探析GIS在水资源管理中的应用

探析GIS在水资源管理中的应用

王景江

王景江

哈尔滨供水集团有限责任公司黑龙江哈尔滨150001

摘要水资源短缺问题日益突出，成为制约经济社会发展的重要原因。而应用GIS对水资源进行管理，能够充分发挥GIS技术的长处，有效提高对水资源的管理效率和利用效率。GIS技术在水资源管理中也得到了广泛的运用并取得了很好的效果，虽然目前存在一些技术上的难题，但其应用前景十分广阔。

关键词水资源管理GIS前景

1.利用GIS对水资源管理的必然性

随着人类社会的不断发展，所需求的资源量日趋增加，而地球上的许多资源不仅总量不多，而且分布非常不均匀，甚至有些资源出现了即将枯竭的情况，成为了制约社会和经济发展的因素。在这些资源中，水资源的重要性不言而喻，水是生命之源，离开了水，没有生物能够生存。鉴于这样的局面，如何对现有的水资源进行高效而准确的管理，是一个亟待解决的问题。与水资源相关的数据量是海量的，如果对水资源进行管理就需要对海量的数据进行管理。同时，随着现实情况的不断改变，数据还要随之不断修改、更新、添加和删除等。这对管理方式有着很高的要求。

GIS技术在水资源管理中有很大的作用，究其原因，与GIS的特点有很大的关系。GIS有着空间定位特征、多维结构特征和明显的时序特征。而水资源数据作为空间数据，必定依附于空间坐标，同时GIS在处理海量数据方面有着其独特的优势，因此被广泛地应用于水资源管理中。

2.水文水资源对地理信息系统的要求

水文部十五规划中明确指出：“建设水文信息系统时，要以地理信息系统(GIS)为框架。”水文部领导也同时指出：“创新是科技发展的动力，对于水文系统的科技人员，当务之急不但要迅速掌握GIS这种新技术，还要不断追踪GIS的新发展，高质量地为水文各项业务服务。”所以，GIS将会在水文水资源中发挥重要作用。

 3.水文水资源对GIS的主要要求

（1）系统要具有良好的可扩展性；

（2）系统要以数学模型和决策分析为支撑；

（3）系统要求界面友好、工具丰富；

（4）系统要应用最先进技术，并具有良好的开放性；

（5）系统要能够管理海量数据；

（6）系统要支持综合信息的网络发布；

（7）系统要应用成熟的技术。

4.水资源数据库的建设

水资源数据库建设是极其复杂的系统工程。首先，水资源数据是多维的。例如：对于每一个水情监测数据，它都有个时间戳，记录了数据采集的时间。同时每个数据还有个地理戳，记录了数据采集的具体位置。这样时间维、空间维和各个主题域(水情状况)一起构成了水情多维数据。其次，水资源监测原始数据在采样时间上精确到了分钟(采样时间、采样时分)，在取样位置上又精确到了测点(测站、断面、测线、测点)，因此数据量是极其庞大的。为了方便更好地查询和分析数据，需要对原始监测数据进行综合分析。总体上看来，在水资源信息系统中，涉及到的数据可以分为两大类：空间数据和属性数据。空间数据库包括两大类；一类是基础地理数据库包括边界图、行政区划图、水系图(河流、渠道、水库)、居民地分布图、地形、交通等等，这一类数据主要是作为背景显示；另一类是水资源专题图层，这一类包括水情监测站点分布图等、水资源功能区划图等。属性数据库主要是相对空间数据库而言的，它一般可以用二维表的形式存储数据。水资源信息系统中涉及到的属性数据包括：

（1）水环境地区社会经济数据；

（2）水情监测站点基本信息；

（3）监测断面信息；

（4）水情、汛情统计数据等。

5.GIS在水资源管理中的具体功能

在水资源数据库的基础上，利用GIS可实现图形和属性数据的双向查询，对水资源数据进行科学管理，在此基础上做出评价。快速掌握水文水资源内的各种信息，并且能够实时地根据实际情况进行更新，使水资源管理达到系统化、科学化，促进水文水资源的有效开发和可持续利用。借助此类基于GIS的管理系统可以自动生成流域自然地理和社会要素底图，以及以这些底图为基础的流域水资源供需图、灌溉规划图、水污染分布图、洪水来源以及洪水影响图等。

应当指出，要想利用GIS建立完善的水资源管理系统，还要进一步进行水资源系统模拟和辅助决策支持方面的研究。尽管GIS本身并不提供任何系统模拟分析和辅助决策支持功能，但利用其动态数据维护能力，结合专业性的模拟分析工具，可以提供一个实时的水资源辅助分析系统。这个系统具有向决策者提供各种信息的能力，并且能够显示出一些不能直接从数据中一眼得出的信息，将不同信息进行综合地分析，节约了许多的时间，结果也更为准确。与此同时，水文水资源决策者还可以独立地根据情况的变化和新的数据调整决策方案，分析决策效果，使决策更加科学化。

6.应用领域

GIS技术在水资源管理方面有着很多的应用，其中主要有以下领域：水污染控制规划、给水管网信息管理、水文情报预报、水环境管理、地下水水质评价和预测、生态用水量计算、流域水量调度系统、突发性水污染事故应急响应、地表水或地下水数据库的集成、地下水脆弱性评价、地下水功能评价等。

7.存在的问题

目前尽管大多数GIS对水文水资源信息具备了较强的数据存储、管理和输入输出功能,但是主要以数据为中心,在表达水文地理空间、水文现象空间分析和支持决策的能力方面还远远不够。导致这种情况的原因在于，现有的GIS数据模型并不能准确地表达地理空间水文对象特征,具体存在的问题和挑战如下：

(1)数据耦合问题。如何把描述水流运动和水质的时间序列数据与描述周围环境的地理空间数据集成或耦合在一起是将来必须要解决的问题。

（2）互操作性差。由于不同的开发单位对水文空间数据组织方式和设计空间数据库的模式不尽相同,同时不同的地理信息系统之间互操作性差,造成水文地理空间数据库层次不一,共享性、通用性和可扩展性差。如何设计GIS水文水资源数据模型以构建通用的地理空间数据库将是一个重要的课题。

（3）描述陆地表面的数字高程数据精确性提高,势必使得栅格尺度变小,以至于用一个完整的数字高程模型数据来研究一个大的流域变得麻烦,分析工作难处理且不切实际。因此,分区融合处理流域地表信息并构成流域整体数据库具体实现有待研究。

（4）描述河道和洪泛区平原时，采用的是三角形不规则网格数据,但是随着被研究的河道长度增加,而三角网的精度不断加大,在数据分析处理过程中带来了极大的麻烦。

（5）城市水文系统所遇到的最大的问题是农村水文系统中有很大差异。特别是城市暴雨下水道系统所对应的排水区间和同一区域地表河流对应的排水渠间差别相当大。采用何种方法平衡这些差异并尽量接近实际是必须正视的问题。

在面临的所有的这些挑战中，一个共同的主题就是数据融合，如:不同类型的GIS数据和水文水资源数据的集成；地理空间水文数据和水文模型的集成；不同空间尺度水文数据的集成。随着GIS在水文水资源的深入应用,迫切需要对水文地理空间数据和其它水资源信息规范化和标准化,构成一个通用的水文地理空间数据库基础框架。另外，GIS所描述的地理对象往往具有时间属性，即时态。随着时间的推移，地理对象的特征会发生变化。这种变化可能是很大的,但目前大多数GIS都不能很好地支持地理和组合事件时间维的处理。

参考文献

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