GIS技术在新时代水利工程信息化中的应用

王俊淇

（成都市石室天府中学，成都　610041）

1　GIS技术简述

GIS（Geographic Information Science，地理信息科学）是一个捕获，存储，操作，分析，管理和呈现空间或地理数据的科学技术。缩写GIS有时用于地理信息系统（GISystem），指的是研究地理信息系统的学科，也是地理信息学广泛的学科领域中的一个大领域。空间数据基础设施是超越地理信息系统，此概念没有类似限制性的界限。

通常该术语描述集成，存储，编辑，分析，共享和显示地理信息的任何信息系统。GIS应用程序是允许用户创建交互式查询（用户创建的搜索），分析空间信息，编辑地图中的数据，并呈现所有这些操作的结果的工具。地理信息科学是有关地理概念，应用和系统的基础科学。

GIS可以指许多不同的技术，过程和方法。它与许多运营有关，并有许多与工程，规划，管理，运输/物流，保险，电信和商业有关的应用。因此，GIS和位置智能应用程序可以成为许多依赖分析和可视化的定位服务的基础。

GIS可以通过使用位置作为关键指标变量来关联无关信息。地球时空中的位置或范围可以记录为发生日期/时间，分别表示x，y和z坐标，经度，纬度和高程。所有基于地球的时空位置和范围参考应该相互关联，并最终达到“真实”的物理位置或范围。地理信息系统的这个关键特征已经开始开辟科学探索的新途径。

2　基于GIS技术的水利工程选址分析

利用GIS技术三维空间分析能力来辅助水利工程选址，要求很多空间数据，具体包括有：

（1）DEM（Digital Elevation Model，数字高程模型）。生成DEM的方法和途径多种多样，根据数据源及采集方式可分为：I直接从地面实测数据（野外实测、全站仪、GPS接收机等）插值得到；II间接通过机载/星载立体测绘影像，立体匹配加空三加密并插值得到；III通过现有地形图数字化得到。

（2）遥感影像数据。此处使用遥感影像数据的主要目的，在于提取地形表面的纹理信息，让真实感得到增强。根据水利工程的具体需求，采用星载遥感影像数据或机载遥感影像数据。在使用遥感影像数据前必须进行坐标转换和矫正，即通过地面控制点转换到通用大地坐标系中，通常仍需要利用DEM数据对影像进行正射矫正，以消除因地形而产生的视差，保证遥感影像与DEM数据及其他空间数据的空间位置一致性。

（3）专题地图数据。水利工程区的行政边界、交通、土地利用和水系等专题数据，可以用来极大地丰富表现三维立体效果，并提供大量可供参考的信息用于空间分析。例如，在洪水季节，可以进行淹没统计分析，评估洪水淹没范围内的各项损失，具体包括居民财产、交通和土地等方面。

基于以上空间数据，结合GIS空间展示与分析功能，可以在水利工程选址时进行以下有关分析：

（1）淹没分析。在水利工程前期选址阶段中，淹没分析是最值得分析的重要部分之一。淹没分析的原理，是考虑到洪水源区和被淹没区有连通（如溃口等）且存在一定的水位差，从而导致洪水运动产生淹没过程，洪水淹没最终将使水位达到平衡状态，在没有外来水量输入的条件下，此时的淹没区即为最大。其基本分析方式是将水动力模型与GIS技术相结合，根据DEM提供的三维数据，进行空间淹没分析，来模拟预测并显示洪水淹没区，并进行灾害影响评估。除了涉及到淹没带来的直接财产损失估计，与此有密切关系的还有其间接的周边生态环境影响评估及淹没区移民安置。淹没分析的内容主要是：淹没深度、淹水范围、库容量和库容曲线，此外，还可以对基础设施、受淹土地类型、影响人口和居民财产等进行分析。在水利工程设计方案确定后，会对设计淹没水位进行规定，将对水利工程影响范围内形成淹没区，其中水流较慢、水面坡度较小、粗糙度较小的淹没区可以认为由静止水体形成。

