GIS在流域水資源管理中的應用
水(shui)資(zi)(zi)(zi)(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)作(zuo)為(wei)人類社會生存和(he)(he)發展(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基本條件，其(qi)綜(zong)合開發利用越(yue)來(lai)(lai)越(yue)受到重視。但由于人類對水(shui)資(zi)(zi)(zi)(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)規(gui)律認(ren)識的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)足(zu)以及常規(gui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)規(gui)劃(hua)和(he)(he)管(guan)(guan)理手段的(de)(de)(de)(de)(de)(de)局限性，對水(shui)資(zi)(zi)(zi)(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)實(shi)現綜(zong)合全(quan)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)管(guan)(guan)理難度很大。隨著計算機技術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發展(zhan)尤其(qi)是GIS技術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)逐(zhu)步成熟，開發基于GIS系統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)綜(zong)合水(shui)資(zi)(zi)(zi)(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)管(guan)(guan)理系統(tong)(tong)(tong)成為(wei)可能(neng)。在遼河(he)流(liu)域水(shui)資(zi)(zi)(zi)(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)管(guan)(guan)理系統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)建設過程(cheng)中，GIS作(zuo)為(wei)基礎的(de)(de)(de)(de)(de)(de)數據(ju)平臺對數字化地圖等(deng)(deng)空間數據(ju)和(he)(he)水(shui)文信息(xi)等(deng)(deng)屬性數據(ju)進行統(tong)(tong)(tong)一的(de)(de)(de)(de)(de)(de)管(guan)(guan)理，同時，GIS還(huan)為(wei)流(liu)域規(gui)劃(hua)項目中所采用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)量模(mo)(mo)型(xing)（IGSM）和(he)(he)水(shui)質模(mo)(mo)型(xing)（MIKE11）等(deng)(deng)提(ti)供(gong)了(le)統(tong)(tong)(tong)一的(de)(de)(de)(de)(de)(de)數據(ju)接口，將各個環境模(mo)(mo)型(xing)很好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)銜(xian)接和(he)(he)協調起(qi)來(lai)(lai)。GIS系統(tong)(tong)(tong)強(qiang)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)圖形處理和(he)(he)輸出能(neng)力更為(wei)水(shui)資(zi)(zi)(zi)(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)管(guan)(guan)理決策提(ti)供(gong)了(le)直(zhi)觀的(de)(de)(de)(de)(de)(de)數據(ju)支持。從(cong)遼河(he)水(shui)資(zi)(zi)(zi)(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)管(guan)(guan)理系統(tong)(tong)(tong)實(shi)際的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用情況來(lai)(lai)看，GIS技術在流(liu)域水(shui)資(zi)(zi)(zi)(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)相關空間數據(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)獲取、管(guan)(guan)理、分(fen)析、模(mo)(mo)擬和(he)(he)顯示等(deng)(deng)方(fang)面(mian)起(qi)到了(le)不(bu)可替(ti)代的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用，在評價水(shui)資(zi)(zi)(zi)(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)規(gui)劃(hua)方(fang)案和(he)(he)進行復雜(za)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)資(zi)(zi)(zi)(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)管(guan)(guan)理決策方(fang)面(mian)也(ye)起(qi)了(le)重要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)支持作(zuo)用。
