GIS技术在水利信息化管理中的应用

胡波 梁云昊

长江信达软件技术（武汉）有限责任公司 湖北 武汉 430000

引言

随着信息化进程的加快，水利工程也受到了一定的影响，水利的信息化管理受到了广泛关注。GIS技术通过整合归类子系统中的数据，然后在不同的数据源层中储存信息资源，最后统一管理这些信息数据，这样的操作过程不仅保证每个数据源层的完整性，又保证了整个数据源层中信息的利用率。由此可见，GIS技术在水利信息化管理中的普及与运用所发挥出的重要作用。

1 水利信息化管理

1.1 水利信息化简介

虽然我国国土面积大，但人口众多，水资源分配仍存在不足，因此，水利工程的建设必不可少。水利工程中的信息化管理主要从3个方面体现：第一，信息技术不仅使水利信息管理规范，而且还可以实现水利信息和其他行业的信息的结合，使其他信息资源服务于水利工程，进而促进全社会的发展。第二，建立了规范化的信息管理体系，可以使信息的处理与应用更便捷，有利于提高信息的安全性和资源的利用率。第三，在水利工程中利用了很多的先进技术，比如利用遥感技术，可以使监测设备实现自动采集，使信息的传输和水资源的调度都可以在线上进行，节省了大量的人力、物力、财力；利用虚拟现实和计算机可视化的技术，对洪水的形势、水利工程进度以及水资源跨区调度等方面进行模拟，使人们更清晰的把握实际情况，并做出相应决策。

1.2 水利信息化管理的特点

实现用信息化是水利信息化管理的目标，这要求水利信息化管理实现工程管理和资源管理的共同推进。即要求把对水资源的节约和保护放在首要位置，下一步才能对水资源进行开发和利用。实际上满足上述要求有一定的难度，需要考虑涉及方方面面的信息，根据不同方面的不同信息特点进行处理。一个水利信息化管理系统往往具备以下4种特点[1]：①水利工程中有各种各样的监控设备，这些监控设备的操作方式有很大不同。②水利工程中的信息管理项目量大，信息的来源种类多。③受到经济因素、自然因素和人口因素等方面的影响，水利工程建设的规模很大，在出现水质受到污染、防洪抗灾等突发事件时，必须要根据周围的情况和相关信息进行综合处理。④为了设计出水资源利用的最佳方案，要利用好虚拟现实和计算机可视化的技术进行模拟水资源调度。在优化水利信息管理系统上，GIS技术与传统的技术相比更胜一筹。

2 信息化管理中的GIS技术

2.1 GIS技术应用简介

实际上，地理信息系统就是一个空间信息系统，它负责收集、保存、处理、分析地球表面涉及空间和地理分布的信息数据。GIS系统中的信息数据一般都带有空间属性，按照需求和数据结构的不同进行各种数据的储存，该系统建立了统一的数据结构相关的标识，进而形成了一个完整全面的信息数据结构。GIS系统对数据信息处理的方法，不仅有利于实现对多种信息分类，而且有利于在各种类型的信息数据之间形成关联。现今，几乎所有的空间信息数据的分析处理都使用GIS技术，它逐渐成为信息化中一个必不可少的技术手段。利用GIS技术建立起信息处理的平台，可以整合分析各种类型的信息数据，并用图形来进行操作与描述，对于整个空间的综合信息分析有很大帮助。

2.2 GIS技术在水利信息化管理中的优势

由于水利信息化管理具备空间属性，水利工程中的信息数据通常都在沿岸附近，只有做好了多源信息的综合处理，才能实现水资源调度和水利决策的最优化。信息查询一般是以子系统为查询单位，而不同种类的信息会分布于专属于他的子系统中，这样势必会导致信息不流通的现象。如果要进行综合监控和水资源的调度等决策时，就会由于信息之间流通性差，无法综合性的分析处理这些信息。由此可见，在水利工程中利用好GIS技术会发挥巨大的优势，它可以对子系统中的数据进行整合分析，把不同的信息数据放入相应的数据源层，从而进行统一管理；为了实现信息化的管理，多数据源层可以避免单数据源层信息不流通的缺点，主要通过空间相关性来整合分析数据，进而得到符合标准的结果。使用GIS技术搭建水利信息化管理平台的优势主要体现在[2]：①将不同种类的数据信息进行整合，利用空间的相关性进行信息查询、分析和处理。②综合平台中的各种信息数据可以分门别类，具有独立性的特点。③可以对水利工程的人文地理等信息与其他信息结合。④通过整合分析多源数据库中的信息，得出符合标准的结果。⑤在进行数据查询、分析处理时，可以使数据转换为图形，更直观的传达信息。⑥利用好空间分析功能，帮助做好水利工程建设中的决策。我国水利部明确规定，水利信息化系统要以GIS为技术平台，同时强调了GIS技术在水利信息化管理中的地位。

3 GIS技术在水利信息化管理中的应用

3.1 建立信息平台，对系统、数据等进行共享

在水利工程中信息化管理的内容多、工作量大，比如水情监测站的管理、工程安全问题、设备操作和维修养护、水库河道闸门开关和水资源优化调度等内容。因此，水利信息管理中会有很多的数据源和子系统，就需要统一数据标准的格式，使多源数据和其他数据能够结合交融。在水利信息管理中使用GIS技术，将不同数据格式中不同种类的数据源建造一个通用的标准，再利用GIS数据格式本身特有的多样性，将不同的数据源分析，再将这些数据源放入GIS图层中，促进信息数据资源之间的互通交流。

