GIS空間分析技術(shù)平臺在現(xiàn)代化水利中的應(yīng)用可行性報(bào)告

1、 GIS 空間分析技術(shù)平臺在現(xiàn)代化水利中的應(yīng)用可行性報(bào)告摘 要：本文介紹了空間分析在現(xiàn)代水利也就是水利信息化中起到的至關(guān)重要的 作用，尤其是在防洪減災(zāi)， 水資源管理， 水土保持和水利水電工程建設(shè)和管理等 方面。其中重點(diǎn)闡述了利用空間分析的空間數(shù)據(jù)管理能力， 空間數(shù)據(jù)處理能力和 分析能力為各類應(yīng)用模型提供數(shù)據(jù)， 優(yōu)化模型數(shù)參數(shù)， 使其防汛信息以及決策方 案可視化表示， 在現(xiàn)代水利防洪減災(zāi)方面提供決策支持系統(tǒng)； 同時(shí)利用歷史數(shù)據(jù) 管理和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)加載功能， 信息的空間與屬性雙向查詢功能， 空間數(shù)據(jù)的 疊加與綜合處理在現(xiàn)代水利水資源管理和水土保持方面提供的空間決策支持系 統(tǒng)。關(guān)鍵詞：空間分析 水

2、利現(xiàn)代化 信息管理和決策支持系統(tǒng)一、前言水利行業(yè)是關(guān)系到我國國計(jì)民生的重要基礎(chǔ)行業(yè)， 我國政府對其的發(fā)展極其重視。 為了實(shí)現(xiàn)水利信息化， 在水利行業(yè)中推廣空間分析技術(shù)。 它把空間的邏輯思維延 伸到了形象思維。 在水利信息化系統(tǒng)建設(shè)中， 空間分析是系統(tǒng)構(gòu)建的框架， 是輔 助決策的工具，是成果展示的平臺。 最早接觸空間分析技術(shù)的主要是一些科研院 所和高等院校， 當(dāng)時(shí)的應(yīng)用只注重?cái)?shù)據(jù)的可視化， 主要發(fā)揮它的查詢、 檢索和空 間顯示功能。 近年來，隨著空間分析在水利領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大， 應(yīng)用層次 也逐漸深入，一些部門將它作為分析、決策、模擬甚至預(yù)測的工具，其社會(huì)經(jīng)濟(jì) 效益也比較明顯地顯示了出來。

3、水利部提出了“以信息化帶動(dòng)水利現(xiàn)代化” 口號， 并在 2001 年，水利部專門召開了研討會(huì)，在會(huì)的各級領(lǐng)導(dǎo)和各級專家對在水利 中推廣應(yīng)用空間分析技術(shù)提出了許多有建設(shè)性的意見和觀點(diǎn)， 這必將推動(dòng)空間分 析在水利行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)入更高更深的層次。二、空間分析技術(shù)在水利行業(yè)的應(yīng)用我國是一個(gè)水資源相對緊缺的國家， 洪澇災(zāi)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(zāi)害頻繁發(fā)生并存， 洪澇災(zāi)害與干旱災(zāi)害并存。 資源性 缺水與水質(zhì)性缺水并存。這一系列的現(xiàn)象嚴(yán)重制約了國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。任何一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展都必須依附于生產(chǎn)的需要。 空間分析技術(shù)在水利 行業(yè)的應(yīng)用也主要圍繞著上述主要問題

4、。1空間分析技術(shù)在防洪減災(zāi)方面的應(yīng)用我國幅員遼闊， 自然地理地貌條件十分復(fù)雜， 洪澇災(zāi)害發(fā)生頻繁， 使國家和個(gè)人 都蒙受了很大的經(jīng)濟(jì)損失。 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)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(xiàn)水資源特性的洪水管理轉(zhuǎn)變， 全面 建成覆蓋全國的水利信息網(wǎng)絡(luò)，其中防洪減災(zāi)屬于重點(diǎn)應(yīng)用系統(tǒng)。目前空間分析技術(shù)在防洪減災(zāi)方面的應(yīng)用主要有以下四種類型：（1）防汛決策支持系統(tǒng)或信息管理系統(tǒng)在國家防汛指揮系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架下， 目前流域或省、 自治區(qū)、 直轄市的防汛決 策支持系統(tǒng)或防汛信息管理系統(tǒng)都以 GIS 空間分析技術(shù)為平臺?？臻g分析在這 些系統(tǒng)中的作用主要有以下幾個(gè)方