2GIS技術和水資源管理的結(jie)合(he)
（1）GIS技(ji)術(shu)的優勢(shi)
GIS是以地(di)理(li)(li)(li)空(kong)(kong)間(jian)數據(ju)(ju)庫為基礎，在(zai)計(ji)算(suan)機軟(ruan)硬件的(de)支持下，對(dui)空(kong)(kong)間(jian)相(xiang)關數據(ju)(ju)進(jin)行(xing)采集、管(guan)理(li)(li)(li)、操作、分析(xi)(xi)和(he)(he)(he)顯示的(de)計(ji)算(suan)機系(xi)統。它采用地(di)理(li)(li)(li)模型分析(xi)(xi)方法，適時(shi)提(ti)供多種(zhong)空(kong)(kong)間(jian)地(di)理(li)(li)(li)信(xin)息(xi)，輔助(zhu)相(xiang)關的(de)地(di)理(li)(li)(li)研究和(he)(he)(he)地(di)理(li)(li)(li)決策。由于GIS可將地(di)理(li)(li)(li)空(kong)(kong)間(jian)模型化并存(cun)儲在(zai)計(ji)算(suan)機中，因此它還具有對(dui)研究對(dui)象進(jin)行(xing)描(miao)述、模擬(ni)和(he)(he)(he)預測的(de)功能。相(xiang)對(dui)于常(chang)規意義上的(de)信(xin)息(xi)系(xi)統，GIS具有空(kong)(kong)間(jian)分析(xi)(xi)能力強、數據(ju)(ju)來源廣泛(fan)、工作方式直觀形象等特點(dian)，在(zai)對(dui)空(kong)(kong)間(jian)數據(ju)(ju)的(de)查詢和(he)(he)(he)分析(xi)(xi)功能要求(qiu)較高(gao)的(de)領域(yu)得到了(le)廣泛(fan)的(de)應用。
（2）流域(yu)水資(zi)源管理的內(nei)容
流(liu)域(yu)水(shui)(shui)資(zi)源(yuan)管(guan)理(li)是對流(liu)域(yu)水(shui)(shui)資(zi)源(yuan)的(de)(de)開(kai)發(fa)(fa)、利用、治理(li)、配置(zhi)、節(jie)(jie)約和(he)保(bao)護等(deng)方(fang)面(mian)在(zai)(zai)系(xi)統層次上的(de)(de)定(ding)量(liang)分析和(he)綜合集成。一(yi)方(fang)面(mian)它提供了(le)進行(xing)流(liu)域(yu)國土規劃和(he)經濟布局規劃的(de)(de)水(shui)(shui)資(zi)源(yuan)基(ji)礎，另一(yi)方(fang)面(mian)它通過對水(shui)(shui)量(liang)時(shi)空分配的(de)(de)再(zai)調整和(he)水(shui)(shui)環境標準(zhun)的(de)(de)制定(ding)，協(xie)調了(le)防洪除澇(lao)、節(jie)(jie)水(shui)(shui)灌溉、城鎮供水(shui)(shui)、水(shui)(shui)利發(fa)(fa)電、水(shui)(shui)土保(bao)持等(deng)專項規劃之間的(de)(de)關系(xi)，在(zai)(zai)人(ren)類開(kai)發(fa)(fa)利用水(shui)(shui)資(zi)源(yuan)的(de)(de)全過程(cheng)中(zhong)占(zhan)有重要(yao)地(di)位。由于水(shui)(shui)的(de)(de)流(liu)動性特(te)點，在(zai)(zai)流(liu)域(yu)內一(yi)個點上的(de)(de)擾動會影響到周邊和(he)下游地(di)區，因(yin)此(ci)在(zai)(zai)進行(xing)流(liu)域(yu)水(shui)(shui)資(zi)源(yuan)綜合管(guan)理(li)的(de)(de)過程(cheng)中(zhong)，必須基(ji)于相應(ying)的(de)(de)環境模型分析各項管(guan)理(li)戰略(lve)和(he)開(kai)發(fa)(fa)方(fang)案的(de)(de)環境影響，同時(shi)結合當地(di)的(de)(de)自然和(he)社會條件，以及各方(fang)對水(shui)(shui)資(zi)源(yuan)功能的(de)(de)要(yao)求進行(xing)綜合、分析和(he)比(bi)較，最(zui)終(zhong)擬定(ding)流(liu)域(yu)內水(shui)(shui)資(zi)源(yuan)管(guan)理(li)的(de)(de)最(zui)優方(fang)案。
