GIS在黄河三角洲防洪减灾中的应用

摘要在论述了地理信息系统GIS的概念、功能及其特点的基础上，并结合现阶段GIS在国内外各流域防汛抗灾工程中应用情况，详细描述了GIS在黄河三角洲地区防洪减灾中的应用。同时对GIS应用时应注意的事项
及发展前景作了阐述。

关键词 地理信息系统 防洪减灾 决策 应用

黄河三角洲地区地面高程低，受地理位置、气候环境等影响，易受黄河洪水、海潮和风暴潮、内涝、干旱等自然灾害的侵袭，生态环境相对脆弱。黄河来水来沙的逐年减少使东营市海岸线由总体上以淤进为主变为以蚀退为主，同时黄河防凌防汛的形式依然不容乐观，宏观上至今没有一个的以高科技为载体的决策信息系统在管理部门运行，这将在客观上影响东营市和胜利油田社会经济各个领域的正常发展。

在黄河部门，传统的防汛抗灾、河道、海域流场等方面的调查和监测是进行长期的物理监测和人工分析评价，不仅需投入大量的人力物力，而且精度差，不利于进行在宏观上应急决策的实施。而利用从太空卫星中捕获的高精度遥感影数据，提取其中特征信息，其精度和时效性都明显地优于传统的处理方式，也可节省大量的财资消耗。主要是运用GIS（地理信息系统）、RS（遥感）、GPS（全球卫星定位系统）等新兴计算机技术开发、建设黄河三角洲地理信息系统，主要以“资源一号”卫星遥感数据资料为主，结合GPS和陆地、浅海工程测量技术，对黄河三角洲的洪水、洪涝、海洋风暴潮等自然灾害开展全面的监测、监控和空间定位研究；对各种洪水节点上可能发生的洪灾淹没范围进行监控与预测，并即时提供科学决策。

地理信息系统（GIS－Geographical Information System）是由硬件、软件、数据和应用四部分组成的一种对空间信息以数字形式进行采集、编辑、处理、存储、组织、模拟、分析和表示的机助系统,是计算机科学同地理学相结合的一个既反映数量特征又反映拓扑特征的地理信息数据库。

1、GIS的功能及特点

GIS是采集、存贮、分析、再现空间信息的信息系统，它不仅利用属性数据，更重要的是利用空间数据。GIS通过将地理空间模型化并存储在计算机中，便于对地理信息的快速查询、空间分析，以达到对研究对象进行描述、模拟和预测的目的。相对于常规意义上的信息系统，因其能进行空间分析而更能全面、直观、动态地采集和利用信息，因此是更加完备、更加成熟、更加有用的信息系统。它具有以下功能：①具有采集、管理、分析和输出多种地学空间信息的能力，具有空间性和动态性；②以地学研究和地学决策为目的，以地学模型方法为手段，具有区域空间分析、多要素综合和动态预测能力，产生高层次、高质量的地学派生信息；③由计算机支持空间数据管理．并由计算机程字模拟常规的或专门的地学分析方法或模型。作用于空间数据，产生游有用信息，快速、准确地提供科学决策依据。

GIS具有以下特点：①独特的空间分析能力；对空间信息进行各种复杂的空间运算，实现多元地理信息的迭加分析，以及图形与属性的双向查询，帮助人们了解空间实体的空间分布特征和空间关系，②多样化的信息来源。遥感、测量、地图、GPS．文字报告等都可以为GIS提供数据。③广泛的应用领域。由于能同时使用、综合分析属性数据和空间数据，因此能为具有空间查询、分析功能要求的领域所采用，特别适合水资源开发领域的需要。④直观、形象的工作方式。GIS能直观地反映处理对象的空间分布和特征，相对于其他信息系统具有非常直观、形象的工作方式。根据用户的需要，可以输出文字报告、专题地图，还可以输出电子地图、多媒体信息等数字化产品。⑤快速的信息使用速度。一方面与遥感、全球定位系统结合和集成，可以实时利用信息；另一方面，由于具有很强的信息检索和综合能力，大大缩短了管理和决策的周期。
2、现阶段GIS在国内外各流域防汛抗灾工程中应用情况

目前，国内外都有卓有成效地利用GIS为防洪决策提供服务的实例。80年代中后期开始，中国科学院资源与环境系统国家重点实验室先后开发了中国主要供泛区的洪水管理与灾情评价信息系统、黄河下游洪水险情预测和灾情对策信息系统、黄河三角洲区域信息系统等。以国家遥感中心为首的遥感应用机构也于1990年综合应用遥感、通信和GIS技术，成功地建立了国家防洪遥感信息系统。该系统在1991年中国江淮等地发生的重大洪涝灾害中的应用效果很好。在美国，突发事件管理委员会（FEMA）巴利用GIS技术用于淹没灾害管理，灾害或间可以辅助预测水灾危害，如洪水峰值时间、洪水高度，为保证城市安全进行水量调配等；灾害发生后，可以辅助政府部门和保险公司进行损失评估和灾后重建。

根据防汛的各个环节，GIS支持下的防汛信息系统在防汛抗灾工程中的应用主要包括：

(1) 汛前预测

DEM（关于高度的地围坐标方格）数据与全国七大江河流域的水情、雨情和其他人文经济信息相结合，可以预测全国和局部流域的洪水发展趋势、洪水淹没范围、淹没损失和救灾措施，并可为防汛基础设施建设提供决策依据。

