王 蕾，楊 洋，趙彤彬

（1.西安迪飛科技有限責(zé)任公司，陜西 西安 710018；2.陜西省引漢濟(jì)渭工程建設(shè)有限公司，陜西 西安 710100；3.陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710018）

1 GIS技術(shù)概述

20世紀(jì)60年代，世界上第一個(gè)GIS（加拿大地理信息系統(tǒng)CGIS）誕生，其核心是用計(jì)算機(jī)來處理和分析具有空間屬性地理信息。GIS技術(shù)能夠有效地管理地理信息資源，是其能夠有效利用的核心技術(shù)。20世紀(jì)以來，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日的新月異極大地推進(jìn)了GIS在我國的發(fā)展進(jìn)程，由于應(yīng)用后能夠明顯地提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，因此，GIS技術(shù)已成為資源與環(huán)境各領(lǐng)域應(yīng)用中不可或缺的前沿技術(shù)。

近20年，我國經(jīng)濟(jì)水平持續(xù)增長，人民生活質(zhì)量穩(wěn)步提高，同時(shí)，水資源需求與水資源利用率相對不足的矛盾逐漸加劇，這促使水利工作者不斷探索如何利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段緩解這一矛盾。為有效地利用水資源，在當(dāng)前條件下最大限度地發(fā)揮水利工程的調(diào)節(jié)作用，減少建設(shè)、管理人員的投入量，GIS技術(shù)作為信息化的體現(xiàn)之一，在水利工程各環(huán)節(jié)中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，應(yīng)用層次也逐漸深入。通過近年來的發(fā)展，GIS的應(yīng)用形式已從最初單純的可視化應(yīng)用過渡為集合分析、模擬、預(yù)測等多位一體的復(fù)雜應(yīng)用，功能也提升為對多時(shí)期的地理信息變化進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測和分析比較，將數(shù)據(jù)收集、空間分析和決策過程統(tǒng)一打包的應(yīng)用。實(shí)踐表明，通過使用GIS系統(tǒng)，有利于設(shè)計(jì)人員對工程進(jìn)行總體規(guī)劃，方便施工人員對實(shí)施過程進(jìn)度和質(zhì)量把控，有效提高管理人員的工作效率，從而提升水利行業(yè)整體信息化水平。

2 GIS技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

水利工程為消除水害和開發(fā)利用水資源而修建，重要性不言而喻，而其本身具有一定的地理空間屬性，對工程的地理環(huán)境依賴較高。GIS的發(fā)展恰好為水利工程的空間屬性提供了可行的表現(xiàn)途徑和有效的模擬、分析方法。運(yùn)用GIS技術(shù)，矢量化地理信息數(shù)據(jù)，搭建水利工程地理信息平臺，能夠直觀地展示工程環(huán)境，結(jié)合水利資料，實(shí)現(xiàn)環(huán)境分析模擬，有利于管理人員決策［1］。

目前，GIS在水利工程方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）水利工程規(guī)劃

GIS技術(shù)廣泛應(yīng)用于水庫選址、復(fù)雜工程布局、工程測量［2］、庫容量計(jì)算、開挖土石方量計(jì)算、工程建設(shè)監(jiān)測［3］、工程變形監(jiān)測等方面，促使水利工程規(guī)劃、管理科學(xué)發(fā)展。

（2）水資源管理

運(yùn)用GIS技術(shù)能夠確定水資源分區(qū)，建立科學(xué)有效的管理模式，分析水資源量，直觀地展示水資源分布和數(shù)量的動態(tài)變化，有助于實(shí)現(xiàn)水資源的合理利用。

（3）防洪減災(zāi)

GIS應(yīng)用主要表現(xiàn)在防汛決策支持系統(tǒng)［4］和洪災(zāi)損失評估，它以GIS為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了決策方案、防汛信息、損害范圍的直觀化和形象化表達(dá)，為全國防汛決策提供有力的技術(shù)支撐。

（4）水土保持

利用GIS技術(shù)能夠進(jìn)行水土流失預(yù)測和動態(tài)監(jiān)測［4］，查詢、統(tǒng)計(jì)、分析土地分區(qū)和土地利用情況，有利于重點(diǎn)區(qū)域水土流失綜合治理措施的制定，提升治理效果。

