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1、GIS 在水利中的应用地理信息系统 (GIS) 是近几十年发展起来的对地理环境有关问题分析和研究的一门学科。它利用计算机建立地理数据库，将地理环境的各种要素(包括他们的地理空间分布状况和所具有的属性数据) 进行存储，开发各种分析处理功能，建立有效的数据管理系统， 通过对多要素的综合分析， 方便快速的获取信息， 满足应用和研究的需要， 并能以图形和数据的方式表达结果。地理信息系统功能主要表现在以下几个方面： 空间系统直观描述功能： 地理信息系统是现实世界的计算机模型。它采用点、线、面的方式模拟客观现实世界，同时它把特征数据与现实世界联系在一起。利用空间信息来说明对象在现实世界中所处的位置，利用专
2、题属性信息来描述对象在现实世界中的状态。 空间分析功能；空间分析功能是地理信息系统区别于其他系统的一个显著特点，它通过空间数据的叠加分析、建立缓冲区、特征提取等空间操作功能，为用户提供大量空间分析成果。 数据管理功能：地理信息系统提供了强大的数据管理功能，它不但能管理空间数据，而且能有效地管理属性数据，实现空间数据与属性数据的统一管理， 属性数据的空间显示功能：地理信息系统可以把属性信息以空间分布图、图表的形式在地理图形上动态地表现出来。地理信息系统（ GIS）是一个获取、存储、编辑、处理、分析和显示地理数据的空间信息系统， 地理信息系统软件技术是一类军民两用技术，广泛用于航空航天、资源、环境
3、、通信、水利、农业和军事领域。 专家说，世界上 75到 80的信息都与地理空间位置有关。作为“数字地球”的骨架支撑技术之一，地理信息系统关系到国民经济建设、 社会发展和国家安全。 我国水资源短缺， 而且分布极不均匀。同时由于社会经济飞速发展的过程中对环境保护不力，因此在资源性缺水的同时又加上水质性缺水， 水资源严重短缺又存在有水资源浪费。面对如此严峻的形势，水资源的管理工作已经被赋上了维系社会经济可持续发展的历史性名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 -
4、 - - - - - - - - 重任。由此也决定了必须用现代化的手段，实现以信息化为基础的技术来对水资源进行监控管理， 才能解决好资源水利中的诸多复杂问题，这也为 GIS提供了大显身手的机会。目前，技术在国内水资源管理中的实际应用还处于起步阶段，在应用中还存在着深度和广度上的局限性， 部分原因在于我们对技术能为水管理所提供的作用还没有深入的了解， 对于适合国内水管理现状的技术作用范围没有具体的研究成果。 目前我们参照国内外运用地理信息系统进行水管理的实例，基于区域水资源评价管理整个工作的特点，初步开发了支持安阳市基于技术的水资源评价管理系统， 其技术应用侧重点主要在于拓展数据调查的广度和深度
5、，为下一步进行水资源管理和规划的深入分析提供条件和可能。水资源信息的面非常广。有水文气象，地理，地质，水质，水利工程，水处理工程, 各行各业与生活需水量等等 . 所以这些数据既有历史的，又有实时或现状的，从性质上决定了其多源， 多时相，多种类和动态这几个基本特征。水资源信息管理系统发挥了从时间， 空间上了解水资源的现状与变化，通过模拟可视化直观地表示水资源状况，有助于让研究人员和决策人员了解水资源的变化规律，通过信息处理和分析，提供管理的基础信息与手段，完善水资源信息的管理与更新，实现数据共享。 (1)地下水地理信息系统以地区水资源总开发量最大为优化目标，以人工开发利用水资源量为决策变量， 以
6、地下水位为状态变量， 将水资源系统的模拟模型作为约束条件集， 嵌入到水资源系统的优化模型中，建立了水资源可持续利用量化模型。以水资源可持续利用量化模型为核心，在地理信息系统(GIS) 支持下开发出城市水资源管理系统。 该系统利用集成技术将多个应用软件的功能模块有机地组合在一起， 以邯郸市为例完成了对城市水资源可持续利用的量化模拟、优化计算和科学管理。地表水与地下水模拟地表水模拟包括对地表水体如湖泊、河流等降水一径流关系的描述。 降水一径流模拟需要众多参数来描述局部的地形地貌、土壤类型和土地利用等。 GIS的数据编辑和处理功能可有效快捷地处理流域的特征参数。其强大的图形处理能力可以将流域内所有的