由此可見(jian)，在(zai)(zai)進行力流域水(shui)(shui)資源規劃和(he)管理(li)(li)過程(cheng)中，非常強調運用(yong)(yong)各種環境(jing)(jing)過程(cheng)模(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)，如穩(wen)態和(he)動態水(shui)(shui)流模(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)、多維水(shui)(shui)質模(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)污染擴(kuo)散模(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)等。這(zhe)些(xie)(xie)模(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)大都具(ju)(ju)有(you)(you)明顯(xian)的(de)(de)(de)空(kong)(kong)(kong)(kong)間(jian)(jian)(jian)特性，但(dan)這(zhe)些(xie)(xie)環境(jing)(jing)模(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)在(zai)(zai)對(dui)(dui)空(kong)(kong)(kong)(kong)間(jian)(jian)(jian)數據的(de)(de)(de)操作尤其是(shi)在(zai)(zai)結(jie)果(guo)顯(xian)示方面仍顯(xian)困難。而(er)空(kong)(kong)(kong)(kong)間(jian)(jian)(jian)分析和(he)空(kong)(kong)(kong)(kong)間(jian)(jian)(jian)數據管理(li)(li)正是(shi)GIS的(de)(de)(de)優勢。GIS可以為這(zhe)些(xie)(xie)環境(jing)(jing)模(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)提供(gong)整(zheng)體(ti)的(de)(de)(de)基(ji)(ji)于GIS邏輯原理(li)(li)的(de)(de)(de)空(kong)(kong)(kong)(kong)間(jian)(jian)(jian)操作規范(fan)，用(yong)(yong)以反映(ying)具(ju)(ju)有(you)(you)空(kong)(kong)(kong)(kong)間(jian)(jian)(jian)分布特性的(de)(de)(de)模(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)研(yan)究(jiu)對(dui)(dui)象(xiang)的(de)(de)(de)移動、擴(kuo)散、動態變化(hua)及(ji)(ji)相(xiang)互(hu)作用(yong)(yong)過程(cheng)。在(zai)(zai)GIS中，基(ji)(ji)本概(gai)念是(shi)空(kong)(kong)(kong)(kong)間(jian)(jian)(jian)位(wei)置、空(kong)(kong)(kong)(kong)間(jian)(jian)(jian)分布和(he)空(kong)(kong)(kong)(kong)間(jian)(jian)(jian)關系(xi)，而(er)基(ji)(ji)本研(yan)究(jiu)對(dui)(dui)象(xiang)是(shi)被抽象(xiang)成點、線、面的(de)(de)(de)空(kong)(kong)(kong)(kong)間(jian)(jian)(jian)實(shi)體(ti)及(ji)(ji)其相(xiang)關屬(shu)性。與之相(xiang)對(dui)(dui)應，在(zai)(zai)環境(jing)(jing)模(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)中，基(ji)(ji)本概(gai)念是(shi)物質、能量及(ji)(ji)其運動轉(zhuan)化(hua)，而(er)基(ji)(ji)本研(yan)究(jiu)對(dui)(dui)象(xiang)是(shi)諸如水(shui)(shui)、人口(kou)等明顯(xian)具(ju)(ju)有(you)(you)空(kong)(kong)(kong)(kong)間(jian)(jian)(jian)分布特性的(de)(de)(de)環境(jing)(jing)要素。GIS和(he)環境(jing)(jing)模(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)在(zai)(zai)概(gai)念和(he)研(yan)究(jiu)對(dui)(dui)象(xiang)上(shang)的(de)(de)(de)相(xiang)似性、互(hu)補(bu)性，使得二者(zhe)的(de)(de)(de)結(jie)合合理(li)(li)又(you)具(ju)(ju)有(you)(you)實(shi)用(yong)(yong)價值(zhi)。
在歐盟-遼(liao)寧水資源項目中，基于GIS的水資源管理系統的流程如(ru)下所示：
3基(ji)于GIS的流(liu)域水資源管理系統設計
3.1系統目標