（5）水質(zhì)監(jiān)測

建立GIS水質(zhì)監(jiān)測應(yīng)用平臺，能夠掌握水質(zhì)的實(shí)時(shí)動態(tài)變化，及時(shí)辨析污染源頭，有利于地表水、地下水儲量分析，模擬水量調(diào)度，提高水資源利用水平。

（6）水文預(yù)報(bào)

通過GIS技術(shù)，整合水文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)管理，對空間和屬性數(shù)據(jù)的查詢，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及顯示檢索，為水文預(yù)報(bào)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐［5］。

3 GIS技術(shù)應(yīng)用展望

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，GIS技術(shù)在水利工程應(yīng)用的內(nèi)容已從結(jié)合地理要素的水利信息查詢展示發(fā)展到利用GIS空間運(yùn)算完成水利信息的分析、計(jì)算、模擬與統(tǒng)計(jì)。近年來，結(jié)合遙感、GPS等前沿技術(shù)，構(gòu)建3D、4D地理信息系統(tǒng)平臺，實(shí)現(xiàn)多維度水工建筑仿真應(yīng)用已成為水利信息化應(yīng)用新趨勢（如三維可視化洪水淹沒分析與災(zāi)情評估系統(tǒng)、4D水利施工管理系統(tǒng)等［6］）。水利要素具有的空間地理屬性促進(jìn)了GIS在水利應(yīng)用中的高速發(fā)展，縱觀發(fā)展歷史，水利GIS應(yīng)用的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)為應(yīng)用內(nèi)容的發(fā)散性擴(kuò)展及應(yīng)用技術(shù)的融合性集成。

3.1 應(yīng)用內(nèi)容擴(kuò)展

利用GIS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工程環(huán)境分析模擬的形象化，并且在一定程度上提高了獲取信息的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，有利于管理和決策。因此，今后GIS技術(shù)將逐漸覆蓋水利行業(yè)的各個(gè)方面，促使水利信息化進(jìn)一步發(fā)展。

（1）洪水模擬

利用洪水歷史資料，結(jié)合GIS平臺，建立合理的流域模型，通過可視化模擬，分析流域洪水成因、洪水特性及其規(guī)律；通過地理信息要素分類，分析各主要河道的自然條件；運(yùn)用GIS技術(shù)，進(jìn)行上下游洪水演進(jìn)模擬分析，促使建立一定洪水標(biāo)準(zhǔn)下合理的蓄、滯、泄關(guān)系及管理措施等。

（2）供水預(yù)案

建立供水、需水、蓄水地理信息管理平臺，通過電子地圖可視化展示水源地分布，有助于研究可能的供水方案與主要工程措施及用水管理與供水水質(zhì)保證措施。

（3）水質(zhì)分析

實(shí)現(xiàn)水質(zhì)采集自動化，分析地質(zhì)、水質(zhì)信息的地理屬性，應(yīng)用GIS技術(shù)研究土壤侵蝕分區(qū)；分析各類可能污染源；利用歷史資料，模擬預(yù)測不同規(guī)劃水平年的污染負(fù)荷量和水質(zhì)變化，以此為基礎(chǔ)研究保護(hù)水資源應(yīng)采取的措施。

（4）工程測量

應(yīng)用無人機(jī)搭載遙感、GPS設(shè)備，采集、處理工程測量數(shù)據(jù)，利用GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)可視化，減少外勘人力成本，提高工程測量的精度與效率，便于數(shù)據(jù)成果的合理應(yīng)用。

3.2 應(yīng)用技術(shù)深入

（1）GIS技術(shù)發(fā)掘

隨著GIS技術(shù)的發(fā)展，多種空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如“真三維”、“時(shí)空四維”）［7］應(yīng)運(yùn)而生，面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型和實(shí)用的界面語言正處于高速發(fā)展階段，數(shù)據(jù)自動輸入技術(shù)不斷完善，各行各業(yè)GIS應(yīng)用模型開發(fā)力度不斷加大，GIS的網(wǎng)絡(luò)共享能力（web-GIS）不斷增強(qiáng)。在這樣的大環(huán)境中，水利與GIS的結(jié)合必將更加深入，具體表現(xiàn)為水利數(shù)據(jù)信息的表達(dá)將趨于多維度、豐富性、立體性、共享性，水利應(yīng)用模型將趨于結(jié)構(gòu)化、可擴(kuò)展性，形成整個(gè)水利行業(yè)的GIS綜合管理平臺，逐漸打開GIS綜合系統(tǒng)與水利專業(yè)系統(tǒng)共存共榮的局面。

