1、GIS 在城市给水排水中的应用【摘要】随着科技不断发展，给研究人员带来了许多新的更大的问题，在这些发展中我们也看到改善的希望和新的挑战，如何将 GIS 与供水系统完好的结合，提高配水系统的安全可靠性都需要我们进一步努力研究。文章主要阐述了有关 GIS 在我国城市给水排水中应用的一系列问题。 【关键词】GIS，城市给水排水，应用 中图分类号： S276 文献标识码： A 一.前言 当前城市给水排水管网系统中普遍存在管理落后、无法提供有效信息和现实性不强的问题。为了有效的解决这些问题，在城市给水排水管网系统中应用 GIS 技术是必然的选择。针对我国 GIS 在城市给水排水中的应用进行深入的研究和探
2、讨。 二.概述 随着城市人口增长和建设的发展，城市配水系统的规模和复杂程度日益增大，使得现有的配水系统存在不同程度地供水压力、分布不合理和耗电较多的严重问题。为了充分利用水资源和节约能源，使城市供水安全经济，满足人们需水要求，配水系统的优化是时刻摆在各供水部门面前的重要课题。 给水排水管网是城市的重要基础设施之一，而由于其分布集中性和不可见性使得管理的难度越来越大，传统的图纸图表管理方式已经难以进行有效的管理和应用。而地理信息系统，简称 GIS，以强大的信息、技术功能以及图形化方式而具备了广阔的应用前景。1地理信息系统，即GIS，是一个基于数据库管理系统的分析和管理空间对象的信息系统，它以地理
3、空间数据为操作对象，经过了 40 年的发展，到今天已经逐渐成为一门相当成熟的技术，并且得到了广泛的应用。给排水管网 GIS 主要是把城市的地理位置与给水管网系统设施结合在一起，用于设施的图形管理、供水业务管理、漏水监测和辅助调度作用。GIS 是城市给水排水管网信息管理的发展和必然趋势。 三.给排水管网 GIS 系统数据质量控制的意义 数据是给排水管网 GIS 系统得以稳定、高效运行的基础,其投资也是GIS 建立所需的投资比重中较大的一块。随着给排水管网地理信息系统功能的不断完善,对 GIS 数据的质量提出了更高的要求,但如果单纯地对 GIS系统数据质量进行评价,不采取有效的措施对现有数据采取控
4、制、修复手段的话,那就没有使数据质量评价落到实处,从而发挥 GIS 系统在管网信息化管理中的高效作用。因此,可以对 GIS 数据质量控制的意义归纳为以下几点: 1.确保 GIS 数据的质量,保障 GIS 使用者的投资目的,减少经济损失。2.使得 GIS 系统数据质量评价结果不流于空洞,真正使其成为指导系统运行管理和决策的依据。 3.质量控制是 GIS 系统生存和发展的保证,能使 GIS 系统像其它工业产品一样,能通过有效的手段提高其质量,获得用户的信任。 4.质量控制有利于 GIS 系统的数据查询和分析技术的提高,促进 GIS系统更好地发展。 总之,给排水管网 GIS 系统数据质量控制体系的建
5、立将有利于提高GIS 系统的应用水平,使得数据质量评价的成果在实践中得以发挥价值。 四.城市给排水管网的 GIS 应用 1.国内外在供水系统的网络建模方面进行了大量研究，归纳起来可以将网络分析模型分为两类：宏观模型和微观模型。宏观模型由美国学者 Robert Demoyer 在 1975 年提出。这类模型应用了“黑箱理论” ，它避开配水系统结构的复杂性，利用获取的几种重要的管网参数，在这些变量运行记录的基础上，利用系统回归分析的方法，建立各变量之间的函数关系式，从而反映出管网的状态变化。2宏观模型的应用是以统计分析理论为基础,建立系统网络分析模型,适应系统比较差，精度低，使用时需要考虑这些局限
6、；微观模型是在尽可能考虑管网的拓扑结构及管网各元素间的水力关系的基础上，建立起的管网仿真模拟模型，需要利用质量平衡方程、能量平衡方程求解系统工况。 城市给排水管网的隐藏性决定了其复杂性，因而给排水管线的数据显得尤为重要，这就要求给排水管网系统是一个动态可维护的系统。GIS可满足专业管线管理部门对管线的空间定位、属性查询和空间分析，能够建立四维矢量拓扑关系，尤其是网络分析功能，这为城市给排水管网的规划设计、管理调控提供了强有力的支持。其中最优路径、事故决策、网络特殊中断处理等网络分析功能，更是发挥着无可比拟的作用。3在应用 GIS 空间分析功能的排水管网系统设计中，排水泵站地理位置分布、管线空间
