GIS的区域水资源智慧节水管理决策支持系统构建

水资源是区域社会经济发展的基础性资源，当前我国多数地区面临水资源供需矛盾突出、用水效率低下、节水管理粗放等问题。传统水资源管理依赖经验决策，缺乏空间维度的精细化分析与智慧化手段，例如在农业灌溉中，常因无法精准掌握不同地块的土壤墒情与作物需水差异，导致灌溉水量分配不合理，既造成水资源浪费，又可能影响作物生长；工业用水管理中，难以实时监测各企业的用水效率与管网漏损情况，节水措施的制定缺乏针对性。

一、系统构建的技术基础

（一）GIS 核心技术

GIS 的空间数据管理功能可实现水资源数据的分层存储与关联分析，具体而言，能够将行政区划、水系分布、用水户位置等空间数据与用水量、水质、用水效率等属性数据进行关联，形成完整的水资源信息数据库。其空间分析工具（如缓冲区分析、叠加分析）能精准识别用水密集区、漏损高发区等关键区域，比如通过叠加分析不同地块的灌溉用水量与土壤墒情数据，可快速定位灌溉效率低下的区域，为节水措施制定提供空间定位支持。可视化技术则通过专题地图、动态图表等形式直观呈现水资源分布与利用状况，如将区域用水量数据以不同颜色的色块在地图上展示，能让决策者快速掌握用水热点区域，大幅提升决策效率[1]。

（二）智慧节水支撑技术

物联网感知技术是系统的数据来源核心，通过在用水节点部署智能水表、水质传感器、管网压力监测点等设备，可实时采集用水量、漏损率、水质等数据，这些数据经无线传输网络汇聚到系统平台，为后续分析提供动态数据源，例如智能水表能每小时上传一次用户用水量数据，确保系统掌握实时用水动态。大数据分析技术则对历史用水数据、气象数据、社会经济数据进行深度挖掘，识别用水规律与节水潜力，像分析农业灌溉用水与降水的关联性，可建立基于降水预测的灌溉模型，优化灌溉方案，避免降水后仍进行不必要的灌溉。决策模型库作为系统的 “大脑”，集成了水资源优化配置模型、节水潜力评估模型、管网漏损预测模型等，能根据不同场景调用相应模型，为决策提供算法支持，如针对工业集聚区，可调用循环用水优化模型，计算中水回用的最佳比例。

二、系统总体设计

（一）设计目标

系统旨在实现区域水资源 “监测 — 分析 — 评估 — 决策 — 反馈” 的闭环管理，具体目标包括：实时掌握水资源分布与利用状态，通过物联网感知与 GIS 可视化，让管理者随时了解各区域、各行业的用水情况；量化评估各行业节水潜力，结合大数据分析与模型计算，明确农业、工业、生活等领域的节水空间；生成差异化节水方案，根据不同区域的用水特点与潜力，制定针对性的节水措施；动态追踪方案实施效果，通过实时数据监测与分析，评估节水方案的实际效益，并根据反馈及时调整。

（二）总体架构

系统采用 “数据层 — 支撑层 — 应用层” 三层架构。数据层负责构建多源数据库，涵盖基础地理数据（行政区划、地形地貌、交通路网等）、水资源数据（水量、水质、取水口位置、水源分布等）、用水数据（农业、工业、生活用水量及用水结构等）、工程数据（水利设施分布、供水管网走向与管径等），这些数据通过 GIS 空间数据库实现统一管理，确保数据的一致性与关联性。支撑层由 GIS 平台、大数据分析引擎、模型库组成，GIS 平台负责空间数据的处理与分析，大数据分析引擎对海量数据进行清洗、挖掘与计算，模型库提供各类决策模型，三者协同工作，为应用层提供强大的技术支撑。应用层则面向不同用户（政府部门、用水企业、农户）开发功能模块，政府部门可通过系统进行宏观决策与监管，用水企业能查询自身用水数据与节水建议，农户可获取精准灌溉指导，实现数据可视化、节水分析、方案生成等多样化应用。

