次的體現(xiàn)。
(四)良好的數(shù)據(jù)維護(hù)和更新能力
GIS提供了圖幅變形矯正、接邊、核對(duì)等空間數(shù)據(jù)維護(hù)技術(shù),數(shù)據(jù)的增加、刪除和更改在數(shù)據(jù)庫(kù)中可以很快的得以實(shí)現(xiàn)。另外,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分布式管理,可以使更新的數(shù)據(jù)迅速傳遞給相關(guān)的應(yīng)用部門(mén)。GIS這種快速良好的數(shù)據(jù)維護(hù)和更新能力,從長(zhǎng)遠(yuǎn)看,提高了水資源管理的時(shí)間效益。
(五)數(shù)據(jù)空間分析
空間分析是對(duì)分析空間數(shù)據(jù)有關(guān)技術(shù)的統(tǒng)稱,是GIS系統(tǒng)的核心功能。根據(jù)作用的數(shù)據(jù)性質(zhì)不同,可以分為:一是基于空間圖形數(shù)據(jù)的分析運(yùn)算;二是基于非空間屬性的數(shù)據(jù)運(yùn)算:三是空間和非空間數(shù)據(jù)的聯(lián)合運(yùn)算。空間分析賴以進(jìn)行的基礎(chǔ)是地理空間數(shù)據(jù)庫(kù),其運(yùn)用的手段包括各種幾何的邏輯運(yùn)算、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、代數(shù)運(yùn)算等數(shù)學(xué)手段,最終的目的是解決人們所涉及到地理空間實(shí)際問(wèn)題,提取和傳輸?shù)乩砜臻g信息,特別是隱含信息,以輔助決策。
(六)提供了良好的輔助決策功能
GIS對(duì)水資源管理所可以起到良好的輔助決策作用,這體現(xiàn)在模擬、預(yù)測(cè)、規(guī)劃方案的評(píng)估、選擇、調(diào)水方案分析等方面。GIS的應(yīng)用,在一定程度上可以補(bǔ)充以往規(guī)劃在系統(tǒng)控制和決策階段定量分析的不足。同時(shí),由于GIS數(shù)據(jù)更新的快捷性、空間分析的實(shí)時(shí)性,為水資源管理的動(dòng)態(tài)調(diào)整提供了良好的技術(shù)支持。這種動(dòng)態(tài)調(diào)整的管理模式對(duì)更好的指導(dǎo)水資源管理具有重要意義。因此,在水資源管理中,借助GIS的作用,可以對(duì)各種管理、規(guī)劃方案進(jìn)行模擬,對(duì)方案的實(shí)施進(jìn)行監(jiān)督和反饋,然后迅速地根據(jù)實(shí)施狀況對(duì)其進(jìn)行優(yōu)選和調(diào)整,使決策處于一個(gè)通暢的良性循環(huán)中。
二、GIS在水資源管理應(yīng)用分析
(一)GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則
水資源管理信息系統(tǒng)的建設(shè)既要符合信息系統(tǒng)的特點(diǎn)又要滿足管理決策的要求,系統(tǒng)設(shè)計(jì)需遵循系統(tǒng)性、實(shí)用性、適應(yīng)性、可維護(hù)性、安全性、開(kāi)放性幾大原則,其中實(shí)用性尤為重要。實(shí)用性要求采用可靠的軟件環(huán)境、硬件設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā),保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、兼容性、先進(jìn)性,并考慮技術(shù)發(fā)展、系統(tǒng)功能擴(kuò)展,使系統(tǒng)有充分的發(fā)展余地。
(二)GIS系統(tǒng)的應(yīng)用功能
GIS系統(tǒng)主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、水資源評(píng)價(jià)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水資源規(guī)劃、需水預(yù)測(cè)等水資源管理內(nèi)容。
1、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子系統(tǒng)。為保證數(shù)據(jù)的一致性、有效性和完整性,把基礎(chǔ)數(shù)據(jù)從系統(tǒng)中提取出來(lái),作為一個(gè)單獨(dú)的子系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)及管理。這樣可以避免數(shù)據(jù)的重復(fù)錄入和數(shù)據(jù)的無(wú)效性,減輕操作人員的工作量,有利于更好的方便管理和靈活運(yùn)用。
2、基礎(chǔ)地理信息管理子系統(tǒng)是基于GIS的信息查詢系統(tǒng),在地理信息上提供一些基本元素、各種類型的水利工程、水文站、入河口和排污口等相關(guān)資料的查詢工作,數(shù)據(jù)來(lái)源于其它子系統(tǒng),從而為水資源管理提供更有力的支持。該子系統(tǒng)應(yīng)具有地圖放大、地圖縮小、地圖漫游、圖元選擇、圖層控制、圖元信息顯示、地圖打印、信息查詢、導(dǎo)航等各項(xiàng)功能。
