GIS在大凌河流域水资源管理中的应用

刘革

（辽宁省水文水资源勘测局，辽宁 沈阳 110003）

1 GIS技术的优势

GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析和显示的计算机系统。它采用地理模型分析方法，适时提供多种空间地理信息，辅助相关的地理研究和地理决策。由于GIS可将地理空间模型化并存储在计算机中，因此它还具有对研究对象进行描述、模拟和预测的功能。相对于常规意义上的信息系统，GIS具有空间分析能力强、数据来源广泛、工作方式直观形象等特点，在对空间数据的查询和分析功能要求较高的领域得到了广泛的应用。

水资源综合管理是对流域水资源的开发、利用、治理、配置、节约和保护等方面在系统层次上的定量分析和综合集成。一方面它提供了进行流域国土规划和经济布局规划的水资源基础，另一方面它通过对水量时空分配的再调整和水环境标准的制定，协调了抗旱防洪、节水灌溉、城镇供水、水环境保护等专项规划之间的关系，在水资源综合管理的过程中占有重要地位。

由此可见，在进行流域水资源规划和管理过程中，非常强调运用各种环境过程模型，如稳态和动态水流模型、多维水质模型和污染扩散模型等。这些模型大都具有明显的空间特性，但这些环境模型在对空间数据的操作尤其是在结果显示方面仍显困难。而空间分析和空间数据管理正是GIS的优势。GIS可以为这些环境模型提供整体的基于GIS逻辑原理的空间操作规范，用以反映具有空间分布特性的模型研究对象的移动、扩散、动态变化及相互作用过程。在GIS中，基本概念是空间位置、空间分布和空间关系，而基本研究对象是被抽象成点、线、面的空间实体及其相关属性。与之相对应，在环境模型中，基本概念是物质、能量及其运动转化，而基本研究对象是诸如水、人口等明显具有空间分布特性的环境要素。GIS和环境模型在概念和研究对象上的相似性、互补性，使得二者的结合合理，又具有实用价值。

2 GIS在水资源管理中的应用

2.1 建立GIS系统

GIS软件选用美国 Esri公司的 ArcGIS9.1。ArcView是可提供地理数据显示、制图、管理、分析、创建和编辑的 GIS桌面软件。根据需要选择空间分析模块（Spatial），该模块适合于水利行业的专业算法和分析功能，包括对栅格数据的转换、显示、处理和分析功能。可完成矢量数据到栅格数据的转换、等值线生成、汇水分析、上游追溯分析、下游追溯分析、点密度图生成、连续表面生成、坡度坡向及光照模型生成、邻近及区域分析、栅格分类及显示等功能。

GIS系统数据一般由空间矢量和属性数据两大类组成。空间矢量数据主要包括通用的电子地图和根据工作内容制作的各类图层而产生的矢量数据。通用的电子地图通常根据工作内容选购不同比例尺的矢量数据和空间要素图层，专题制作的矢量数据则通过数字化仪或其它数字化输入手段来获取，而带有空间属性数据的要素也可以通过GIS系统的数据导入工具来获取矢量数据。空间要素属性数据分为静态和动态数据两种类型，静态数据大部分是将各图层要素相关的特征数据，进行人工收集、整理，录入到图层要素属性数据表中。动态数据一般是通过图层要素属性数据表中建立的关联字段与数据库中相关数据表的对应字段进行关联，达到图层要素与动态数据动态链接。

根据大凌河流域上游水资源综合管理规划需要，同时为了更好的利用GIS空间分析、数据存储、管理、直观展示空间数据的功能，收集了相应的空间数据，和与空间数据相关联的各种属性数据，水文数据、用水数据、社会经济数据等。

（1）基础图层数据。大凌河流域1∶5万电子地图，包含市、县区、乡镇行政区，市、县区、乡镇、村屯驻地，水库，大凌河流域界，大凌河流域DEM数字高程图，Mike Basin流域模型软件生成的规划单元图、用水单元图。通过这些基础图层数据，形成了GIS成果图底图。用水单元与规划单元图层，是各种用水数据的统计基础。