以(yi)遼河流域的水資(zi)源規劃和管理(li)為例，建(jian)立(li)基于GIS的流域水資(zi)源綜合管理(li)系(xi)統(tong)的設計(ji)目標主(zhu)要包括以(yi)下(xia)幾個方(fang)面：
(1)能(neng)存儲和處理流域水文學和社會經濟的相關資料，并能(neng)提供查詢功能(neng)。
(2)通過(guo)基于GIS的查詢和(he)分析，能提(ti)供必需的空間信(xin)息，為今后水利工(gong)程(cheng)布局提(ti)供基礎數據。
(3)能為(wei)決(jue)策機(ji)構提供豐富的社(she)會經濟信息(xi)，為(wei)水資源的調(diao)配提供依據。
(4)可對水資(zi)源(yuan)開發利用現狀及存(cun)在的主要問題以及未(wei)來需求量進行評估和(he)預測。
(5)能(neng)對水資源的(de)開(kai)發潛力(li)進行分析計算，為合(he)理開(kai)發水資源提供決策(ce)依據(ju)。
(6)結合相關的環境模型，能對水資源開發戰略(lve)和方(fang)案做出(chu)評(ping)估(gu)
3.2系統結構
為了安全、高效的實現數據的存儲、分析和共享，基于GIS的水資源管理系統應采用C/S模式和B/S模式相結合的網絡結構。在數據庫管理方面，可通過面向對象的空間數據管理系統和基于關系數據庫的空間數據庫來實現數據的無縫集成。
3.3系(xi)統(tong)模塊設計
基于上述分(fen)析，遼河流域(yu)水資源(yuan)管理系(xi)統(tong)主(zhu)要集成以下(xia)模塊(kuai)(kuai)：數據(ju)錄入模塊(kuai)(kuai)、檢索(suo)和查詢(xun)模塊(kuai)(kuai)、統(tong)計分(fen)析模塊(kuai)(kuai)、空間分(fen)析模塊(kuai)(kuai)、輔助決策分(fen)析模塊(kuai)(kuai)和數據(ju)輸出模塊(kuai)(kuai)。。
（1）數(shu)(shu)據錄入模塊。用于系統中空(kong)間和屬性數(shu)(shu)據的(de)獲取與更新。空(kong)間和屬性數(shu)(shu)據可通過鍵盤、掃描儀及數(shu)(shu)字化儀等輸入設備錄入計算機，也可從其它系統直接將數(shu)(shu)據轉入本(ben)系統，同時(shi)這一(yi)模塊還提供對數(shu)(shu)據的(de)適(shi)時(shi)更改和補充功能。
（2）檢(jian)索(suo)與查詢模塊(kuai)。提供屬性-空(kong)間的邏輯查詢和空(kong)間-屬性的空(kong)間查詢功能(neng)。由于GIS系統中(zhong)(zhong)數(shu)據同地圖中(zhong)(zhong)點、線、面相(xiang)對應，這兩種操作實(shi)際結(jie)果是一致的。數(shu)據庫的操作能(neng)及(ji)時反映在地圖上，而對地圖的操作也能(neng)在數(shu)據庫中(zhong)(zhong)表(biao)現出來(lai)。
（3）統(tong)(tong)計(ji)(ji)(ji)分(fen)(fen)析(xi)模塊。包(bao)括對(dui)(dui)查(cha)(cha)詢結果的(de)(de)統(tong)(tong)計(ji)(ji)(ji)分(fen)(fen)析(xi)、對(dui)(dui)空間分(fen)(fen)析(xi)結果的(de)(de)統(tong)(tong)計(ji)(ji)(ji)分(fen)(fen)析(xi)以及對(dui)(dui)水文、土(tu)壤、人口(kou)、經濟(ji)等監測(ce)數(shu)據(ju)(ju)的(de)(de)統(tong)(tong)計(ji)(ji)(ji)分(fen)(fen)析(xi)。統(tong)(tong)計(ji)(ji)(ji)的(de)(de)范(fan)(fan)圍(wei)可由用戶自行(xing)設(she)定，如通(tong)過(guo)矩形(xing)、圓形(xing)或(huo)多(duo)邊形(xing)工具來確定范(fan)(fan)圍(wei)大(da)小。同時(shi)，這種(zhong)統(tong)(tong)計(ji)(ji)(ji)分(fen)(fen)析(xi)功能既可進行(xing)一(yi)項(xiang)數(shu)據(ju)(ju)的(de)(de)統(tong)(tong)計(ji)(ji)(ji)分(fen)(fen)析(xi)，也(ye)可對(dui)(dui)多(duo)項(xiang)數(shu)據(ju)(ju)同時(shi)進行(xing)統(tong)(tong)計(ji)(ji)(ji)分(fen)(fen)析(xi)查(cha)(cha)詢，查(cha)(cha)詢結果可通(tong)過(guo)報表(biao)、地(di)圖、表(biao)格或(huo)文字說(shuo)明(ming)的(de)(de)形(xing)式打(da)印輸(shu)出。
（4）空(kong)間(jian)分(fen)析(xi)(xi)模(mo)塊。負責對圖(tu)形進行(xing)地(di)形分(fen)析(xi)(xi)、緩(huan)沖區分(fen)析(xi)(xi)、空(kong)間(jian)疊置(zhi)分(fen)析(xi)(xi)等操作，并能(neng)將分(fen)析(xi)(xi)結果進行(xing)匯總，以(yi)各種專題(ti)圖(tu)表(biao)及統計圖(tu)表(biao)的形式(shi)輸出。