7、特征用图形充分地显示出来。GIs在地下水模拟分析中的用途主要是模型输入数据的准备，地下水模型的有限元格网设名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 计，模拟结果的可视化分析及最终结果的输出。区域水资源评价管理的目的在于了解水资源量的分布、水资源开发利用状况、水污染状况等，以达到调控人类自身活动，高效用水，防止水资源破坏，从而保护人类生存和经济社会的稳定发展。水资源管理是一种科学的管理与决策活动。近年来，随着计算机的发展和技
8、术的进步，带来了科学决策和管理信息的新方法，而基于的信息管理技术是当前最先进的科学管理方法之一。在水资源规划管理方面， 很强的图形显示功能和带有时间维的三维，有利于水文、水资源工作者研究流域或区域的水文空间分布，有助于了解降水、地下水、土壤水等在时间和空间上的变化情况及规律。地理信息系统以管理大量的空间属性见长， 它可以作为空间属性数据的有效管理工具。应用地理信息系统可以管理、分析、处理大容量的空间属性数据，特别是水资源各要素中的应用，解决了水文地质中长期以来存在的数据量和信息量不足的问题。同时，当前地理信息系统逐渐的低成本趋势、 具有实时预报的特点和数据的可持续利用，在水资源的规划和管理领域
9、中具有广泛的应用前景。通过对地下水资源系统特点的分析，在系统论的思想指导下，我们建立了区域地下水富水性评价系统， 该系统是基于空间信息与计算机技术结合的决策支持系统，系统的目标是通过对地下水资源动力系统中各子系统及其内部要素空间信息的迭置分析， 确定富水地段和派生出其它有用信息，为地下水资源评价管理和决策提供准确全面的信息、 依据和手段； 提高地下水资源管理的水平； 促进地下水资源管理的规范化和科学化。 系统的主要特点是对地下水资源系统各子系统及其内部要素进行空间迭置分析， 并对不同的研究对象采取不同的分析方法，从而揭示其各子系统的内部联系，确定区域相对富水地段。(2) 非点源污染模拟非点源污
10、染研究需要综合和显示各种空间信息，因而非常适合在GIs支持下进行。非点源模型与GIS对接能大大简化模拟工作。由GIs建立的数据库可自动制作模型输入参数和处理时空系列数据、表格和文本信息。利用GIs对空间数据的处理能力及模型的模拟能力，可研究不同的土地利用方式对流域水文和水质的影响， 为制订满足水环境保护要求的土地利用规划提供依据。对于非点源污染模拟而言，分布过程模型和GIs集成应用，可支持和加强所选定流域空间分布处理过程能力， 提高对空间变化的认识， 减少因空间数据均化而引起的不名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名
11、师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 确定性。(3) 排水系统模拟 GIS的网络分析功能可用来分析流域降水一径流特征，描绘流域汇流的等流时线。利用水文模拟程序结合GIs的网络分析功能可模拟城市区域或农业流域的排水情况， 从而对排水系统的排水能力进行评估。利用该项功能还可为新建排水系统的设计提供参数。(4) 水环境评价和规划 GIS具有叠置分析、包含分析、距离分析、缓冲区分析、三维分析等功能， 它们均可用于水环境评价和规划。如在污染源分析和水源保护区划分中，可利用 GIS缓冲区分析功能划定缓冲区，然后将缓冲区与其它信息作叠置分析，以确
12、定受污染源影响或影响水源保护的因素。基于 GIS的 流域 水资 源管 理系 统设 计 , 建立基 于 GIS的流 域水 资源 综合管 理系 统的 设计 目 标主 要包 括以 下几 个 方面 ：(1) 能 存储 和处 理流 域水 文学 和社 会 经济 的相 关资 料， 并能 提 供查询功 能。 (2) 通 过基 于 GIS 的 查询 和分 析，能 提供 必需 的空 间信息 ，为今后 水利 工程 布局 提 供基 础数 据。 (3) 能为决 策机 构提 供丰 富的社 会经济信 息， 为水 资源 的 调配 提供 依据 。 (4) 可对 水资 源开 发利 用现状 及存在的 主要 问题 以及 未 来需 求
