第十章 GIS与城市水资源管理10．1 概况

    随着我国城市化进程的不断加速，城市对水资源的需求急剧增加，水资源供需矛盾日益尖锐，水资源危机日趋严重。在全国300多个大中城市中，有180个城市缺水，其中以地下水作为水源的北京城市尤为突出。而不同程度的水环境污染和管理决策失误，又加剧了水环境条件的不断恶化。面对严峻的水资源危机，水资源科学管理已成为保证人类社会、经济和环境可持续发展的重要手段。鉴于世界上许多国家应用先进的地理信息系统（GIS）技术管理城市水资源已取得巨大的综合效益，在国内开展这方面的工作已势在必行。“八五”期间，地质矿产部水资源开放研究实验室研制了我国第一个大中城市水资源管理决策支持系统——郑州市水资源环境管理决策支持系统。其开发与应用的实践表明，建立以GIS为核心的城市水资源管理决策支持系统的主要优势在于：

（1）城市水资源信息统一集中管理，可减少信息流失和重复工作，便于信息资源共享；

（2）促进城市水资源管理工作的标准化；

（3）信息查询快速准确，表现形式图文并茂，可随时为社会提供咨询服务；

（4）有效地辅助管理人员制定规划；

（5）及时反映水资源-环境的动态变化，这对于改善和提高大中城市水资源管理工作的效率、质量和科学决策水平都是非常重要的。

    城市水资源管理的总体目标，是使用户从资源环境和经济技术上获得最大效益，并使对水资源环境的危害降到最低限度。而管理目标是基于水资源实际系统的模型化、最优化技术方法和科学决策来实现的。在这一过程中需要采集、加工、存储、管理和表达各种与水资源密切相关的多源信息，这些信息及其基本特点列于表10-1中。

    以GIS为核心的城市水资源管理决策支持系统为不同信息源、不同类型的数据采集加工、管理表达提供了基础平台和综合环境。由于它充分利用了通用GIS软件本身的强大功能，又开发有水资源环境专题制图符号库、数学模型库和技术方法库，因此大大提高了各层次水文地质信息的传输状况和感受程度，能清晰地表现出以往水资源信息系统电子表格和统计图表上无法看到的水资源要素的时空分布及其变化，从而显著增强了系统的实用性。此外，它还能全景式地展示城市水资源的时空分布，将促进城市水资源管理进入高效、科学的新阶段。

    以GIS为核心的管理决策支持系统（MDSS）通常分为专题性的MDSS和综合性的MDSS。专题性的MDSS是为某一专门目的开发的、目前较为流行的实用信息系统。该系统通常具有属性数据库和图形图像库。如美国马里兰州哥马利县的非点污染模拟地理信息系统（NPGIS, 1993），用以支持无控制非点源污染空间分布区域的监测与管理。按照美国环保局的定义，这种污染主要来自城市径流、建筑、水文改变、采矿、农业、灌溉回渗、固体废物处理、大气积垢、河岸侵蚀和家庭污水等。NPGIS的主要功能是，采用模拟模型与GIS结合的方式来评估非点状氮、磷、锌、铅、生物耗氧量和沉淀物质的空间分布。NPGIS的开发和运行表明，这种专门用途的GIS是实用、容易实现，并可以代替卖方供给的系统。综合性的MDSS通常具有多方面的较强功能，可以辅助解决综合性的复杂问题，具有属性数据库、数学模型（库）和图形图像库。荷兰地学应用研究所（TNO）以GIS为核心，构建了综合性区域水文地质信息系统（REGIS, 1992）。其基本思路是以GIS为载体，连接其他数据系统，把某一区域的各种地质、水文地质成果、数据和背景资料输入GIS的数据库，构成一个区域水文地质信息系统，然后发展该系统与水文、地下水模拟模型的接口，方便地调用参数，及时模拟水质、水量变化状态。荷兰自由大学的Arie Bieshuvel完成的REGIS与地下水模拟模型的接口程序可以实现利用GIS的数模转换功能，自动生成模拟区内有限元网络，并可根据实际需要生成均匀或非均匀的剖分网格；将GIS数据库中已有的或是经GIS空间分析处理生成的参数值，如导水系数、入渗系数、蒸发系数、面状、线状或点状补给量、排泄量、含水层厚度、不同含水层的水头值等，自动输入到网格的每一节点，从而使地下水模拟过程中的数据输入、网格剖分、参数获取等大量繁琐工作由REGIS辅助完成。GIS参与地下水模拟，不仅大幅度提高了工作质量和速度，而且更重要的是利用GIS的强大功能来获取更广泛、准确的空间参数，展示地下水渗流场的时空变化过程。地下水模拟的结果亦可在GIS中存储、处理，以便产生更高层次的管理决策支持信息。