"摘要：近十年來隨著給排水科學與工程的不斷發(fā)展，對于給排水系統(tǒng)的設計、管理提出了更高的要求。正是在這種時代背景下，學科之間的相互滲透與借鑒，促使了給排水在科研與應用上取得了蓬勃發(fā)展，本文主要介紹現(xiàn)代地理信息技術中的GIS技術在給排水科學與工程中的應用。

（一）背景介紹
GIS是綜合處理和分析地理空間數(shù)據(jù)的一種技術系統(tǒng)，是以測繪測量為基礎，以數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)儲存和使用的數(shù)據(jù)源，以計算機編程為平臺的全球空間分析即時技術。
GIS技術在給排水科學與工程中主要有以下幾種應用：
1.實現(xiàn)給排水管網(wǎng)的可視化和數(shù)字化；
2.對閥門等設施與構(gòu)筑物的坐標進行定位及實時監(jiān)控；
3.對河流及濕地生態(tài)景觀的動態(tài)研究；
4.對地下水位埋深與土地鹽漬化的研究；
5.對城市暴雨內(nèi)澇進行監(jiān)控預報。
（二）問題意義
1.水源方面：隨著人口的激增，對水源水質(zhì)、水量提出來更高的要求，而地形變化是影響水源性質(zhì)的重要因素之一。其中主要表現(xiàn)為對水源地的地理環(huán)境監(jiān)控和水源的功能區(qū)劃與區(qū)域水資源的優(yōu)化以及地下水的埋深與鹽堿化、海水入侵等相關性問題的研究。對于水源利用與保護有著重要的意義。
2.管網(wǎng)方面：隨著我國經(jīng)濟建設迅速發(fā)展，城市規(guī)模日益擴大，人口的高度集中化，對城市給排水系統(tǒng)的建設和管理提出了越來越高的要求。給排水系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)復雜、縱橫交錯、分布廣泛，信息量及查詢量大、保存期長、要求不間斷運行等特點，傳統(tǒng)的手工管理模式對海量、三維、具有典型空間分布性和時序性的城市給排水管道及構(gòu)筑物信息難以實現(xiàn)快速、準確、高效的存儲、管理、查詢、統(tǒng)計和分析，更無法為市政建設和管理部門提供準確的決策依據(jù)。因此，市政部門迫切需要利用信息技術來提升和改造傳統(tǒng)的管理方式，提高給排水行業(yè)的建設效果、管理效率和決策能力。
3.城市內(nèi)澇方面：近幾年來，我國城市水災加劇現(xiàn)象尤為突出。依托 GIS 為支撐平臺，建立推廣城市暴雨內(nèi)澇仿真系統(tǒng)，提高城市暴雨內(nèi)澇災害監(jiān)測、預報、風險評估的一體化水平，加強暴雨洪澇風險分析，在充分把握災害演變規(guī)律基礎上，對提高防汛指揮決策的科學化水平，具有重要意義。
總之：把GIS技術引入給排水科學與工程中，利用GIS技術來獲取、管理和監(jiān)控水的社會循環(huán)中的各種空間信息和屬性信息并通過地理建模來實現(xiàn)多種高級空間分析和提供決策支持，實現(xiàn)對社會水循環(huán)中圖形庫和信息庫的一體化管理和動態(tài)更新，可大大提高水工程相關部門人員工作中設計與管理的質(zhì)量和效率。

（三）應用和現(xiàn)狀
1.水源方面：在對地表水源的應用中，主要是對GIS系統(tǒng)的直接引用，利用Arc/ info GIS 等工具軟件和遙感圖像處理工具軟件, 逐步進行處理，為高程點、水系圖層建立數(shù)字地形模型,劃分流域，綜合行政管理區(qū)邊界圖層、道路圖層, 根據(jù)水源保護區(qū)劃分原則, 對引水渠( 管道) 緩沖區(qū)、匯水區(qū)盆地和流域范圍進行GIS 分析, 得到水源保護區(qū)范圍。在地下水的研究中，主要是采集逐年地下水位埋深數(shù)據(jù)，采用ArcGIS的反距離權內(nèi)插法和標準差單元統(tǒng)計法，研究地下水位埋深變化和與之相關的地下水鹽堿化、海水入侵等問題。
這方面研究起步較早，實例應用也比較多，如：福建省九龍江引水工程的生活飲用水地表水源保護區(qū)的界定。對于山東省引黃灌區(qū)約１萬ｋｍ２ 的地下水淺埋區(qū)存在著的鹽堿漬澇問題的研究等。
2.管網(wǎng)方面：管網(wǎng)系統(tǒng)在GIS系統(tǒng)中是一個地圖上的幾何網(wǎng)絡，而管網(wǎng)中的水流是有流速、水壓、方向等屬性。GIS在管網(wǎng)中的應用主要就是在這個幾何網(wǎng)絡上建立與之對應的邏輯網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)相關的網(wǎng)絡分析。即眾多文章里所說的管網(wǎng)拓撲關系生成。
