北海河海水利水电设计院广西北海536000
摘要：地理信息系统（GeographicInformationSystem）作为采集、存储、运算、分析和管理地理空间数据的重要工具、技术和学科，在最近20多年的发展速度十分惊人，被广泛应用于科学调查、国土管理、城市规划、交通运输、灾害预测、水利水电、环境评估、公共设施管理、农林牧业等领域。本文针对在水利水电行业灌区规划设计及运行管理中遇到的实际问题，概述了地理信息系统（GIS）在该领域的工程规划、水文水资源分析与计算、地质勘察、运行管理以及水利灾情等方面的应用及展望。
关键词：地理信息系统；水利水电；工程规划；应用分析
地理信息系统（GIS）是一门结合地理学、地图学、遥感影像和计算机科学的综合性学科，其将地图展示、地理分析和数据库操作集合在一起，具有对空间信息进行收集、统计、分析和处理并将空间数据可视化的独特优越性。在灌区规划设计及运行管理中，地理信息系统（GIS）能够为灌区布局、水文气象分布特征、区域地质条件、渠道及附属建筑物水力要素数据记录和查询提供直观的数字、文字、符号和图像等方面的可视化信息支持，方便规划设计和运行管理人员对灌区设计、管理方案的分析和比较，提高灌区设计和管理的效率和质量，增加灌区运营的经济效益和社会效益。
1灌区规划布局中GIS技术的应用
1.1农业灌溉现状数据采集与呈现
GIS技术能将灌区规划设计前期工作中调查统计的规划区总面积、现状耕地面积、作物种植结构、耕地后备资源以及各类灌溉工程的数量、规模、分布等图形数据和属性数据采集进数据库共同管理，并综合图形数据和属性数据对农业灌溉现状进行深层次的空间分析和信息判断，量化出现有灌溉工程的总体灌溉能力，包括灌溉保证率、有效灌溉面积、灌溉水利用系数、粮食综合生产能力等数值，从而将农业灌溉现状相关信息在ArcInfo、GeoSTAR、MapGIS等可视化软件中呈现出来，以供设计人员分析规划区农业灌溉存在的主要问题，为灌溉发展需求分析提供数据准备和支撑。
1.2灌溉发展需求分析及灌区总体布局
利用GIS技术对农业灌溉现状调查数据、灌区内水资源总量、耕地质量等别等基础数据进行统计分析、空间分析和回归分析，设计人员可充分掌握农业灌溉与水资源量、土壤条件之间的主要矛盾，分析出各灌溉片区内农业灌溉发展需求及水土资源需求，从而结合区域经济社会发展状况和水资源综合利用规划、土地利用规划等相关规划，有针对性地拟定灌区灌溉发展目标和规划任务，划定灌区规划范围及各灌溉片区空间布局，制定灌溉设计标准，确定新建、续建、扩建、改造水源工程和灌区配套设施的数量和规模，并将规划成果可视化呈现成二维或三维图像以供相关决策人员论证决议。
2利用GIS技术对灌区水文水资源进行分析与计算
2.1基于灌区DEM地表的水文分析
为预估灌区未来长时期内可能出现的水文情势，需要对灌区内水文现象的发展变化规律进行研究分析。Arcgis地理信息系统软件提供了基于DEM地表的水文分析模块，其水文工具箱中共有11个水文分析工具，可根据实际地形利用这些工具提取灌区内渠道的汇流累积量、水流长度、渠系网络，进行河网分级及划分流域盆地，输入参数就可输出最终的分析结果，操作简单便利，汇流、产流过程模拟更符合客观实际，分析结果较经验公式法、瞬时单位线法更精确、可靠，为灌区规划设计及水利工程建设等别提供了更合理的水文依据。
2.2水资源供需平衡分析