(2) 汛期现场指挥

以地理信息为基础和载体，及时、准确地提供信息服务，主要包括：反映重要城镇、道路、水利设施、江河湖泊分布及高程变化；反映与防汛紧密相关的气象、水文信息的状况与发展趋势，利用GIS网络分析功能支持，模拟行蓄洪区人员的撤退、物资的转移，以选择最佳撤退路线，最大限度地减少洪水造成的损失。利用高精度（l:10000，1:50000）DEM数据与水情、雨情、工情和其他人文经济信息相结合，可以为防汛前线现场指挥提供决策信息支持。

(3) 汛后灾情评估、救灾和水利工程建设规划

根据淹没范围，通过GIS结合灾害背景数据及社会经济数据，可以快速计算成灾面积、评估灾情程度及以各级行政区划为单元的统计损失。为了帮助灾区恢复建设，中国有关部门每年都要发放数额很大的救灾款及灾害保险赔偿，汛后灾情评估使得赔偿及救灾发放具备必要的科学依据。此外，高精度DEM数据也是汛后灾情评估的重要数据，成为进行水利工程基础设施规划和建设的重要依据。

3、三角洲地区GIS研究的地理范围

黄河三角洲地区，包含东营市利津县、垦利县、河口区、东营区。经度范围：118°00’～ 119°20’；纬度范围：36°50’～ 38°10’；跨四幅卫星影像范围。

4、GIS的资料收集

主要以资源一号卫星提供的遥感数据资料为主、LandSat TM 等卫星不同时相的遥感数据为辅，结合全球卫星定位系统和实地测量数据，对黄河三角洲的洪水、洪涝、海洋风暴潮等自然灾害开展全面的监测、监控和空间定位研究；并可对各种洪水节点上可能发生的洪灾淹没范围进行预测，能为实施黄河三角洲防洪减灾提出切实可行的工程性措施，解决该地区水灾害威胁，保护和改善黄河三角洲的生态环境。

5、GIS基础数据制作与处理

主要是运用ARC\INFO对三角洲地区的行政边界、道路、水系、水库、堤防、桩号、防洪工种、涵闸、泵站、河滩、分洪滞洪区、黄河三角洲分界线、断面、规划流路、等深线、滩涂、港口、油田工程、居民区等内容，以1：100000的比例进行E00标准格式的数据录入工作。为黄河尾闾防洪减灾地理信息系统提供最基本的数字化信息。运行ERDAS遥感分析软件，进行卫星光谱信息的分离、像元光谱信息综合分析、实验室及野外光谱信息分析；光谱信息与地理信息复合方法；空间定位、地物识别、归类等。研究发展GIS支持下的卫星图像专题信息提取与解译技术，提高图像对线状地物（如险工、控导、道路、大堤）及点状地物（如公里桩、取水口、坝头）识别与信息提取能力，开发智能化的卫星图像信息提取方法和技术流程。重点研究黄河三角洲地区水灾害因子和防洪减灾地面工程设施的性质判别。

6、GIS防洪减灾的决策系统

GIS把所有接收到的信息连接到SYBASE数据库中，并显示于地图的相应位置，以便决策指挥者在决策时能全面了解情况。系统功能就是用电子导航技术控制显示相应的电子地图。主要包括：①所需圈层及标注；②地图的放大、缩小、漫游；③可查询的图形对象，即黄河基本情况查询、防汛料物调度、水雨情信息查询、险情监视和查询根堤水深查询、堤防工程状况查询等。

GIS通过图形的采集和矢量化处理建立黄河流域图、黄河防洪形势图以及黄河河道图；采用数据库技术设计开发堤防数据库、实时险情数据库和防汛料物数据库；通过电子地图与数据库的连接，创览和查询黄河基本情况、堤防工程、料物储备、偎堤水深、险情和流域雨水情等信息，为黄河防汛调度管理提供支持；将现行的洪水预报及洪水调度系统、水雨情管理系统、气象信息管理系统进行集成，从而形成较为完整的黄河防汛指挥调度管理系统。

7、GIS应用于防洪时需注意的两个特性

（1）针对性

黄河的洪灾具有形式多样、影响范围大、洪灾危害区域相对集中、季节性明显等特征。利用GIS支持下的防汛信息系统解决问题时，必须针对洪灾发生特征，提出真正发挥作用的切入点，才能有效发挥其应有的作用。

（2）实用性

GIS支持下的防汛信息系统建设涉及的专业部门多，范围大，系统建设除了要解决好关键技术问题外，必须注意采用协调式系统建设的方法，制定阶段目标逐步完善的方法，特别是分析模型的应用要有必备的数据支持，充分强调系统的实用性。要实现与防汛指挥部、水利局、气象局、测绘局和遥感中心等联合，随时索取动态信息。

7、GIS技术的发展前景

GIS技术具有广泛意义上的推广价值和产业化前景。国民经济快速稳健的发展对资源环境的管理及部门的科学决策提出了更高的要求。资源过耗、粮食短缺、环境恶化、人口激增，所有这些举世关注的难题，只有实施可持续发展战略才能得以控制和解决。而一切可持续发展的战略则需要GIS技术提供对地理观测信息、科学模拟预测、专家辅助决策，战略的实施效果还要依据GIS技术去评价。从微观的水灾害调查、监测、评估各方面看，GIS更是不可缺少的技术手段。一方面GIS技术的发展将以往大型计算机才有的强大运算功能移植到了普通办公微机上，另一方面现代网络、通讯等领域技术的飞速发展则为政府有关部门提供了实时决策的可能性。将这一以高新技术为基础的系统化解决方案在各宏观、微观管理行业进行推广，产业化前景都十分明朗。

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