5、面：空間數(shù)據(jù)處理、查詢、檢索、更新和維護(hù)；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(yīng)用模型提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；優(yōu)化模型參數(shù)；預(yù)報(bào)預(yù)測和防汛信息及決策方案的可視化表達(dá)。（2）災(zāi)情評估在災(zāi)情評估中， GIS 空間分析技術(shù)作為基礎(chǔ)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(fā)揮了很多別的系統(tǒng)不具備的作用： 基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)（包括地理、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)）的管理； 空間和屬性數(shù)據(jù)查詢、檢索、統(tǒng)計(jì)和顯示的基礎(chǔ)；災(zāi)情數(shù)據(jù)的提取和分析；災(zāi)情的模擬和可視化表達(dá)；對決策起輔助作用的工具。目前洪澇災(zāi)害的監(jiān)測評估業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)已在水利部遙感技術(shù)應(yīng)用中心投入運(yùn)行。3）洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析與區(qū)劃洪澇

6、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析是分析不同強(qiáng)度的洪水發(fā)生概率及其可能造成的損失。 它包括 洪水的危險(xiǎn)性分析，承災(zāi)體的易損性和損失評估。采用 GIS 空間分析技術(shù)，可 以將上述三方面所涉及到的諸多自然， 地理和社會(huì)因子附上相應(yīng)的權(quán)重進(jìn)行空間 疊加，是進(jìn)行洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析與區(qū)劃的有效手段。 GIS 空間分析技術(shù)發(fā)揮的作 用有：多源、多尺度和海量數(shù)據(jù)的管理；空間數(shù)據(jù)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(huì)經(jīng)濟(jì)地位和社會(huì)影響的特殊性， 防洪工作尤其重要。 同時(shí)由于許多 城市都是依水而建和城市不透水面積大， 產(chǎn)流量大等特點(diǎn)， 防洪工作的難度比農(nóng) 村地區(qū)大，所以 GIS 空間分析技術(shù)在城市防洪中發(fā)揮的

7、作用除了一般防洪減災(zāi) 決策支持系統(tǒng)外，還利用其的時(shí)空特征分析和高分辨率數(shù)據(jù)的處理功能在城市防 洪減災(zāi)中發(fā)揮了更多更大的作用，目前比較突出的有以下幾個(gè)方面：城市積水、退水的預(yù)報(bào)預(yù)測；現(xiàn)有排水設(shè)施（排水管網(wǎng)、泵站等）信息的管理；排水設(shè)施的規(guī)劃 ,設(shè)計(jì)和施工管理；暴雨時(shí)空特征分析（ 4DGIS ）；以街道為統(tǒng)計(jì)單元和以街區(qū)為空間單元的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、維護(hù)和管理。由于城市防汛信息管理及決策支持系統(tǒng)的復(fù)雜性， 不少方面還在繼續(xù)深入， 可以 肯定的是 GIS 空間分析技術(shù)在這進(jìn)程中能發(fā)揮的作用。2空間分析技術(shù)在水資源管

8、理方面的應(yīng)用我國水資源短缺， 而且分布極不均勻。 同時(shí)由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的過程中對環(huán)境保護(hù)不力， 因此在資源性缺水的同時(shí)又加上水質(zhì)性缺水， 水資源嚴(yán)重短缺又存 在有水資源浪費(fèi)。 面對如此嚴(yán)峻的形勢， 水資源的管理工作已經(jīng)被賦上了維系社 會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的歷史性重任。 由此也決定了必須用現(xiàn)代化的手段， 實(shí)現(xiàn)以信 息化為基礎(chǔ)的技術(shù)來對水資源進(jìn)行監(jiān)控管理， 才能解決好資源水利中的諸多復(fù)雜 問題，這也為空間分析技術(shù)提供了大顯身手的機(jī)會(huì)。水資源信息的面非常廣，如上圖所示 ,有水文氣象，地理，地質(zhì)，水質(zhì)，水利工 程，水處理工程 ,各行各業(yè)與生活需水量等等 .所以這些數(shù)據(jù)既有歷史的，又有實(shí) 時(shí)或現(xiàn)狀的，從