國外: 美國的RichardGreene等人利用GIS的網(wǎng)絡分析功能與拓撲分析功能，將GIS與重力流污水管網(wǎng)設計程序GSDPM3結(jié)合起來描述排水流域狀況，進行管網(wǎng)定線，確定污水提升泵站位置及壓力管路線。
國內(nèi)：廣州市以地理信息系統(tǒng)為核心建立的地下管線信息系統(tǒng)，引入了城市地下管線動態(tài)管理機制，提高了規(guī)劃設計的準確性與科學性。武漢市以 ArcGIS 軟件作為基礎技術平臺開展了城市污水綜合治理工程之一的“武漢市主城區(qū)排水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（GIS）工程”。該系統(tǒng)包括管網(wǎng)管理、污水處理廠及泵站實時監(jiān)控系統(tǒng)以及水動力學模型的建立，可實現(xiàn)全市污水處理收集系統(tǒng)的信息管理和污水廠及泵站實時監(jiān)控，有效地提高了現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)運行效率。
3.城市內(nèi)澇方面：主要是利用擁有強大地理分析處理功能的ArcView GIS 等地理信息系統(tǒng)軟件將城區(qū)劃分為不規(guī)則的網(wǎng)格、節(jié)點、通道，將其信息及其相互之間的拓撲關系數(shù)字化，結(jié)合地下管網(wǎng)分布資料，制作完成城市暴雨內(nèi)澇仿真模型數(shù)據(jù)庫。
國外：美國在城市降水徑流模型及城市排水系統(tǒng)的數(shù)值計算模型的開發(fā)上取得顯著成績，其中最有代表性的是城市暴雨雨水管理模型(SWMM)，對城市排水系統(tǒng)有很強的模擬計算功能。
國內(nèi)：天津氣象科研所與中國水利水電科學研究院減災中心合作，在原有的城市洪澇仿真模型的基礎上，研制了天津市城區(qū)瀝澇仿真模型。首次實現(xiàn)了城市暴雨內(nèi)澇的地面積水模擬與城市管道水體模擬之間的結(jié)合，并將雨量自動監(jiān)測信息和數(shù)值天氣預報信息代入仿真模型，使該模型具備了一定的瀝澇動態(tài)監(jiān)測預報能力。
（四）總結(jié)
在GIS環(huán)境下，可以清楚地展現(xiàn)上述各類數(shù)據(jù)的空間分布特征。比如哪有河流、坑塘，哪里有公路、鐵路，什么地方有管道、泵站，水工程構(gòu)筑物，它們的排水量是多少，何處高、何處低，都能一目了然。GIS技術與給排水學科將有著越來越緊密的結(jié)合，將為給排水工作人員的設計管理提供越來越多的幫助。
（五）建議
目前在本專業(yè)中，GIS的引用還屬于比較前沿的技術，至少在全國大部分高校相關專業(yè)本科階段傳統(tǒng)教材中都還不涉及這一部分。前不久，詢問了重慶水務集團的某位基層負責人有關GIS在他們工作中的應用，得知對于水處理構(gòu)筑物等的監(jiān)控管理更多的僅是采用儀器聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，并未在GIS系統(tǒng)上進行拓撲開發(fā)。這讓我聯(lián)想起假期里看的紀錄片《管道醫(yī)生》：當人們進入夢鄉(xiāng)的時候，馬路上卻有這么幾個人，拿著聽漏棒、聽漏儀，悄悄地行走在城市的大街小巷。他們就是城市供水管道的檢漏工，用人工的方式為對海量、三維的城市給排水管道及構(gòu)筑物信息進行管理，并為相關部門提供決策依據(jù)。可想這樣的工作量和決策誤差都會比較大。
因此，建議有關專業(yè)盡早涉及一部分這方面的知識，更積極地推動3S技術與給排水專業(yè)的結(jié)合。
（六）結(jié)論
地理信息系統(tǒng)作為獲取、存儲、分析和管理地理空間數(shù)據(jù)的重要工具、技術和學科，近年來在給排水學科中得到了廣泛關注和迅猛發(fā)展。就發(fā)展趨勢來看其在給排水學科中還有著更廣闊的應用前景。應該引起相關工程、管理人員的重視，進一步推廣。
參考文獻：
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2.楊東   基于GIS的成都城市暴雨內(nèi)澇預報預警系統(tǒng)研究開發(fā)
3.陶陶等    GIS技術支持下的給水管網(wǎng)模型與網(wǎng)絡分析
4.陳宇輝等  城市給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)專用GIS平臺開發(fā)與應用
5.李力      基于GIS的數(shù)字排水綜合信息平臺研究
6.王文勇等  基于3S的地下水位埋深與土地鹽漬化時空動態(tài)變                    化關系研究"