7、布置和主干管的埋设都大大降低了系统工程的造价。而城市建立各工业区及生活小区污水排放、污染源空间和属性数据库，将水质模型与各种规划模型扩展到 GIS 分析模块后，可以建立使用的决策支持系统，以用来优化选择城市或区域的污水厂的数量及其位置分布。 2.城市给水排水管网应急预警系统分析 在实际工作中，各种类型的故障都会破坏城市给水排水管网的功能。因此，为了保证城市供水排水的可靠性，就要求管理部门能够快速、准确的找出事故点的位置，及时调度阀门，使维修时间最短、停水区域最小、关闭的阀门最少，这就是阀门的应急预警问题。 由于工程图纸量非常大，常常难以及时、准确、全面的提供管网的拓扑结构信息，这不仅会浪费大量
8、的人力物力，还有可能导致决策的失误。因此，应用 GIS 管网应急预警系统显得尤为重要。 如果实际工作中，管网某处发生爆炸，首先接到用户的反映，工作人员根据用户说明的地址，在管网地图和属性数据库中查找相关资料，以确定发生爆炸的管段编号、直径、管材、埋设日期和准确的埋管位置。然后运行阀门调度程序，可轻松得出阀门优化调度的合适方案。这些工作做好之后，把相关信息和资料交给施工抢修工作人员，实现快速准确的开展现场抢修工作。4 3.水质污染状况和趋势分析 根据水体上检测断面的检测数据，对整个区域的水体污染指数进行客观、全面的评价，是区域水体质量现状评价工作的重中之重。这可以反映出区域水体受污染的程度、空间
9、分布情况以及该水体中工业污染源所占的比例，为环保局决策人员提供信息，以便做出正确的决策。可以从数据库海量的信息中迅速的确定所需要的管网信息，大大提高工作效率。方便管理人员定性、定量的了解给水排水管网的运行情况。可以迅速的做出最优的事故处理方案，准确的指示出应该关闭的阀门和检修的检查井，方便工作中的抢修与维护。可以很好的显示出管网的状况和相关位置，使管网的隐蔽性变得可见，实现地下管网的可视化管理。5 在城市给水排水中，应用 GIS 分析功能分析出污水处理效果，以采取最有效的污水处理方式，减少污水对附近水体中微生物的影响。另外，还要对水体的各项检测指标进行月、季或年度比较，以图表展示出来，直观的显
10、示出历史变化趋势，这有利用管理部门总结出各区域的污染发展态势。 五.GIS 在城市给水排水管网系统中应用的优化和展望 1.寻优方式 将 GIS 信息管理系统与供水管网优化调度有机的结合起来，实现供水资料的科学管理、信息资源的二次开发，可以提高操作人员的工作效率并且能够提高在调度决策和判断上的准确性与可靠性，为各级管理人员提供调度决策上的有力支持。根据决策变量的选取，可将寻优方式分为:6 (1)直接寻优，以各泵站各种泵的数量及泵流量为变量建立直接优化模型。 (2)二级寻优。第一级优化仍是基于多目标决策原理，以各泵站供水量和供水压力为变量建立优化模型。 2.展望 在当前，GIS 技术得到了长足的发
11、展，尤其是在城市给水排水系统中的应用，未来的 GIS 技术发展将使得在给水排水中的应用更加广泛。将神经网络、模糊控制理论和专家系统与 GIS 集成，将 GIS 扩张至多维分析，3S（RS、GIS、GPS）集成等等，都会应运而生。而随着计算机技术和通信技术的完善，GIS 将在城市给水排水领域的应用广泛的集成 GIS 技术、GPS 技术、多媒体技术、CAD 技术和人工智能技术。 六.结束语 我国是一个人口大国，城市给水网错综复杂，为了满足我国城市不断增加的供水排水需求，应用 GIS 技术建立信息管理系统，有助于提高工作效率、降低事故损失，同时给管理部门提供辅助决策。所以，针对GIS 在我国城市给水
12、排水中应用进行深入的研究和探讨是有着十分重要的意义。 参考文献： 1李满春,任建武,陈刚.GIS 设计与实现.北京:科学出版社,2012. 2马骏、刘兴坡,城市排水 GIS 数据分析与组织,中国市政工程,2011. 3陈为、张金松,城市水系统运营与管理,中国建筑工业出版社,2011. 4马勇、彭永臻、尚付刚、高守有,GIS 在城市给水排水中的应用,城市环境与城市生态,2012. 5王荣和.应用 ObjectARX 开发给水管网 GIS 系统J.工业用水与废水,2012,31(3):48-50 6张宏伟,储诚山.GIS 支持下的给水管网闸门优化调度J.中国给水排水,2011,15(2):57-60.
