浅析城市供水地理信息系统（GIS）应用

陈洪波

【摘  要】随着城市的快速发展，城市供水系统日趋复杂，而GIS系统作为城市供水管理中重要的信息化工具，能有效解决城市供水系统中的各种问题。本文将以哈尔滨市为例，对在城市供水中地理信息系统的具体应用，希望能为有关机构和人员带来一些帮助。

【关键词】城市供水;地理信息系统;发展应用;

引言

城镇供水是关系国计民生最主要的基础设施之一。哈尔滨自来水集团公司担负着350万居民的生活用水和生产用水。目前，全市设有14个水厂和泵站，管理着各种供水管线870km，日供水107万m3，其责任关系到哈尔滨市人民生活之安定与经济的发展繁菜。也可以说，是否能保障把净水源源不断地运到千家万户，工厂企业、宾馆、饭店、旅游、娱乐等用户是城市形象和投资环境最为骰枢的观察标雅。因此，如何做好供水调度，实施对各水厂、管网各种参数的自动化监测，为调度人员指挥生产，合理调整水量提供快速可草的信息至关重要。随着给水行业的不断发展，城市供水管网的信息量越来越大。现在铺设于地下的供水管线，少则幾十公里，多则数百上千公里，管线的连接复杂，用户信息数量巨大，且更新速度快，这些都为供水管网的管理带来很大的国难。为了管理好这些信息，各水同通过建立档案室等改进管理方法，但手工管理仍难满足要求，繁重的工作往往使这些资料不能充分发挥作用。建立合适的地理信息系统为解玦这一问题提供了强有力的工具。[ 1 ]

1.地理信息系统的概念

地理信息系统（Geographical Information System，GIS）是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。地理信息系统与其它信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理代码，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。在地理信息系统中，现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象，这些地理特征至少由空间位置参考信息和非位置信息两个组成部分。

地理信息系统是一门多技术交叉的空间信息科学，它依赖于地理学、测绘学、统计学等基础性学科，又取决于计算机硬件与软件技术、航天技术、遥感技术和人工智能与专家系统技术的进步与成就。此外地理信息系统又是一门以应用为目的的信息产业，它的应用可深入到各行各业。

2.地理信息系统应用场景

地理信息系统最早应用在资源环境管理中。目前它已经广泛用于资源环境，如森林、矿产、水利及农牧业等的管理;自然资源，如林业、地质矿藏、水资源等的调查;自然灾害，如水旱在害、虫害、震灾等的监测、预报、评估;环境保护，如水土流失、荒漠化治理等方面。

3.城市供水管网地理信息系统的结构和功能

建立城市供水管网地理信息系统的首要任务是建立一个综合性管网资料数据库，实现各种空间数据、统计数据和观测数据的统一存储和管理，利用地理信息系统进行管网现状分析（包括：年代、管径、材质等），并在此基础上建立供水管网的水利数学模型，进行管网运行状态分析（包括：流速、压力、沉积等），进而通过优化模型生成优化调度方案，只有这样才能准确分析的基础上实现供水管网信息的科学管理。[ 2 ]

4.GIS在供水行业中的功能

我国城市供水管网大部分采用直埋方式，由于历史原因，很多工程并没有竣工图留存下来，而且数据仍停留在纸质图纸的阶段，各种数据极其分散，没有统一的管理人员。管网巡检全靠老员工的“活地图”，具体位置靠推测，管道濒临破损边缘却无人知晓，第三方施工破坏供水管线的情况屡见不鲜。许多城市甚至找不出一个部门可以拿出城市综合地下管网图，普查后的数据得不到及时的更新，应用驱动力不足，系统基本被搁置，过几年再重复进行新的管网普查、建库，长此以往，城市综合地下管网仍是乱象丛生。

GIS系统最重要的组成部分是GIS数据，保证GIS数据的现势性是关键。GIS系统管理的数据主要分为两大类，一类是管网设备的地理信息，另一类是管网设备的属性信息。管网数据的处理流程如图1所示。[ 3 ]

对城市供水行业来说，GIS的功能主要体现在以下几方面：

管网的查询、统计和分析。除了可以查看地下管线的空间分布情况外，还可以根据需要按自定义条件查询管网信息，并且查询结果可储存为统计报表。

管网编辑、自动捕捉。通过编辑工具栏，可以对管线和阀门、水表等进行任何形式的增加、删除、修改等编辑工作;自动捕捉功能则可以非常高效及准确地完成编辑。

电子地图维护管理。通过与CAD互相转换，可以将GIS数据导出CAD进行规划设计，还可以将CAD竣工图导入到GIS系统中，节省录入时间，提高录入准确度。

管网基础资料维护管理。对供水管网的拓展延伸、废弃、维修保养等信息，通过查询、输入、合并、编辑等操作加入到已建立的供水管网地理信息系统中，对其他资料进行动态管理。

爆管分析。出现爆管事故后可及时查询优先关阀方案和候选关阀方案，提供准确的停水信息，将爆管对居民生活的影响降至最低。

阀门状态管理。阀门的开关状态影响到供水管道的水流走向以及分区计量的准确性，用户根据阀门实际状态调整系统中阀门的状态记录，每次操作都会有日志记录，防止出现误操作。

优化调度。对整个城市的输配水系统进行全面监测，可以与SCADA系统和供水管网水力模型相结合，合理地调度泵站的流量与压力，分配不同区域的供水量等。

供水管网水力模型。在整个供水管网数据完善的前提下，通过水力模型可以计算各节点的水压、水管的流速、水流的阻力等参数，确定最优的泵站加压方案，让调度人员实时了解各区域的供水情况，进行相应的调度。[ 4 ]

总结

在如今高速发展的城市里，城市供水的稳定性的重要性越来越突出，而应用地理信息系统除了能有效的提高城市供水的稳定性外还有很多的应用。要以准确的管网数据资料为基础，建立科学的数学模型，辅助决策者决策，提高供水管网的科学管理水平该系统在全国城市供水行业得以广泛推广，必将大幅度提高供水行业的科学化管理水平。而且还可以广泛的应用于排水管网、石油管道、城市供暖、煤气和天然气、地下电缆、地下光缆等地下管网的计算机综合管理，具有很强的现实意义和远大的发展前景。

参考文献：

[1] 王鑫.中国地理信息系统的发展现状与建议.居舍.2019年：183.

[2] 隋平;孙敏刚;王云华.城市供水地理信息系统的应用.水利天地.2000年：34.

[3] 徐冰;王平;李继深.浅析城市供水地理信息系统（GIS）应用.黑龙江水利科技.2001年：61+63.

[4] 童新华.试论地理信息系统在城市供水中的应用.黑龙江高教研究.2016年：156-158.