9、性質(zhì)上決定了其多源，多時(shí)相，多種類和動(dòng)態(tài)這幾個(gè)基本特征。 水資源信息管理系統(tǒng)發(fā)揮了從時(shí)間， 空間上了解水資源的現(xiàn)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(guī)律，通過信息處理和分析， 提供管理的基礎(chǔ)信息與手段， 完善水資源信息的管 理與更新，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。在水資源信息管理系統(tǒng)中空間分析技術(shù)發(fā)揮的作用大致有以下幾個(gè)方面：（1）歷史數(shù)據(jù)管理和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)采集和加載；（2）信息的空間與屬性雙向查詢和分析；（3）時(shí)空統(tǒng)計(jì)；（4）以多種方式直觀地可視化表達(dá)各類信息的空間分布及模擬動(dòng)態(tài)變化過程；（5）區(qū)域水資源的空間分析；（6）區(qū)域水資源管理模式區(qū)劃，

10、如地下水禁采與限采區(qū)劃、水環(huán)境區(qū)劃等。3GIS 在水環(huán)境和水土保持方面的應(yīng)用由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展中過多的人類活動(dòng)影響， 我國水系的污染已經(jīng)十分嚴(yán)重了， 土壤侵蝕面積達(dá)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(jiān)測水環(huán)境和水土保持的情況， 水利部門已有包 括 170 多個(gè)主要測站的全國水環(huán)境信息管理系統(tǒng)，有如廣東那樣的省級系統(tǒng)， 有如三峽庫區(qū)那樣的區(qū)域性系統(tǒng)， 也有如九州江那樣的江河級系統(tǒng)。 水環(huán)境信息 管理系統(tǒng)是空間決策支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)或者是組成部分， 而空間分析是其基礎(chǔ)。 這 些以空間分析技術(shù)為支撐的信息管理系統(tǒng)和空間決策支持系統(tǒng)的功能主要有以

11、 下幾個(gè)方面：（1）自然、地理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)，水利工程與設(shè)施，監(jiān)測站點(diǎn)，水 質(zhì)與水量的歷史與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)， 水環(huán)境評價(jià)等級， 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)和條例， 決策項(xiàng) 目和邊界條件數(shù)據(jù)，水污染預(yù)測數(shù)據(jù)的采集和管理。（2）建立數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)和屬性特征的拓?fù)潢P(guān)系，用來進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向查詢。3）通過對區(qū)域或上下游水質(zhì)的空間分析， 找出某水質(zhì)參數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)的污染源（4）各類數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)和可視化共享。（5）水質(zhì)水量模擬與預(yù)測。（6）污染排放管理與控制。（7）取水口位置最優(yōu)化選擇和各類突發(fā)事件的處理方案及優(yōu)化。在水土保持方面， GIS 也發(fā)揮著十分重要的作用。 在水土保持中的空間分析的應(yīng) 用是一種全過程的應(yīng)用。

12、 從土壤侵蝕發(fā)生與否的判斷開始、 一直到土壤侵蝕過程 的模擬與預(yù)測， 空間分析始終在技術(shù)上起著支撐作用。 所以與其他領(lǐng)域比較， 水 土保持中一些應(yīng)用模型大多采用與空間分析技術(shù)緊密結(jié)合的方式， 也就是直接用 空間分析為決策依據(jù)，這是一個(gè)比較鮮明的特點(diǎn) ,而且用途將越來越大。4空間分析技術(shù)在水利水電工程建設(shè)和管理方面的應(yīng)用水利水電工程建設(shè)與管理是水利水電工程的重中之重,它的選址 ,規(guī)劃 ,設(shè)計(jì)和施工管理都必須嚴(yán)格慎重 ,考慮到各個(gè)方面的因素 ,例如移民安置地環(huán)境容量調(diào)查 , 調(diào)水工程選線及環(huán)境影響評估 ,防洪規(guī)劃 ,大型水利水電工程物科儲(chǔ)運(yùn)管理和蓄滯洪區(qū)規(guī)劃和建設(shè)等。此時(shí) GIS 在空間分析和模擬

