GIS技术在给排水中的应用

GIS技术在给排水科学与工程中的应用
摘要：近十年来随着给排水科学与工程的不断发展，对于给排水系统的设计、管理提出了更高的要求。

正是在这种时代背景下，学科之间的相互渗透与借鉴，促使了给排水在科研与应用上取得了蓬勃发展，本文主要介绍现代地理信息技术中的GIS技术在给排水科学与工程中的应用。

关键词GIS技术给水排水系统
（一）背景介绍
GIS是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统，是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。

GIS技术在给排水科学与工程中主要有以下几种应用：
1.实现给排水管网的可视化和数字化；
2.对阀门等设施与构筑物的坐标进行定位及实时监控；
3.对河流及湿地生态景观的动态研究；
4.对地下水位埋深与土地盐渍化的研究；
5.对城市暴雨内涝进行监控预报。

（二）问题意义
1.水源方面：随着人口的激增，对水源水质、水量提出来更高的要求，而地形变化是影响水源性质的重要因素之一。

其中主要表现为对水源地的地理环境监控和水源的功能区划与区域水
资源的优化以及地下水的埋深与盐碱化、海水入侵等相关性问题
的研究。

对于水源利用与保护有着重要的意义。

2.管网方面：随着我国经济建设迅速发展，城市规模日益扩大，人口的高度集中化，对城市给排水系统的建设和管理提出了越来越高的要求。

给排水系统具有结构复杂、纵横交错、分布广泛，信息量及查询量大、保存期长、要求不间断运行等特点，传统的手工管理模式对海量、三维、具有典型空间分布性和时序性的城市给排水管道及构筑物信息难以实现快速、准确、高效的存储、管理、查询、统计和分析，更无法为市政建设和管理部门提供准确的决策依据。

因此，市政部门迫切需要利用信息技术来提升和改造传统的管理方式，提高给排水行业的建设效果、管理效率和决策能力。

3.城市内涝方面：近几年来，我国城市水灾加剧现象尤为突出。

依托GIS 为支撑平台，建立推广城市暴雨内涝仿真系统，提高城市暴雨内涝灾害监测、预报、风险评估的一体化水平，加强暴雨洪涝风险分析，在充分把握灾害演变规律基础上，对提高防汛指挥决策的科学化水平，具有重要意义。

总之：把GIS技术引入给排水科学与工程中，利用GIS技术来获取、管理和监控水的社会循环中的各种空间信息和属性信息并通过地理建模来实现多种高级空间分析和提供决策支持，实现对社会水循环中图形库和信息库的一体化管理和动态更新，可大大提高水工程相关部门人员工作中设计与管理的质量和效率。

（三）应用和现状
1.水源方面：在对地表水源的应用中，主要是对GIS系统的直接引用，利用Arc/ info GIS 等工具软件和遥感图像处理工具软件, 逐步进行处理，为高程点、水系图层建立数字地形模型,划分流域，综合行政管理区边界图层、道路图层, 根据水源保护区划分原则, 对引水渠( 管道) 缓冲区、汇水区盆地和流域范围进行GIS 分析, 得到水源保护区范围。

在地下水的研究中，主要是采集逐年地下水位埋深数据，采用ArcGIS的反距离权内插法和标准差单元统计法，研究地下水位埋深变化和与之相关的地下水盐碱化、海水入侵等问题。

这方面研究起步较早，实例应用也比较多，如：福建省九龙江引水工程的生活饮用水地表水源保护区的界定。

对于山东省引黄灌区约１万ｋｍ２的地下水浅埋区存在着的盐碱渍涝问题的研究等。

2.管网方面：管网系统在GIS系统中是一个地图上的几何网络，而管网中的水流是有流速、水压、方向等属性。

GIS在管网中的应用主要就是在这个几何网络上建立与之对应的逻辑网络，从而实现相关的网络分析。

即众多文章里所说的管网拓扑关系生成。

国外:美国的RichardGreene等人利用GIS的网络分析功能与拓扑分析功能，将GIS与重力流污水管网设计程序GSDPM3结合起来描述排水流域状况，进行管网定线，确定污水提升泵站位置
及压力管路线。

国内：广州市以地理信息系统为核心建立的地下管线信息系统，引入了城市地下管线动态管理机制，提高了规划设计的准确性与科学性。

武汉市以ArcGIS 软件作为基础技术平台开展了城市污水综合治理工程之一的“武汉市主城区排水管网地理信息系统（GIS）工程”。

该系统包括管网管理、污水处理厂及泵站实时监控系统以及水动力学模型的建立，可实现全市污水处理收集系统的信息管理和污水厂及泵站实时监控，有效地提高了现有污水处理系统运行效率。

3.城市内涝方面：主要是利用拥有强大地理分析处理功能的ArcView GIS 等地理信息系统软件将城区划分为不规则的网格、节点、通道，将其信息及其相互之间的拓扑关系数字化，结合地下管网分布资料，制作完成城市暴雨内涝仿真模型数据库。

国外：美国在城市降水径流模型及城市排水系统的数值计算模型的开发上取得显著成绩，其中最有代表性的是城市暴雨雨水管理模型(SWMM)，对城市排水系统有很强的模拟计算功能。

国内：天津气象科研所与中国水利水电科学研究院减灾中心合作，在原有的城市洪涝仿真模型的基础上，研制了天津市城区沥涝仿真模型。

首次实现了城市暴雨内涝的地面积水模拟与城市管道水体模拟之间的结合，并将雨量自动监测信息和数值天气预报信息代入仿真模型，使该模型具备了一定的沥涝动态监测预报能力。

（四）总结
在GIS环境下，可以清楚地展现上述各类数据的空间分布特征。

比如哪有河流、坑塘，哪里有公路、铁路，什么地方有管道、泵站，水工程构筑物，它们的排水量是多少，何处高、何处低，都能一目了然。

GIS技术与给排水学科将有着越来越紧密的结合，将为给排水工作人员的设计管理提供越来越多的帮助。

（五）建议
目前在本专业中，GIS的引用还属于比较前沿的技术，至少在全国大部分高校相关专业本科阶段传统教材中都还不涉及这
一部分。

前不久，询问了重庆水务集团的某位基层负责人有关GIS在他们工作中的应用，得知对于水处理构筑物等的监控管理更多的仅是采用仪器联网监控，并未在GIS系统上进行拓扑开发。

这让我联想起假期里看的纪录片《管道医生》：当人们进入梦乡的时候，马路上却有这么几个人，拿着听漏棒、听漏仪，悄悄地行走在城市的大街小巷。

他们就是城市供水管道的检漏工，用人工的方式为对海量、三维的城市给排水管道及构筑物信息进行管理，并为相关部门提供决策依据。

可想这样的工作量和决策误差都会比较大。

因此，建议有关专业尽早涉及一部分这方面的知识，更积极地推动3S技术与给排水专业的结合。

（六）结论
地理信息系统作为获取、存储、分析和管理地理空间数据的
重要工具、技术和学科，近年来在给排水学科中得到了广泛关注和迅猛发展。

就发展趋势来看其在给排水学科中还有着更广阔的应用前景。

应该引起相关工程、管理人员的重视，进一步推广。

参考文献：
1.林桂兰等水源保护区划界的遥感与GIS 技术研究
2.杨东基于GIS的成都城市暴雨内涝预报预警系统研究开发
3.陶陶等GIS技术支持下的给水管网模型与网络分析
4.陈宇辉等城市给水排水管网系统专用GIS平台开发与应用
5.李力基于GIS的数字排水综合信息平台研究
6.王文勇等基于3S的地下水位埋深与土地盐渍化时空动态变
化关系研究。