（2）相關(guān)技術(shù)集成

鑒于水利空間數(shù)據(jù)的時(shí)間性和復(fù)雜性，單一的GIS技術(shù)很難滿足水利要素的處理要求。因此，在水利工程的應(yīng)用中，“3S”技術(shù)（全球定位系統(tǒng)GPS、遙感RS、地理信息系統(tǒng)GIS）、無人機(jī)技術(shù)的集成已成為必然的發(fā)展趨勢。GPS為GIS的快速定位和更新提供手段，遙感技術(shù)的多譜段、多時(shí)相、多傳感器和多分辨率的特點(diǎn)，為GIS不斷注入“燃料”，反過來又可利用GIS支持從遙感影像數(shù)據(jù)中自動提取語義和非語義信息，而無人機(jī)則可作為遙感設(shè)備提供載體［7］。利用無人機(jī)航拍，GPS和RS賦予了GIS實(shí)時(shí)、動態(tài)屬性。3S技術(shù)整體結(jié)合所構(gòu)成的水利地理信息系統(tǒng)是高度自動化、實(shí)時(shí)化的GIS系統(tǒng)。這種系統(tǒng)不僅具有自動、實(shí)時(shí)地采集、處理和更新數(shù)據(jù)的功能，而且能夠分析和運(yùn)用數(shù)據(jù)，為水利各學(xué)科應(yīng)用提供科學(xué)的決策咨詢。

多媒體地理信息系統(tǒng)（MGIS）將文字、圖形（圖像）、聲音、色彩、動畫等技術(shù)融為一體，為GIS應(yīng)用開拓了新的領(lǐng)域和廣闊的前景［8］。它能夠以最直觀的方式表達(dá)和感知空間地理信息，以形象化的、可觸摸（觸屏）的甚至聲控對話的人機(jī)界面操縱空間地理信息處理的技術(shù)。應(yīng)用MGIS的水利地理信息系統(tǒng)將對結(jié)構(gòu)、功能及應(yīng)用模式的設(shè)計(jì)產(chǎn)生極大的影響，使得各類信息的表現(xiàn)形式更豐富，更靈活，更友好。

4 結(jié)語

毋庸置疑，水利GIS應(yīng)用的基礎(chǔ)是地理空間數(shù)據(jù)和水利專題要素?cái)?shù)據(jù)，相關(guān)專業(yè)（如測量專業(yè)）的發(fā)展將對其產(chǎn)生明顯的限制或促進(jìn)作用。因此，GIS在水利工程中的應(yīng)用水平應(yīng)依據(jù)各專業(yè)的發(fā)展穩(wěn)步提高，防止閉門造車，構(gòu)建海市蜃樓。

復(fù)雜技術(shù)集成的GIS在水利工程上的應(yīng)用將會成為今后一段時(shí)期內(nèi)水利信息化的主要趨勢。搭建集工程規(guī)劃、建設(shè)、管理為一體的水利工程綜合地理信息平臺，能夠?qū)崟r(shí)、有效地展示工程運(yùn)行情況，模擬防洪工況，提高管理決策能力，為水利信息化事業(yè)發(fā)展添磚加瓦。

［1］劉林寧.地理信息系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用探討［J］.農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技，2016，27（18）：65.

［2］鞠尊洲.3S技術(shù)在水利工程測量中的應(yīng)用［J］.科技信息（學(xué)術(shù)研究），2008（14）：239-240.

［3］李蕾.淺談在水利工程建設(shè)管理中信息技術(shù)的應(yīng)用［J］.建設(shè)科技，2016（17）：93.

［4］王芳，卜倩倩.探析計(jì)算機(jī)地理信息系統(tǒng)在水利中的應(yīng)用［J］.資源節(jié)約與環(huán)保，2015（03）：154.

［5］趙曉敏，李本懷.GIS技術(shù)在水文預(yù)報(bào)中的應(yīng)用—以長春新立城水庫為例［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2013，21（02）：64-66.

［6］劉丹，劉萍，樊耔均.GIS在水利現(xiàn)代化中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢［J］.硅谷，2012，5（24）：43+42.

［7］張會玲.GIS技術(shù)應(yīng)用及未來發(fā)展趨勢［J］.信息系統(tǒng)工程，2012（04）：98-99.

［8］董鳳服，劉洋.GIS技術(shù)的發(fā)展趨勢［J］.網(wǎng)絡(luò)與信息，2007（08）：65.