13、方面的強(qiáng)大優(yōu)勢就顯現(xiàn)出來了水利水電工程建設(shè)與管理中利用空間分析技術(shù)最多的有以下幾個(gè)方面：（ 1）通過進(jìn)行三維可視化顯示及貫穿飛行模擬 ,實(shí)現(xiàn)位置或路線的優(yōu)化；（ 2）空間信息的分析與處理 ,疊加與分析 ,得出可作為決策輔導(dǎo)的信息；（ 3）通過防真模擬淹沒分析 ,得到各種分析數(shù)據(jù)。三、空間分析技術(shù)在水利行業(yè)應(yīng)用的發(fā)展趨勢GIS 空間分析技術(shù)在水利行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展 ,不僅僅取決于 GIS 空間分析技術(shù)的 發(fā)展 ,更取決于水利行業(yè)數(shù)字化的進(jìn)程 .在水利部以信息化帶動(dòng)水利現(xiàn)代化的戰(zhàn)略 方針指導(dǎo)下， GIS 空間分析技術(shù)在水利行業(yè)的應(yīng)用將會(huì)越來越廣， 用途也將會(huì)越 來越大 .而且會(huì)迅速成為管理和決策主要

14、支撐技術(shù)。它的發(fā)展趨勢如下： 基于不斷發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)，結(jié)合衛(wèi)星、航天、地面 遙感各自的優(yōu)勢，建設(shè)功能齊全的集遙感、通信、導(dǎo)航定位、地理信息系統(tǒng)于一 體的天空地一體化監(jiān)測體系已成為 現(xiàn)代空間信息技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。遙感、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、 物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、衛(wèi)星通信等技術(shù)的緊密集成能夠獲取地球大氣圈、水圈、巖石 圈、生物圈等各個(gè)領(lǐng)域宏觀、準(zhǔn)確、快速、客觀、精細(xì)化的現(xiàn)勢遙感信息，實(shí)現(xiàn)各種專題數(shù)據(jù)庫的快速更新， 在分析決策模型支持下， 快速完成多位、 多元復(fù)合 分析并將在流域綜合管理、 生態(tài)環(huán)境與評價(jià)、 水利科學(xué)研究、 大型水利水電工程 建設(shè)與管理等方面，提供持

15、續(xù)、廣泛、深入的支撐條件，奠定堅(jiān)實(shí)的應(yīng)用基礎(chǔ)。 GIS 空間分析技術(shù)成功應(yīng)用于專門領(lǐng)域的關(guān)鍵， 在于支持建立該領(lǐng)域特有的空間 分析模型。 其應(yīng)當(dāng)支持面向用戶的空間分析模型的定義、 生成和檢驗(yàn)的環(huán)境， 支 持與用戶交互式的基于 GIS的分析、建模和決策。基于RS和GIS的分布式流域 水文模型成為當(dāng)前研究的前沿，“ 3S ”技術(shù)支持下的分布式或半分布式水文預(yù)報(bào) 模型在中小流域尺度進(jìn)行了試驗(yàn)性的應(yīng)用研究，取得了一些成果。四總結(jié) 要發(fā)展好我國的水利事業(yè) ,就必須要在水利行業(yè)更好地應(yīng)用和發(fā)展 GIS 空間分析 技術(shù)。就必須在進(jìn)一步加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化、 規(guī)范化的基礎(chǔ)上， 大力開展基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建 設(shè)，尤其是富有水利行業(yè)特色的數(shù)據(jù)庫， 如蓄滯洪區(qū)