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GIS在水资源管理中的应用论文


GIS 在水资源领域中的应用 在水资源领域 领域中的应用
21509122 孙雨寒 东南大学交通学院
内容摘要 : 内容 摘要: 摘要 水资 源 短缺 问题 日 益 突出 , 成为 制约 经 济 社会 发 展重 要原 因 , 而得 用 GIS 对水资源进行管理能够发挥 GIS 技术的长处, 能够有效提高对水资源 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,但是也存在一些技术上的难题,但是 GIS 在此方面中 的应用是非常有前景的。 关键字: 水资源管理 GIS 前景 关键字 :

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。而在这些资源中,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。 在我国,水资源短缺的问题显得尤其突出。我国的人均水资源占有量只 有 2200 立方米,仅为世界平均水平的 1/4,在世界上名列 121 位,是全球 13 个人均水资源最贫乏的国家之一。 20 世纪末, 到 全国 600 多座城市中, 已有 400 多个城市存在供水不足问题, 其中比较严重的缺水城市达 110 个, 全国城市缺水总量为 60 亿立方米。同时,现存的水资源还受到了污染,使 得原本严重的水资源短缺问题显得更加严重。 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,因此,如果想要对水资源进行管理, 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,因此被广泛地用于水资源管理中。 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的作用。 水文水资源对 GIS 的主要要求有 【 2 】 : (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 水资源数据库的建立 水资源数据库建设是极其复杂系统工程。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。 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。 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 【 3】 。 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,将不同的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, 使决策更加地科学化。 应用领域 GIS 技术在水资源管理方面有着很多的应用,其中主要有以下几个领域: 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。 存在的 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 【 5 】 : (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成数据精确性提高, 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很大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。 在面临的所有这些挑战中一个共同的主题就是数据融合: 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。

前景及发展趋势 GIS技术在水资源领域应用中的发展趋势具有以下几个方面 1) 空间决策支持系统( SDSS)是GIS 技术应用的重要分支; 2) GIS的应用将是数值模拟技术发展的重要手段发展多维GIS技术是 水文水资源领域应用的方向; 3) GIS 与RS、GPS 集成化将伴随着水文水资源的发展。

参考文献: 参考文献 : 【1】 GIS 技术及其在水资源管理中的应用闫兴愿 【2】 GIS 在水文水资源管理中的应用章启兵,王式成 【3】 GIS 在水资源评价中应用现状及发展方向李宝惠 【4】 地理信息系统发展动态及在水资源管理方面的应用阮本青沈晋 【5】 GIS 技术在水文水资源领域中的应用现状与发展趋势王光明梁秀娟 肖长来于景录


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