浅谈GIS 在水利水电工程建设中的应用

李 鑫

（辽宁省水资源管理集团有限责任公司，辽宁 沈阳 117200）

在科技发展过程中，政府为推动各个领域相互合作，共同发展，充分体现现代信息技术的优越性，提出了“数字中国”的发展战略。最为突出的就是GIS 技术，作为“数字中国”的重要组成部分，在水利水电工程建设中起到了不可或缺的作用。在保障社会经济效益的前提下，通过提高工作效率，创造了更多经济收益。

1 GIS

地理信息系统（GIS）是一种现代信息技术不断发展的产物，其主要由计算机系统、地理数据以及用户等三部分做成，能够利用数据的空间属性，将图形与数据相结合，在可视化平台上多维地将相关数据展示出来，揭示数据之间的关联性和隐藏在数据之后的信息[1]。在该系统中，具有空间内涵的地理数据被作为系统处理的对象，借助系统工程以及信息科学的相关理论，对相关信息进行进一步的处理和分析，为相关工程的决策、管理以及规划等工作提供可靠的依据。

GIS 系统一般情况下包含三个基本部分：计算机系统（软件和硬件）、地理数据库系统以及应用人员与组织机构。具有四个基本功能：①数据的采集和编辑；②数据的存储和处理；③数据处理；④空间分析。

2 GIS 在水利水电工程建设中的应用

2.1 应用于施工总布置可视化动态演示

GIS 采用较为先进的混合数据库模式，由图形数据库和图素属性数据库组成，前者主要对各种专题图以及组成专题图的各种图素进行储存，能够根据需要将不同性质的图素放置于不同的图层之上，便于进行相关信息的查询和分析，而后者则主要对描述图素的属性数据进行储存。在GIS 之中，不同的空间数据能够通过内部代码和用户标识码将其与属性数据联合起来，作为公共数据进行储存和管理(如图1)，使得描述图素的属性数据能够与相对应的图素一一对应。在具体的应用中使得GIS 能够实现以下几种功能：①以三维全景形式显示枢纽施工的总体布置情况；②使用三维动态形象对枢纽施工的全部过程进行有效演示，能够让相关人员能够较为直观地了解到施工流程；③在实现三维枢纽布置模型建立的基础上，能够对枢纽布置的各项信息进行可视化的查询，使得相关人员能够详细地了解建筑物的设计参数、设计图纸以及工程施工进度等情况；④能够将总体施工的实时统计数据和统计结果采用动态柱状图的形式进行展示，使得相关人员对施工的整体情况有较为明确的掌握；⑤能够对枢纽工程中主要建筑物施工全过程进行动态演示[2]。

图1 GIS 内部数据管理

2.2 应用于混凝土坝施工

混凝土坝施工是整个水利过程极为重要的施工部分，直接影响到整个水利水电工程施工的进度情况和费用高低，施工较为复杂，浇筑量十分巨大，坝块数量较多，加之受到多种因素的影响，极大地增加了工程管理者对相关施工内容进行管理的难度。而GIS 则能够与系统仿真技术相结合（图2），将工程的相关数据通过系统进行模拟和重建，进而在模型的基础上进行必要的设计和模拟，模拟在建设过程中可能出现的情况和危险，进而从多种方案中选择较为合理、经济以及安全的施工方式，并且对目前的施工计划进行必要的调整和改进，在提高工程安全性的同时，保证工程可以获得较大的经济效益。

图2 GIS 与系统仿真的集成方式

2.3 应用于施工导截流三维动态可视化

导截流是水利水电工程建设中十分重要的一个环节，对水利水电工程河流起到引导和截流的作用，具有较大的风险性，因此在进行导截流工作前需要进行严密设计和安排，尽量降低其对周围环境的影响和风险。而GIS 强大的数据库管理能力和图形显示输出能力在这一环节中能够充分的体现其重要性，导截流相关信息输入到GIS 系统之中，通过系统中相应的仿真模块，对工程主体和挡泄水建筑物进行充分的模拟，模拟在施工过程中不同施工单元的开始时间、持续时间以及水流情况等，使得相关人员能够对导截流工程有较为清晰的认识，对整体的工程内容有一定的把握，通过模拟结果来对导截流工程进行详细的安排和管理，同时也能够针对具体的流程和单元进行详细的研究和探讨，尽量降低导截流工作对周围影响和工程风险，保证水利水电整体工程能够顺利进行。

3 GIS 的发展及展望

随着现代信息技术和科学技术的不断发展，GIS 在水利水电工程建设中的应用也越来越广泛，相信在未来的水利水电工程建设中，GIS 将会得到更加有效的应用[4]。

3.1 与三维建模技术协同使用

GIS 具有良好的可视化模拟技术，并且能够进行较为有效的三维地质模型建立，但是在GIS 中其模拟依旧只是停留于面模型的建立之中，在整体区域的全面模型建立方面仍旧存在着一定的不足。因此在以后的研究发展中要增强GIS 与三维建模技术的协同应用，增强GIS 的模拟能力，为工程建设提供更加全面、可靠的信息。

3.2 4DGIS

GIS 目前的研究阶段主要仍旧是对三维GIS 的研究，着重于三维数据的结构设计、优化以及运用方面的研究，但是在DIS 的实际应用过程中，不仅要对区域基础信息进行分析和整理，还要将区域时态加入到数据分析之中，即对环境的时间属性进行分析。而目前尚未进行相应方面的研究，在GIS 未来的发展中要将时间属性纳入到实际应用之中。

3.3 WebGIS

随着全国范围水利信息的建立，为了保证工程建设的有效性，将其对周围水域、城市等影响降到最低，建立完整的WebGIS 已经成为未来GIS 发展的主要方向之一。通过现代互联网技术实现不同区域内不同数据的交互和分析，提高区域的协同性，有效利用水资源，进行完整有效的水利建设。

4 结语

水利水电工程是国民经济的基础措施，是促进社会发展的重要因素，可以提高水利水电工程建设的高效性和安全性，对于国家发展具有十分重要的意义。GIS 强大的分析能力和图形显示能力使其成为现代水利水电工程建设中不可或缺的辅助手段，不同技术与GIS 的融合，使得水利水电工程的建设愈发顺利，能够最大化实现工程的经济效益和社会效益，但是这并不意味着GIS 已经发展到了最终的阶段，随着现代信息技术的发展和进步，GIS 仍然具有较大的发展空间，我们要在应用GIS 的同时，不断在其中融入其他技术，增加GIS 的分析能力和模拟能力，保证其能够更加全面有效地促进水利水电工程建设发展。