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GIS技术在供水系统中的应用与发展

点击数:4871  发布时间:2011/12/13 16:11:21

        目前,GIS在国内供水系统中的应用集中在输配水管网的日常管理中,如上海、深圳、唐山 等城市,建立了城市供水管网管理系统,实现了供水管网图形数据和属性数据的计算机录入、修改;对管线及各种设施进行属性查询、空间定位以及定性、定量的统计、分析;对各类图形(包括管线的横断面图和纵断面图)及统计分析报表显示和输出;除此之外,还为爆管、漏水事故的抢修、维修提供关闸方案及相关信息,从而基本实现了供水管网的信息化管理。通过GIS的集成,使管网图形库、属性数据库及外部数据库融为一体,不仅图文并茂、准确高效,而且易于动态更新,从而大大提高了管网管理工作的效率和质量。

        当然,GIS应用于供水系统所产生的功效还远不止于此。就GIS本身而言,对空间数据的管理只是最基本的功能,而更深刻的内涵在于GIS的空间分析、模型分析所产生的信息,能够对 自然过程或决策方案进行模拟和趋势预测,以便从中选择最优方案,避免管理和决策的失误。

        因此,GIS在供水系统中的应用,就不能仅仅作为一个图形库和数据库只是停留在管网日 常管理的水平上,还应该利用GIS分析、模拟与预测的强大功能,与专业理论、方法相结合,进行深度开发,为管网规划设计、建设施工、各种运行状态下的优化调度以及事故抢修等提供决策支持。

        目前我国大、中城市管网更新改造的任务逐年加大,迫切需求实用的管网水力分析及扩建改造优化设计的软件系统。然而,尽管近年来有关管网优化设计理论和方法的研究日趋成熟 ,但其应用并不广泛,究其原因就在于优化模型的建立及其解法与编程,对于部分设计人员来讲难度较大,尤其是扩建、改造方面的优化,不仅涉及的问题比较复杂,而且往往需要庞大的数据量。而解决这一难题的有效办法就是将管网计算理论、系统优化理论与GIS相结合 ,凭藉GIS强大的空间数据管理功能,利用GIS上的实际管网图构造出管网计算图形,并从GI S的属性数据库中提取有关数据,通过编制计算程序,进行管网水力工况分析。在此基础上再将GIS的网络分析与优化模型的建立及求解融合在一起,建立一个管网扩建、改造优化的 辅助设计系统。这样不仅将优化设计的思想、方法渗透到管网建设中,有利于城市供水管网 的合理布局与科学调整,为日后管网的优化调度奠定良好的基础;而且通过GIS将管网大量 的基础数据、水力分析计算、优化设计计算以及设计方案输出等集成为易于操作的专业软件 ,为设计人员的实际应用提供了极大方便。

        设计优化的最终目的是运行优化。一个大型、复杂的管网做到安全可靠、经济合理的运行并非易事。从长远目标来看,根据可靠、准确的管网运行资料,建立管网数学模型,并据此对 管网运行工况进行动态模拟,是实现管网优化运行的必经之路。而在管网建模过程中,GIS以其独特的优势,将作为对管网运行实施信息模拟不可替代的工具。在GIS的支持下,管网的结构参数和状态参数融为一体,可以利用GIS数字高程模型,模拟管网水压分布状态, 并以二维或三维图形直观显示;也可以在多水源管网中寻求管网内供水分界线的变化规律,以合理设置供水分界地带的测压点,并确定各测压点之间的相关关系,为优化调度提供决 策依据。

        此外,GIS的空间分析、网络分析还可用于管道施工、管网维修预案和管网事故抢修决策等 方面。如在管网建设施工中,利用GIS的缓冲区(Buffer)模型,对将要敷设的管道进行缓冲区分析,并将计算出的缓冲区与数字高程模型迭加,计算其工程土方量。又如在未来的管网事故紧急抢修时,可以采用GIS与GPS相结合,一方面通过GPS系统准确获取抢修车的地面位置和路网交通状况,并将数据实时传送给GIS,计算最短行车路线;另一方面利用GIS的关阀搜索、管网状态仿真模型,快速分析事故的影响范围和影响程度,模拟管网动态变化,以便调度管网有关设施,确保供水服务质量。显然与传统的事故处理相比,上述技术方案充分 显示出现代信息技术高效率的优势。

        以上列举的各项只是GIS在输配水系统中的部分应用,实际上GIS在供水系统中还可用于水资 源规划与管理、地面水水质模型、地下水水质保护以及GIS结合专家系统实现供水系统区域优化等众多领域,并将日益发挥更大的功效。

        GIS在供水系统中进一步开发应用的前景十分广阔。而跟踪GIS技术的发展,选择一个成熟、优秀的GIS平台,对于许多用户来说则是至关重要的。