3、水資源公報(bào)子系統(tǒng)主要包括對(duì)該地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、來(lái)水情況、蓄水情況、用水情況、水質(zhì)情況、重要水事等信息進(jìn)行管理,并在此基礎(chǔ)上對(duì)水資源進(jìn)行綜合分析,是一個(gè)年度性統(tǒng)計(jì)系統(tǒng),按年度向各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、有關(guān)部門(mén)和全社會(huì)公告該地區(qū)的來(lái)水、用水、水質(zhì)的動(dòng)態(tài)狀況,反映國(guó)內(nèi)重要水事活動(dòng)、水供需矛盾及其有關(guān)水資源的最新科研成果,提高全民的節(jié)水、惜水意識(shí),為管好、用好、保護(hù)好水資源創(chuàng)造必要的條件。
4、水資源監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)主要是對(duì)水質(zhì)測(cè)站、水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面、水質(zhì)測(cè)站及斷面一覽表、水質(zhì)測(cè)站監(jiān)測(cè)情況說(shuō)明表等站點(diǎn)資料信息和水質(zhì)資料整理說(shuō)明表、水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果表等監(jiān)測(cè)資料信息進(jìn)行管理,在此基礎(chǔ)上對(duì)水質(zhì)特征值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析工作。其中站點(diǎn)資料是監(jiān)測(cè)資料的必要條件,而監(jiān)測(cè)資料又是統(tǒng)計(jì)分析工作的必要條件,三者之間相互關(guān)聯(lián)從而形成一個(gè)有機(jī)統(tǒng)一的整體。水資源監(jiān)測(cè)是水資源工作的重要內(nèi)容,是開(kāi)展水資源工作的主要技術(shù)基礎(chǔ)。
5、水資源規(guī)劃子系統(tǒng)主要是對(duì)規(guī)劃水平年設(shè)置、社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料、水資源狀況、供水工程情況、實(shí)際供水量統(tǒng)計(jì)、實(shí)際用水量統(tǒng)計(jì)、耗水量和回歸水量統(tǒng)計(jì)、不同保證率規(guī)劃可供水量、需水預(yù)測(cè)、耗水量和回歸水量預(yù)測(cè)、供需分析成果、水質(zhì)狀況、農(nóng)業(yè)灌溉情況、規(guī)劃工程情況、工業(yè)分行業(yè)用水情況、用水水價(jià)情況調(diào)查情況、廢污水排放量統(tǒng)計(jì)、月平均流量統(tǒng)計(jì)、過(guò)境水量統(tǒng)計(jì)等信息進(jìn)行管理。
6、需水預(yù)測(cè)子系統(tǒng)主要由統(tǒng)計(jì)年份數(shù)據(jù)、指標(biāo)預(yù)測(cè)、需水預(yù)測(cè)和綜合分析四部分組成,統(tǒng)計(jì)年份數(shù)據(jù)部分包括現(xiàn)狀年基礎(chǔ)數(shù)據(jù),社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、實(shí)際取用水量、耗水量和回歸水量等數(shù)據(jù),其中社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)包括人口、經(jīng)濟(jì)、耕地及灌溉面積、牲畜等數(shù)據(jù):指標(biāo)預(yù)測(cè)部分包括人口預(yù)測(cè)、牲畜預(yù)測(cè)、耕地及灌溉面積預(yù)測(cè)、經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)、牲畜取用水定額預(yù)測(cè)、生活取用水定額預(yù)測(cè)、農(nóng)業(yè)取用水定額預(yù)測(cè)、工業(yè)取用水定額預(yù)測(cè)、耗水率預(yù)測(cè)等內(nèi)容:需水預(yù)測(cè)部分包括城鎮(zhèn)生活需水量預(yù)測(cè)結(jié)果、農(nóng)業(yè)需水量預(yù)測(cè)結(jié)果、工業(yè)需水量預(yù)測(cè)結(jié)果及耗水量和回歸水量預(yù)測(cè)結(jié)果等內(nèi)容;綜合分析部分包括總需水量、水量結(jié)構(gòu)、水量增長(zhǎng)率、人均指標(biāo)等綜合分析結(jié)果以及最后的綜合結(jié)果等內(nèi)容。需水預(yù)測(cè)是為分析未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水的關(guān)系服務(wù)的,以現(xiàn)狀為基礎(chǔ),預(yù)測(cè)未來(lái)需水情況,從而為水中長(zhǎng)期供需平衡服務(wù)。
三、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,GIS系統(tǒng)在水資源管理中具有提供了直觀和理性的可視化工具;提供了強(qiáng)大的存儲(chǔ)與共享功能;支持多種表現(xiàn)形式的空間數(shù)據(jù);良好的數(shù)據(jù)維護(hù)和更新能力;數(shù)據(jù)空間分析;提供了良好的輔助決策功能等特征,因此各地區(qū)水資源管理部門(mén)應(yīng)根據(jù)GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則,設(shè)計(jì)完善的系統(tǒng)功能,保障GIS為水資源管理提供全面、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息。
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