（2）水文数据及站点信息。具有地理位置信息的空间数据主要包括，灌溉用水户地下水站、城市供水地下水站、工业地下水站、土壤含水量观测站、河流水质站、水文站、雨量站、地下水观测站、大量用水的企业用水户、蒸发站、水文局水质站等。主要的属性数据为各站的站名、位置、经纬度、所在子流域。然后将这些数据信息，通过GIS典型操作，散点图地图化功能，将这些站点数据转化成ArcGIS图层。

2.2 建立用水数据库

主要包括用水量数据与社会经济数据。

（1）城镇生活用水，包括水源代码、水源名称、单元代码、供水机构、年份、居民人口、用水定额、居民年用水量、公共年用水量、资料来源、备注。

（2）工业用水，包括水源代码、水源名称、单元代码、企业名称、年份、年产量、万元产值用水量、年取（用）水量、重复利用率、最大日取水量、年耗水量、回归系数、年排水量、资料来源、备注。

工业用水基本信息。水源代码、水源名称、单元代码、用水地点、企业名称、企业性质、年份、主要产品、主要生产工艺、工艺的先进程度、排入河名、排入地点、排入方式、主要污染物、资料来源、备注。

（3）农村生活畜牧业用水。单元代码、年份、乡、居民人口、居民用水量定额、大牲畜头数、大牲畜用水定额、大牲畜用水量、小牲畜头数、小牲畜用水定额、小牲畜用水量、家禽只数、家禽用水定额、家禽用水量。

（4）农业用水。水源名称、单元代码、灌溉耕地所在乡、灌溉耕地所在村、年份、作物种类、实灌面积、用水定额、灌溉水量、资料来源、备注。

根据数据量情况，考虑到ArcGIS能直接对MS Access数据库的内容进行调用，因此选用MS Access数据库，来进行基础数据的存储与数据的查询。

2.3 GIS与用水数据库的连接应用

由于大凌河流域水资源综合管理规划中，水资源量部分的主体是由ArcGIS平台下的流域水资源模型Mike Basin来完成的。GIS在大凌河流域水资源综合管理规划中的主要功能是数据的分析、与成果图生成。生成的主要成果图，包括朝阳市大凌河流域范围图、规划单元分区图、降水等值线图、雨量站图、径流深等值线图、径流水质含水量站（河流水质站、蒸发站、土壤含水量观测站、水文站），企业用水图、用水量图（农业灌溉、工业用水、农村生活用水、城镇生活用水）、自来水厂水源地图、工业产值图、粮食产量图、农业面积图、人口分布图、牲畜数量图。

通过关键字段将用水数据库信息与GIS图层属性数据进行关联，直接将用水数据库数据直观的通过各种统计图，专题图的形式表现出来，便于空间数据的分析，使得更容易对各类数据清晰地理解。以专题地图为例：专题图是GIS从各种角度挖掘和分析数据，实现高效、科学管理的重要功能。它是使用各种图形样式(如颜色或填充模式)图形化地显示地图基础信息的一类地图。专题图是分析和表现数据的一种强有力的方式，用户可以通过使用专题地图的方式将数据图形化，使数据以更直观的形式在地图上体现出来。当使用专题渲染在地图上显示数据时，用户就可以清楚地看出在数据记录中难以发现的模式和趋势，为决策支持提供依据。

大凌河流域水资源综合管理中所涉及到的有社会经济、水文地质等诸多因素，具有数据种类多数据量大等特点，同时需要处理大量的图形和文字资料，这是一项非常复杂而艰巨的任务。由于GIS能够管理属性数据和空间数据，能将数据与图形有机结合，具有图形表示综合数据，数据在图上定位的特点。而且GIS中的专题地图不仅可以具有普通地图的功能，还可以进行不同的专题图的任意组合，以及对属性数据进行各种空间分析，向用户提供图形、表格、图象及多媒体等直观的结果，所以在此项目中GIS技术得到了很好的应用。