3.2 应用GIS技术对虚拟场景进行安全监控

水利工程一般都跨流域，这也导致工程管理难度大，如果管理仅仅依靠施工现场管理人员，会很难实现水利资源的优化。利用GIS技术进行管理，通过设计流域内的地图，帮助监管人员实现线上安全监控，进而处理施工过程中出现的问题。传统的管理系统只能生硬的展示监测数据，并不可以使数据形象化、生动化，监管人员难以理解和处理问题，容易影响水利工程建设的进度。

3.3 应用GIS技术对水资源调度进行模拟和监控

由于水利工程跨流域实施的特点，会导致水利资源调度过多依赖相关的空间信息。为了实现水资源的优化调度，利用好GIS技术相当重要。GIS技术可以有效处理相关的空间信息，利用遥感技术估算地下水和地表水的深度，预测降雨量的分布，设计出可行的水资源调度方案，再用可视化技术对这个调度过程展示，并反复模拟检验调度方案的可行性，确保能够做出最好的水资源调度决策。在实施调水工程之前，使用GIS地图了解相关流域的工程情况，监管人员一旦发现可能存在的问题，及时标注在地图上。GIS地图还可以展示水资源的分布情况，针对不同地区对水源的需求量，模拟演练多种调水模型，最后选择最优的方案。在调水工程进行时，GIS地图上会显示闸门运行的实际情况和水流量，管理人员就可以控制输水进度和了解输水情况，输水计划也可结合具体实际得到调整。在调水工程结束后，涉及调水的数据会使用GIS技术来分析，并将调水方案和出现的问题登记下来，为下次水资源的调度提供数据参考。

3.4 应用GIS技术对水质进行监控以及对数据进行分析

传统的水质监控具有很大的局限性，仅仅只能监测水质环境，并不能对相关的地理信息也进行监测，特别是涉及供水服务的水质监测，当出现水体污染的情况，周围水域的人口、需水量的分布以及供水管的分布等信息都需要被监测，而传统监控无法实现[3]。如果利用GIS技术进行水质监控，就可以更好的监测和反映实时水质情况。当涉及水污染的不同类型时，遥感影像会出现不同的反射率，此时利用空间数据和定位数据分析这些特征，可以有效地得出水污染的地点、范围和类型，并将这些信息用图形的方式直观化地展示出来。此外，GIS技术可以整合相关流域的地质、供水和人文信息，实现信息的最佳利用。

3.5 应用GIS技术建设农田水利工程

GIS技术通过叠加土壤的农作物覆盖、土壤类型和农田所处的地形等数据信息，将这3种信息实现空间上的结合，有利于分析3者之间的关系，促进农田水利工程的建设。GIS技术将各种要素在地图上进行叠加，有利于分析各个因素可能对农作物产生的影响，有利于明确这些要素之间的关系。 GIS技术可以掌握土壤情况、农作物的产量和农作物的类型，分析土地情况，并按照分析所得出的结果为农作物设计合适的排灌标准，以促进农作物产量的提升。GIS技术还可以统计灌溉面积、划分灌溉区域、管理水路系统。此外，GIS技术还可以将流域内水资源的信息制作成专题图，利用该图指导农田水利工程建设，使铺设管道和开挖渠道等工作有信息根据，进一步促进农业生产发展。

3.6 GIS在水环境和水土保持方面的应用

随着经济社会的飞速发展，人类活动也广泛开展，造成了国内水系污染程度的加重。目前，我国水利部门建立了170多个水环境的信息管理系统，主要是为了进行水环境的监测[4]。水环境的信息管理系统实际上是空间决策支持的系统，而GIS技术不仅是水环境信息管理系统的基础，还是提取、显示水利信息数据的统一平台。这些系统的核心技术都是GIS技术,确保以下几个功能的正常发挥：通过关联空间数据和空间属性之间的关系，来实现数据之间的共通；分析水域附近情况或者上下游的水质，精准的排查出引起水质恶化的污染源；实现各种数据之间的可视化表达及共享；模拟和评估水质水量；进行污染排放的管理和控制；选择最合适的取水口位置；当面临突发事件时，选择最合适的处理方案；采集地理、自然、人文等信息数据；进行水利工程与设施的维修养护；进行站点的监测工作；收集水质和水量的相关数据；对水环境进行评价分级；建立统一的水质标准和完善相关的法律法规；对水利工程建设的项目进行决策；收集水污染的预测数据；处理水资源污染问题。

3.7 GIS在区域防洪减灾方面的应用[5]

①防洪灾情评估；建立防洪的评估系统，利用GIS技术处理、查询信息数据，通过三维可视化的模拟功能帮助防洪决策。同时对地理信息数据进行处理，将灾情数据反映和表达出来。②防汛决策支持；国家建立了防洪防汛的指挥系统，各省市也致力于建立以GIS技术为基础的防洪信息管理系统和决策支持系统。GIS技术可以对空间数据进行输入、更改、管理、分析、再输出，还可以实现对系统的维修养护，还可以用数据来实时保护不同种类的应用模型，还可以监测评估汛情，还可以提供防洪信息，还可以为决策方案给予数据支持。

4 结束语

由于GIS技术在处理、分析、展示水利信息时具有巨大优势，所以要想加快水利工程建设，实现水利现代化，就要在水利信息化管理中应用好GIS技术。