基于GIS的城市供水管网爆管危险性分析（本文基于本科毕业设计“城市供水管网抗震可靠性研究”和课堂报告的“洪涝灾害风险评估体系”的基础上，加入GIS技术深入分析思考）【摘要】城市供水管网作为城市生命线系统之一，在城市的正常运转和人们的日常生活中发挥不可替代的作用。
近些年来随着城市化进程的加快和供水规模的不断扩大，供水管网逐步复杂庞大，铺设长度不断增长，铺设方式也逐步复杂，各类供水管网突发事故特别是爆管事故频发。
为了增加供水管网可靠性，及早发现隐患，需要及时对管网进行爆管危险性分析。
随着地理信息系统的不断发展，GIS 技术已具有强大的空间分析能力，这为管网的危险性分析提供了有效途径。
本文就基于GIS技术，建立了城市供水管网的空间数据库，给出供水管网的爆管影响因素空间分析和危险性分析的思路，为实现供水管网的应急决策和科学管理提供指导和借鉴。
关键词：供水管网、GIS技术、数据库、空间分析、危险性分析The pipe explosion hazard analysis of urban water supplynetwork based on GISAbstractUrban water supply network as one of city lifeline systems, plays an irreplaceable role in the normal functioning of the city and people's daily life. In recent years, with the acceleration of urbanization and the expand of the scale of water system, water supply network becomes more complex, the length is growing and the laying way is also becoming more complex, then the pipe explosion accidents are frequent. In order to increase the reliability and early detect problems of the water supply network, it is necessary to analyze pipe network pipe explosion risk timely. With the continuous development of geographic information systems, GIS technology has a powerful spatial analysis capability, which provides an effective way for the risk analysis of pipeline network. In this paper，Based on GIS, a spatial database of urban water supply network is establishment, and the paper gives the idea of squib factors spatial analysis and risk analysis of the water supply network, which can provide guidance and advice for the emergency decision-making and scientific management.Key words: water supply network, GIS, database, spatial analysis, risk analysis.引言供水系统是城市不可缺少的重要基础设施之一，是向城市居民和企业供水的复杂和多元化的一套工程系统，维持着城市的正常运转。
供水管网作为其神经网络，其任务就是把水安全、及时地输送到各用户，一旦供水管网出现事故，将会影响整个供水系统的正常运行，影响用户的正常要求。
随着城市化进程的加快和供水规模的不断扩大，供水管网的分布日趋复杂庞大，其铺设长度也不断增加。
近些年来，由于管网自身系统的复杂性，加上埋设年代较久，老化问题严重，周围环境因素的影响等等，使供水管网事故频发，特别是爆管问题凸显，根据184个城市的不完全统计,2000至2003年因爆管停水的事故达13.7万次[1]，这不仅造成水资源的浪费，增加灾害，增加水设施的维护成本，更会造成停水，影响居民的正常要求和生活水平。
为了保证城市的正常运转，供水管网的危险性识别分析和及时有效的科学管理显得很有必要，因此本文基于地理信息系统（GIS 技术）建立供水管网空间数据库，并提出了供水管网爆管事故的影响因素空间分析的思路，最后对供水管网爆管危险性进行分析，从而可以及早发现潜在危险，分析影响范围和影响程度，为管网事故应对提供辅助决策，减少事故及其损失。
本文的主要研究思路如下图1所示。
图1 研究思路图1 供水管网基本数据库的建立城市供水管网是覆盖很大区域的网络系统，在GIS 空间数据处理技术[2]的支持下，可以将这个复杂系统简化成由节点和弧段组成的空间网络分析模型。
将水厂、加压站和用户视为实节点，将两个以上管段的相交点和管道变径处视为虚节指标体系指标 权重函数 模型危险性分析 GIS 技术 爆管影响因素分析爆管危险性分析模块管网基本数据库建立爆管危险性区划空间数据库 属性数据库管径、管材、管龄、埋深、建筑物情况点，将保留的输水管道及配水管视为弧段（从一个节点到另一个节点的有向弧段）。