（2）输水线路布置。在水利工程设计阶段初期，设计方案可能随着工程师的要求进行多次改动，以期得到最佳设计方案。在GIS系统中分别采用空间特征要素的点要素、线要素和面要素来矢量化表达枢纽和输水线路等关键工程。与此同时，在GIS系统中，能够编辑修改空间要素数据，如对枢纽点要素和输水线路线要素的删除、添加和移动位置，及编辑修改枢纽点要素和输水线路线要素的属性，以及改变走向等。为了便于观察水利工程穿过的地形、植被和基础设施及其所在地形、植被和基础设施等环境，从而为工程规划设计方案的选择提供最优依据，将使用规定的点要素、线要素和面要素符号显示布置的水利工程设施，同时表现在三维立体平台。

（3）土石方量计算与剖面分析。对于水利工程的开展，需要利用地形DEM数据来计算土石方量，可以借助ArcGIS系统中的3D分析模块，利用其中的土方量计算工具计算水利工程所需开挖土方量。通过DEM来计算土石方量，具体操作是把土石三维空间划分为一定体积大小的长方体单元或立方体单元，在此基础上进行统计计算，从而得到最终的研究区域体积。计算开挖土方量与回填土方量，在实际水利工程规划设计中必不可少。通过GIS系统的土石方量分析，可以随各种设计方案条件进行调整，快速计算出开挖土石方量及回填土石方量，方便总体工程量及其工程造价的估计。

3　基于GIS技术的水利工程信息化管理

如今中国的水利工程建设不断发展，人们对于水利工程建设质量的要求不断提高，传统水利工程管理系统中所暴露的问题也越来越集中。GIS技术作为计算机信息化技术在土木、测绘领域的一个重要迁移，如果合理地应用到中国水利工程管理中去，将促使整个水利工程管理过程能够实现有效地集成。具体体现在：

（1）为水利工程的科学决策提供便利。管理信息与科学决策之间经常存在着紧密联系，这在水利工程的信息管理中体现得尤为明显。一般来说，管理决策会出现问题与失误，与传统的基于个人经验的决策方法方法，容易陷入局部最优解的困境。以GIS技术为基础，建立水利工程信息化管理系统，能够促使负责水利工程管理的工作人员，依据水利工程管理信息作出更加迅速且准确的反应，引导更加科学而又全面的决策，对于进行全面的设计与调整基于水利工程信息化管理的实际施工进度与质量以及施工安全等重大信息资源有很大帮助，也能电子化水利工程信息化管理中的各项流程和数据，做到进一步提高水利工程的信息化管理效率，最终很大程度上提高水利工程的管理水平与质量。

（2）为各个部门间的全面协调运作提供手段。对水利工程的管理工作起到较大的影响作用的，是水利工程项目各个部门之间的协调与沟通。若要使各个工程管理部门之间的协调运作得到全面的提高，并进一步地做到工程信息化管理过程中的无纸化办公，那么将GIS技术全面而深入地应到水利工程的整体管理系统中去，是势在必行。运用GIS技术，能够全面而科学化地管理水利工程的全部信息资源，能够全面地梳理水利单位中的各项业务流程与数据，规范化和系统化水利工程的操作系统。此外，运用GIS技术，能够集中精力全面地监控水利工程的管理质量，从而进一步从实际中确保水利工程的管理水平与质量。

（3）为水利工程管理系统的资源共享提供渠道。在人类社会从古至今的发展与变动过程中，帮助人们认识世界并改造世界的重要途径是有效信息资源的获取、消化与传播。这里水利工程信息资源的主要共享内容，包括：显式信息资源及隐式信息资源。其中，要求必须做到充分的透明实效的是水利工程显式信息资源。一般来说，不断地全面的了解与继承前人的认知，并对发扬其优点加以改造所来形成新的优质的信息资源成果，方能产生水利工程信息资源。水利工程管理的信息资源呈现复杂多样化的特点，是由于水利工程管理系统涉及的内容繁多造成的。GIS技术在水利工程管理系统中的全面应用，能够充分且合理地整合信息资源，全面优化资源配置，使得信息查询工作更加快捷更加方便，最终促进水利工程信息化管理系统能够实现全面资源共享。

4　结束语

随着水资源的不断紧张，中国进入了人口不断增长，不可再生的淡水资源匮乏等现象，大修水建工程对于综合利用水资源具有重要意义。本文在总结了信息化时代GIS技术潜力与能力的基础上，分析并论述了在新时代的中国，水利工程建设要以GIS技术为核心，构建具有强大空间分析能力和信息管理能力的系统，对水利工程勘测选址优化与高效率信息化管理具有重大作用，同时中国未来水利工程事业的发展也有着一定的启示。

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