（5）輔助決策分(fen)析模(mo)(mo)(mo)(mo)塊。主要包括水(shui)量計算模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)(如遼(liao)河流域項(xiang)目中使(shi)用(yong)的IGSM水(shui)資源(yuan)模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing))、水(shui)質模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)（如MIKE11模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)）、水(shui)資源(yuan)供(gong)需(xu)分(fen)析及預(yu)測(ce)模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)、決策支持(chi)系(xi)統模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)等。以上模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)可對一項(xiang)或(huo)(huo)多項(xiang)數(shu)據進行預(yu)測(ce)或(huo)(huo)評價，從而了解流域或(huo)(huo)特定(ding)地區(qu)水(shui)資源(yuan)開發(fa)利用(yong)情況(kuang)及發(fa)展趨勢。同時(shi)，通過模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)模(mo)(mo)(mo)(mo)擬出各(ge)個候(hou)選方案的實施效(xiao)果(guo)后，可利用(yong)決策支持(chi)系(xi)統模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)(xing)優化出水(shui)資源(yuan)合理開發(fa)利用(yong)和(he)管理的最(zui)佳方案，為最(zui)終的水(shui)資源(yuan)管理和(he)規(gui)劃決策提供(gong)直接的依據。
（6）數據輸出模塊(kuai)。可將統計(ji)、分(fen)析(xi)和決策的結果以(yi)文本、報(bao)表或圖形(xing)的形(xing)式(shi)輸出。
4系統功能(neng)實現
基(ji)于GIS的水資源(yuan)管(guan)理(li)系統可實現如(ru)下主要(yao)功能：
（1）預測(ce)分析
例如通過輸入動態(tai)的(de)監測數(shu)據，可(ke)適時做(zuo)出地下水(shui)位等值線(xian)圖，并(bing)經系統的(de)空間分析(xi)模(mo)型(xing)計算出地下水(shui)庫的(de)庫容量，進(jin)而(er)利用輔助決策(ce)分析(xi)模(mo)塊中的(de)水(shui)資源預(yu)測模(mo)型(xing)對未(wei)來地下水(shui)資源的(de)變化趨勢(shi)進(jin)行預(yu)測。
（2）水資(zi)源調(diao)度分析
根(gen)據農業、工業等部(bu)門在當時國(guo)民經(jing)濟中的比例及生產現狀(zhuang)進行指標分析，確定合理的供水(shui)量，使有(you)限的水(shui)資源得到(dao)最優的分配，進而發揮出最大(da)的經(jing)濟效益。
（3）信息(xi)檢(jian)索和查詢
可(ke)對研究區歷年觀測的水(shui)(shui)(shui)文資料(liao)進行(xing)檢索(suo)，如歷年降水(shui)(shui)(shui)量、徑流量、地下水(shui)(shui)(shui)位(wei)年變(bian)化和月(yue)變(bian)化、水(shui)(shui)(shui)庫入(ru)庫量、廢水(shui)(shui)(shui)排放量等(deng)(deng)。還可(ke)對系統內(nei)存儲或經(jing)系統分析而(er)派生出各種圖形(xing)文件進行(xing)查(cha)詢，如耕地、渠道、河(he)流水(shui)(shui)(shui)系、水(shui)(shui)(shui)庫地形(xing)等(deng)(deng)高線、典型年降水(shui)(shui)(shui)量等(deng)(deng)值線等(deng)(deng)。
（4）模擬與(yu)決策
如利用水(shui)(shui)量計(ji)算(suan)模型(xing)和水(shui)(shui)質評(ping)價模型(xing)對候(hou)選的(de)可(ke)行水(shui)(shui)資源(yuan)管(guan)理(li)方(fang)案(an)的(de)實施效(xiao)果(guo)進行模擬(ni)，直觀的(de)對候(hou)選方(fang)案(an)進行評(ping)價。進一(yi)步(bu)可(ke)將預測結果(guo)輸入決策支持系統模型(xing)，求(qiu)得規劃方(fang)案(an)的(de)最(zui)優解。
5結束語
隨著遼河水資源短缺危機的日益凸現，開發基于流域的綜合水資源管理系統的需求越來越迫切。開發流域水資源管理系統是一項綜合的系統工程，需要水文學、環境學、運籌學等多學科的支持。在這諸多輔助技術中，GIS由于其高效地處理空間和屬性數據的能力，在水資源管理系統的構建中起到了不可忽視的作用。雖然現階段GIS和水資源管理系統的結合還有著許多不完善之處，但隨著這項技術的不斷成熟，這些問題必將得到逐步解決，GIS在流域水資源管理領域中的應用也將更加廣泛。
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