每个节点和弧段均有其空间数据和属性数据。
这些数据是进行供水管网爆管空间分析和危险性分析的基础。
1.1 供水管网数据来源一般供水管网的数据资料来源于某地区管线的普查结果，管线数据有图形数据、表格数据等。
图形数据为DWG 格式的CAD 图形包络管网图、地形图等，均体现了供水管网的空间特性；表格数据主要对应于供水管网的属性数据，节点属性包络节点号、节点高程、经纬度、节点需求量等，弧段属性包络弧段起点号、终点号、管径、管长、管材、接头形式、埋设年代、道路类型、土壤等属性数据。
图2 数据收集图1.2 数据的预处理一般情况下原始数据的图形数据会存在点移位、“似连非连”、短点不重合等现象，因为需要对数据进行整理处理，使之更符合GIS 要求来分析。
属性数据地形图管网 图建筑物图起始节点管径管长管材土壤条件、道路类型....埋设年代空间数据数据资料 图形数据表格数据其他文字资料管网普查、调研1.2.1数据组织GIS数据组织有两种方式：一是按专题形式组织，分层表示；一是面向对象的组织。
供水管网数据的组织属于第一种。
城市供水管网GIS系统的空间数据包括描述供水节点（实体）的空间位置关系和实体间的拓扑关系，以及外界基础地理如地形、道路、建筑物分布等信息。
具有相同空间特征的空间信息应该放在同一个图层上，因此将城市供水管网基础数据分成两大图层：基础地理图、管网图。
每个图层下又可以细化分类。
基础地理图可以有地形、道路、建筑物图层等，管网图包括管线、阀门、接头设备、消防栓、水表水箱等子图层。
1.2.2数据格式转换在GIS系统中，不仅有实体的几何坐标，而且还包括实体间的拓扑关系，如区域定义、邻接性、连通性、方向性、包含性等，而在CAD系统中图形元素无拓扑关系。
因此由CAD向GIS转换才能实现两者之间的数据共享。
对于基础地理图如建筑、道路等图直接在ArcGIS软件中添加一个cad主题,然后用convert to shapefile将各层的对象转成四个shapefile主题,包括点、线、多边形和注记,从中可提取所需要的信息。
1.2.3坐标转换由于管网图和基础地理图存在坐标误差，因此必须进行坐标的转换。
若以管网图坐标作为标准，则需要对基础地理图进行坐标转换，可以在ArcInfo软件中执行坐标转换指令transform完成。
1.2.4管网属性数据体系建立城市供水管网可以抽象为由管线的点和弧段组成的网络模型。
管线是由管线点按一定的连接关系构成的线，代表实际管线的走向，管线点为管线的起点和终点。
为了便于管网属性库的建立，使其属性数据与空间位置相互对应一致，提高数据精度，可以通过由管线的始终点生成线，保证点和线的空间位置相互对应。
在ArcGIS软件中可以通过管线的始终点坐标生成图形，因此必须按照3Dgenerate 文件数据格式要求进行数据整理，需要进行以下处理：（1）把点属性表中坐标导入线的属性表；（2）把线的属性表以文本形式导出，把文本整理成可读取的数据格式；（3）在ArcGIS中用文本中的X、Y、Z数据作线图，该线图为三维数据格式；（4）通过链接属性表建立线层的属性表。
下面以管线图层和阀门图层为例写出其属性表1。
表1 管线图层属性表ID 起点 终点 起点（x,y)终点（x,y)121 A3J0001 A3J0002 （25383.714,36332.224) （25380.380,36337.645） 122 A3J0002 A3J0003 （25380.380,36337.645） （25378.387,36339.018） ...... ... ......表2 阀门节点图层属性表1.3 基本数据库的建立在进行数据的收集和基本处理之后，需要按照一定的规则和标准建立城市管网的数据库，数据库分成空间数据库和属性数据库[3]两大类。
1.3.1 空间数据库供水管网系统的空间数据库主要包括：水源（水厂、河流）、供水管道分布图、供水节点分布图、市区规划平面图、场地类别划分图等，主要为图形数据，通常有矢量数据和栅格数据两种形式，录入方法一般是用数字化仪或扫描仪对地形图、专题图或航测图进行数字化。
1.3.2 属性数据库属性数据库主要储存与供水管网节点和弧段有关的属性数据。
如系统中的水泵站和高地水池的属性包括节点号、水头和节点高程等；需求节点的属性包括节点号、节点高程和节点需求量等；管段的属性包括管段号、管段起始节点号和终节点号、管径、管长、管材及接头形式等。
储存方式如下列表3。
表3 供水节点属性数据库结构管径 材质所在道路长度管龄100 钢 苹果园路 6.39 7 100 钢 苹果园路 2.42 7 ...............ID 点号 坐标（x,y) 点高程地面高程 埋深（m) 阀门开启状 态 备注 1 A3J0001 （25383.71,36332.22） 73.43 73.78 0.35 开 2 A3J0013 （24929.94,36396.51） 74.3 75.38 1.08 开 .....................字段名称字段类型字段长度节点号字符型8出水水压浮点型节点高程浮点型表4 供水弧段属性数据库结构字段名称字段类型字段长度管段号字符型8起始节点号字符型8终节点号字符型8管径浮点型管材字符型12管长浮点型接头型式字符型20场地类别字符型82 供水管网爆管影响因素空间分析GIS技术具有强大的空间分析能力，其分析的内容主要有形态分析与量算、空间查询、属性查询、叠加分析、缓冲区分析、泰森多边形分析、网络分析、空间（地理）统计分析[4]等等。