三、系统功能模块设计

（一）水资源监测与可视化模块

该模块整合物联网实时数据与历史数据，通过 GIS 地图动态展示区域用水总量、行业用水占比、管网漏损点分布等信息。用户可通过图层控制自由切换查看不同时段、不同区域的用水状态，例如点击某灌区图标，系统会弹出该灌区的详细信息，包括灌溉面积、当前用水量、历史平均用水量、水效系数等，实现 “一图知全域” 的可视化管理。同时，模块还能生成用水趋势图表，如展示某区域近一年的月度用水量变化曲线，帮助决策者发现用水异常波动，及时排查问题。

（二）节水潜力评估模块

基于 GIS 空间分析与大数据模型，该模块分行业评估节水潜力。在农业领域，结合土壤墒情传感器采集的数据、作物类型分布图、灌溉方式信息，通过叠加分析识别低效灌溉区，计算采用滴灌、喷灌等节水灌溉技术后的节水量，例如对于传统漫灌的区域，可评估改为滴灌后每亩地的节水量及整体区域的总节水量。工业方面，针对高耗水企业，将其用水定额与行业基准值进行对比分析，结合企业的生产工艺，评估工艺改造、循环用水等措施的节水潜力，如某化工厂通过冷却水循环利用改造，可测算出年节水量。生活用水评估则通过居民用水量空间分布与人口密度的关联分析，定位节水意识薄弱区域，估算节水宣传与节水器具改造的潜力，如在居民用水密集且节水器具普及率低的小区，可评估更换节水马桶、水龙头后的节水量。

（三）节水方案优化模块

根据节水潜力评估结果，结合区域水资源禀赋，该模块生成差异化方案。对工业集中区，推荐循环用水改造、中水回用等技术方案，并通过 GIS 的网络分析功能，分析管网改造的最优路径，以最小的改造成本实现最大的节水效益，如规划中水回用管网时，选择最短的铺设路线，减少工程投资。对农业区，基于作物需水模型与降水预测数据，生成精准灌溉时间表，明确不同地块的灌溉时间与水量，并在 GIS 地图上标注灌溉区域的空间分布，指导农户科学灌溉。对城市生活用水，通过分析供水管网的压力分布与漏损数据，规划供水管网漏损修复优先级，采用缓冲区分析确定维修队伍的最优调度路线，确保在最短时间内完成漏损点修复，减少水资源浪费。

（四）决策支持与反馈模块

该模块将方案的节水效益、投资成本、实施难度等指标进行量化，通过 GIS 地图对比不同方案的空间影响范围，如方案 A 可能影响东部工业区，方案 B 可能覆盖西部农业区，决策者可直观了解各方案的适用区域。同时，系统生成 “成本 — 效益” 分析报告，包括方案的初期投资、年均维护费用、年节水量、投资回收期等数据，为决策者选择最优方案提供依据。方案实施后，模块通过实时监测数据追踪实施效果，如对比方案实施前后的用水量变化，评估节水措施的实际效果，并根据反馈动态调整策略，若某区域节水效果未达预期，可重新优化方案。

结语

GIS 区域水资源智慧节水管理决策支持系统借助融合空间信息与智慧技术，促成水资源管理从经验驱动迈向数据驱动之转变，系统的创建与施行，挣脱了传统管理的禁锢，借助精确空间剖析、即时数据监控与科学方案改良，强化了区域节水管理的精准把控与运行效率，为攻克水资源短缺困境给予了有效助力，未来需进一步克服技术瓶颈以及数据上的阻碍，深化部门间的数据交互共享，提高模型对繁杂因素的适应本领，实现操作界面的精简优化，促使系统朝着智能化、普及化方向迈进，为节水型社会的建设添砖加瓦，实现水资源的长期利用。

参考文献

[1]吴霞,吴思毅,陈栋格.基于动态规划 PSO 模型的洗马池灌区水资源优化配置研究[J].水利科学与寒区工程,2025,8(05):84-87.