浅谈GIS在震后供水系统的应用

　

(华北理工大学　河北　唐山　063200)

引言

地震引起建筑物、工程设施和社会系统等破坏，为生命安全、国家资源、自然环境都造成不可预测的损害，有很多大中城市位于地震带上且处于强震活跃期，发生大地震的可能性很大。在城市基础功能中起重要用的生命线系统，包括电力，供水，天然气，通信及道路，铁路运输等系统。城市供水管网系统是生命线工程之一，因此震后对供水管网系统进行分析具有及其重要的现实意义。国内外的地震经验证明,在震后做好城市“避、救”方面研究震时启动的应急预案的建议，当一系列的突发灾难降临时,我们无法选择逃避,应做好面对灾难的准备,特别针对不确定未来的自然灾难,我们更加需要预先思考生命线系统问题。

一、国内外研究现状

地理信息系统是获取、处理、管理和分析地理空间数据的重要工具与技术,自21世纪来，地理信息系统受到了国内外研究人员的青睐并迅速的发展起来。自然灾害分为很多种类，地震与空间地域密不可分,地震灾害属于空间信息范畴,而城市的抗震救灾、灾后修复工作正是以城市错综复杂的综合地理以及纷纭的人文信息为基础的,满足了这种需求。由于GIS具有分析海量信息、借助现代计算机技术最新的软、硬件功能的能力,使系统运行速度更加快捷,数据交流更加通畅高效。把GIS应用于抗震防灾中,可以运用其对空间地理信息、生命线工程、建筑物及其他救灾设施的数据信息,从而来建立切实的数据模型并及时做出损失评估和救援方案,从而提高了救灾效率。

2011年3月11日，在日本东北地区发生了日本历史上最严重的一次地震(Mw=9.0)，并引发了强烈的海啸，此次灾难于日本社会经济造成了难以想象的损失，超过20000人在此次灾难中丧生,在各大的生命线系统中[2]，供水系统受灾损害程度最为严重，在受灾的各个区县中，共有超过2000000家庭遭遇了断水问题，大规模的断水对社会生产和百姓生活都造成极大的困难。通过早先的市供水网络，在这次地震后通过GIS进行对该供水管网的破坏及恢复进行分析，此次地震造成的供水系统全面瘫痪问题，在震后一个月之后恢复了90%，通过GIS的空间数据模型对该消除地区的消除城市抗震薄弱环节，并给出供水系统全面、详细的、相应完善的措施。

叶耀先对公元18世纪以来世界上发生在城市中的14次强烈地震进行了分析研究。从其研究可见,18世纪到20年代中期,地震对人类造成的生命安全难以控制,地震死亡率非常高。而20世纪下叶以后,由于人类通过科学技术的研究及经济水平的提高，减轻地震灾害的能力日益增强,地震的人口死亡率逐年快速下降[3]。由此可见,只要认真推广应用现有成熟的抗震防灾措施,研究并开发确实有效的抗震防灾措施，就可以使地震灾害大为减轻。目前在国内,GIS也已经广泛运用在在输配水管网的日常管理,如上海、深圳、长沙、唐山等城市[4]。天津大学环境工程系也曾应供水企业的要求,以北京大学和中国地质大学的为实验室开发软件,并建立了城市供水管网管理系统,实现了供水管网图形数据和属性数据的计算机录入、修改对管线及各种设施进行了属性查询、空间定位以及定性、定量的统计、分析[5]。

通过大量地震灾害实例表明，在供水系统遭地遇震灾害过程后，保持破环状态时间与破坏的影响范围成正比，从而使供水系统的地震破坏造成的损失愈惨重。所以，当城市供水系统遭受地震灾害影响时，GIS可以提高震害应对效率，用最短的时间恢复其工作能力，把灾害造成的损失减少到最小。

二、供水震害及影响

地下管道的破坏形式主要有:

(1)管道接口破坏:如承插式管道接口的填料发生松动，插头脱出或是承口破坏;连续式钢管在焊缝连接处开裂，法兰螺栓松动等。

(2)管体破坏:如管体纵向或斜向裂缝，通过断层的管体或小口径管、锈蚀严重管体的折断等。

(3)连接破坏:在三通弯头、阀门以及管道与地下构筑物连接处的破坏。

管道接口破坏是三类基本破坏形式中,最为常见的。例如,日本冲绳地震中,接头拔出破坏占了破坏总数的75%。我国唐山地震中,接头拔出破坏占了破坏总数的79%[6]。

城市供水系统的基本组成部分为地下管道，多次高地震烈度地震的震害经验表明：地下管道极易遭受在地震破坏,从而会影响供水系统的功能性，使整个供水系统处于瘫痪状态,并伴随着火灾等次生灾害的发生。

三、Map GIS在供水管网的应用

地震灾害是不可预测并无法避免的自然灾害之一，不仅要做好灾害到来时的应急措施，最主要的是要做好应对灾害的准备，提高城市供水管线的管理水平，建立供水管网的信息管理系统选用Map GIS为地理信息系统平台[7]，系统能够储存全城的管网图形及其属性信息，随时更新数据，方便对管网的查询与安全监督。当地震等灾害发生时能够第一时间找到供水系统的破坏源头并及时修复；还能找出水质污染源，有效控制水污染。经广泛调查与研究，供水管网管理系统有以下功能[8]。

(1)区域内地形图的存储管理和漫游，地形图的局部修改和及时更新。

(2)供水系统各组成部分的基础数据存储管理。

(3)属性统计及数据输出功能。

(4)自然灾害及紧急事件事故处理和抢修工程功能。

(5)一般的管道工程辅助设计功能及管道维修管理功能等。