为评价灌溉工程的供水保证程度，以确定合理的建设规模，需对灌区供用水过程进行平衡分析，包括需水分析、来水及供水分析、用水供需平衡分析三个部分。目前，规划设计人员常通过多维水质模型、稳态和动态水流模型等环境过程模型对水资源进行规划，但是，这些环境模型在对空间数据的操作及结果可视化呈现方面存在缺陷。而GIS技术恰恰具有对空间数据操作、处理的独特优越性，能实现实时数据的动态采集和历史数据处理，实现水资源的空间分析操作，实现模拟动态变化过程和数据共享，且分析结果能可视化呈现，一目了然，方便规划设计人员对灌区规模进行详细论证。
3GIS技术在灌区地质勘察中的应用
灌区所处位置往往山高坡陡、植被茂盛、交通及通视条件差，地质勘察初期常遇到无法准确的判断项目所处位置及相关地形地势等问题，利用GIS技术开展查勘规划，标示出拟建的渠道、涵闸、桥梁、码头等建设内容的具体位置及坐标，完成地质勘察前的技术准备，可增强地质勘察的针对性，提高地质勘查的工作效率。
在灌区地质勘察中，GIS技术能及时准确的收集地质资料及处理复杂的数据信息，提供实时勘察数据，并绘制地理信息图，增加勘察的准确性，有助于地质勘察人员对灌区地质条件作出合理评价，以供规划设计人员拟定水工建筑物结构方案，对灌区工程起到推动作用，且勘察数据还具有反复利用价值。
4GIS技术与灌区实时监控管理系统的结合
灌区投入运行后，需对灌区运行情况实时监控管理，如采集各渠道的流量、流速等水情信息，测报水文气象，操控闸门启闭等，投入的人力物力财力较大，运营成本较高，经济效益较差。而地理信息系统（GIS）具有通信灵活、数据管理整体性好、结构化程度高等特点，结合水情监测系统、水文自动测报系统、闸门远程控制系统等自动化设备，其能对灌区内布置的流量监控、视频监控、水文监测等设备进行空间定位、信息查询、数据分析和调用，对灌区水情进行实时监控、记录并自动预警，且根据数据库中调度方案的属性数据及二次编程开发，管理人员可在操控室完成对闸门启闭机的手动/自动启停等指令操作，极大的节约了人力资源，提高了监管效率，使灌区水情、水文数据记录详细，连续性好，闸门启闭机运维智能化。
5GIS技术在灌区防洪减灾中的应用
自大禹治水起，人们就懂得根据洪水规律与洪灾特点，研究并采取各种工程措施来防止或减轻洪水灾害，保护自身生命财产安全，保障社会经济发展。在灌区规划设计阶段须对未来可能发生的不同频率下的超标准洪水进行分析演算，预测洪水演进路线、到达时间、淹没水深、淹没范围及流速大小等过程特征，以标示洪泛区内各处受洪水灾害的危险程度，确定不同风险区域的不同防护标准，并在灌区投入运行后制定合理的防洪、防汛调度方案。地理信息系统（GIS）结合DHI-Mike、SMS等数值模拟软件可直观地模拟洪水淹没范围，制作洪水风险图，清晰的呈现出洪水各过程特征，完成对灾情的可视化表达，为制定洪泛区的土地利用规划、防洪指挥方案、确定避灾对象、避灾路线及目的地、估计洪灾损失提供依据，以避免在风险大的区域出现人口与资产过度集中、避灾路线混乱、避灾目的地容纳能力不足等不合理的规划设计，提高防洪工作的系统性、科学性和前瞻性。
结语
随着水利工程技术的快速发展，地理信息系统（GIS）在灌区规划设计及运行管理中的应用前景十分广阔，其高对话度的互操作性和强大的多维度信息挖掘能力深受规划设计人员和运行管理人员的青睐。而GIS技术与现有环境过程模型、数值模拟软件结合在一起所呈现出的可视化的数据处理结果，为灌区信息化总体建设提供了新的探索思路和实践手段。
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