城市给水排水系统专用GIS平台的应用
来源:用户上传
作者:
摘要：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。GIS是城市给水排水管网信息管理的发展和必然趋势。本文介绍了专用GIS平台的特点及专用GIS平台在城市给水排水系统中的应用。
关键词：给水 排水 地理信息系统 GIS 应用
一、地理信息系统
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。
从应用的角度来说，地理信息系统由硬件、软件、数据、人员和方法五部分组成。硬件和软件为地理信息系统建设提供环境，数据是GIS的重要内容，方法为GIS提供解决方案，人员是系统建设中的关键和能动性因素，直接影响和协调其他几个组成部分。
二、城市给水系统GIS管理与设计
以GIS为基础的给水管网计算机管理系统，包括了数据库、现状分析、管网模型、GIS、优化调度等模块。应用GIS功能的给水网计算机管理系统，可实现管网信息更新、模型管理与实测数据统一，这可以有效的避免工作重复，大大提高工作效率。
在以GIS平台为基础的给水管网系统模块中，GIS提供管网图形信息，管网现状分析对GIS基础数据进行矫正。管网模型是对管网系统进行水力分析，从GIS获取基础数据。SCADA系统用于把管网、水厂、泵站等实测数据传送到数据库，改扩建模型对新建或扩建管网的分析和水量预测预报系统的分析都可以利用数据库中的历史数据来进行。优化设计是在现状分析和GIS系统的基础上，进行规划和分析，而分析的结构和GIS系统的基础数据则可以用于CAD进行施工图设计。优化调度则利用数据库的基础资料、当日当时的现状资料、GIS的图形资料、SCADA的实测资料、水量预测的供水资料进行全范围调度，并发送调度指令。
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。
三、城市排水管网的GIS应用
城市排水管网的隐藏性决定了其复杂性，因而排水管线的数据显得尤为重要，这就要求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。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。
四、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。
五、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。
应用GIS空间分析功能，比如叠加分析功能，可以提取行政区域内水体分布图、水体污染程度图。而通过缓冲区分析，对图上要素进行包含或邻近分析，可以显示出水体污染源的影响范围。通过路径分析，可以得知废水排放的去向。
美国某个洲开发了一个以GIS为基础的在线水体污染分布系统。通过该系统，可以有效的解决水污染事故对取水口的影响，具体工作流程如下：首先，管理部门可以快速并且准确的确定污染源及其排放位置，确定影响的范围并且及时采取减缓措施。然后，检测出污染源所排放水体中微生物的特性，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。
六、GIS应用在城市给水排水系统中的重要意义
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。应用GIS技术系统的建立可实现城市给水排水管网的自动化管理、优化城市管线布局、减少资金的浪费。系统中有视图模块、查询模块、空间分析模块、信息输出模块、数据管理模块、事故处理和分析模块等等，应用GIS技术的城市给水排水管网系统具有如下实际意义：
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。
七、GIS在城市给水排水管网系统中应用的展望
在当前，GIS技术得到了长足的发展，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。
参考文献：
[1]李得仁.地理信息系统导论[J].北京:测绘出版社,1993.
[2]李满春,任建武,陈刚.GIS设计与实现.北京:科学出版社,2003.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-583013.htm