13、量 进行 评估 和 预测 。 (5) 能对 水资 源的 开发潜力 进行 分析 计算 ， 为合 理开 发水 资源 提 供决 策依 据。 (6) 结合相 关的环境 模型 ，能 对水 资 源开 发战 略和 方案 做 出评 估系统 模块 设计 基于 上述分 析，河流 域水 资 源管 理系 统主 要集 成 以下模块 ：数 据录 入模 块、检 索和 查询 模块 、统计 分析 模块 、空 间分析 模块、辅助 决策 分析 模块 和 数据 输出 模块 。（ 见 下图 ）。基于 GIS的水资源管理系统数据录入检索查询空间分析统计分析数据输出辅助决策名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -
14、- - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - （1） 数据 录入 模块 。用 于系 统中 空间 和 属性 数据 的获 取与 更新。空间 和属 性数 据可 通 过键 盘、 扫描 仪及 数 字化 仪等 输入 设备 录入计 算机，也 可从 其它 系统 直接 将数 据转 入本 系 统，同 时这 一模 块还 提供 对数据的 适时 更改 和补 充 功能 。（ 2）检 索与 查询 模块 。提 供属 性 - 空间 的逻辑查 询和 空间 - 属性 的空 间查 询功 能。由 于 GIS 系 统中 数据 同地图
15、中点、线、 面相 对应 ，这 两种 操作 实际 结果 是一致 的。 数据 库的 操作能 及时反映 在地 图上 ，而 对 地图 的操 作也 能在 数 据库 中表 现出 来。 （ 3）统 计分析 模块。包括对查 询结 果的 统计 分析、对空间分 析结 果的 统 计分 析以及对 水文 、土 壤 、人 口、经济 等监 测数 据 的统 计分 析。统计 的 范围 可由用户 自行 设定 ，如 通 过矩 形、圆形 或多 边形工 具来 确定 范围 大小。同时 ，这种 统计 分析 功能 既 可进 行一 项数 据的 统 计分 析，也可 对多 项 数据 同时进行 统计 分析 查询 ，查询 结果 可通 过报 表 、地
16、图、表格 或文 字 说明 的形式打 印输 出。（4）空间 分析 模 块。负 责 对图 形进 行地 形分 析 、缓 冲区分析 、空 间叠 置分 析等操 作，并能 将分 析 结果 进行 汇总 ，以 各 种专 题图表及 统计 图表 的形 式 输出 。（ 5）辅 助决 策分 析模 块。 主要 包括水 量计算模 型 ( 如 辽河 流域 项目 中使 用的 IGSM水资 源模 型 ) 、 水 质模 型 （ 如 MIKE 11 模 型）、水资 源供 需分 析及 预测 模型 、决策 支持 系统 模型 等 。以 上模型可 对一 项或 多项 数 据进 行预 测或 评价 ，从而 了解 流域 或特 定 地区 水资源开
17、发利 用情 况及 发 展趋势。同 时，通 过模型 模拟 出各 个候 选 方案 的实施效 果后 ，可 利用 决策支 持系 统模 型优 化出水 资源 合理 开发 利 用和 管理的最 佳方 案， 为最 终 的水 资源 管理 和规 划 决策 提供 直接 的依 据。（ 6）数据 输出 模块 。可 将统计 、分 析和 决策 的 结果 以文 本、报表 或 图形 的形式输 出。GIS 技 术发 展日 益成 熟， 在水 资源 方面 的运用 逐渐 广泛 开来 ，存储或经 系统 分析 而派 生 出各 种图 形文 件进 行 查询 ，如 耕地 、渠 道 、河 流水系、水 库地 形等 高线 、典型 年降 水量 等随 着辽
18、 河水 资源 短缺 危 机的 日益凸现，开发基于 流域 的综 合水 资源 管理 系 统的 需求 越来 越迫 切 。开发 流名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 域水 资源 管理 系统 是 一项 综合 的系 统工 程 ，需 要水 文学 、环 境 学、运筹学等 多学 科的 支持 。 在这 诸多 辅助 技术 中 ，GIS 由于 其高 效地 处理 空间和属 性数 据的 能力 ， 在水 资源 管理 系统 的 构建 中起 到了 不可 忽视的 作用。 虽然 现阶 段 GIS 和水 资源 管理 系统 的 结合 还有 着许 多不 完善之 处，但随 着这 项技 术的 不 断成 熟， 这些 问题 必 将得 到逐 步解 决， GIS 在流 域水资 源管 理领 域中 的 应用 也将 更加 广泛 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -