GIS技術在水文預報中的應用—以長春新立城水庫為例

趙曉敏 李本懷

（1.長春市石頭口門水庫管理局，吉林長春 130524；2.吉林省水文水資源局長春分局，吉林長春 130500）

GIS技術在水文預報中的應用—以長春新立城水庫為例

趙曉敏1李本懷2

（1.長春市石頭口門水庫管理局，吉林長春 130524；2.吉林省水文水資源局長春分局，吉林長春 130500）

介紹了GIS技術的基本功能，結合長春水庫的實例對GIS技術在水庫洪水預報調度系統的應用做了簡單探討，以便于對水文情報預報中 GIS技術及其組件系統的應用進行研究。科學技術的不斷發展也帶動著水文情報預報技術的發展，當前的水文預報工作已經向自動化和網絡化放行轉變，GIS作為一種集綜合分析和數據空間處理為一體的新技術，如今已經被廣泛應用于各類信息系統的設計與實現。本文主要的研究方向就是GIS技術在洪水預報中的應用，GIS現已成為水利預報中最為強而有力的一項工具。筆者以長春水庫文水預報調度系統的開發為例，對 GIS在水文預報中的應用情況和發展趨勢作相關的分析。

GIS技術；水文預報；長春；應用研究

1 GIS在水文預報中應用的重要性

1.1 地理信息系統類型與開發技術

GIS是地理信息系統（Geographic Information System）的簡稱，準確地說 GIS 是一種系統，他主要是由計算機硬件、軟件和不同的方法組成的系統。一般而言，GIS在系統設計方面比較注重對空間數據的收集、管理、處理、分析、建模以及顯示等處理模塊，這一系列的運用模式能使復雜的規劃和管理問題得到簡化，進而為深入的分析和決策提供理論基礎。

地理信息系統可以根據系統基本功能分為兩大基本類型，分別為工具型地理信息系統和應用型地理信息系統，前者主要包括以GIS為工具對數據進行輸入、存儲、處理、分析以及輸出等處理。后者則是注重具體的應用，主要包括地理信息系統和區域綜合地理信息系統，需要根據具體的專業、領域或工作內容對GIS進行應用設計。

上文中提到的工具型GIS軟件目前在國際上的發展已經比較成熟，但是其提供的功能卻比較有限，尤其在二次開發語言的功能方面尤為薄弱，除此之外，工具性GIS還具有程序移植性差和難以滿足應用型GIS的開發需求等問題。在應用型GIS技術的開發中，應用的主流技術為GIS功能組件的集成開發，其主要以COM和ActiveX技術為基礎，GIS組件是被直接嵌入到通用可視化開發環境中去的。

MapX是一種具有較強地圖分析能力的ActiveX控件產品，它的主要功能為繪制專題地圖繪制、綁定數據、圖層化、柵格圖像、選取對象、地圖編輯以及鏈接遠程空間服務器等。由于它是一種基于Windows操作系統的標準控件，因此對大多數標準的可視化開發環境都能提供支持，例如Visual C++、PowerBuilder以及Visual Basic、Visual等程序語言。這就方面了工作人員，他們能夠使用自己熟悉的開發語言將地圖功能嵌入到應用系統中，進而實現 MapInfo Professional擁有的大多數地圖編輯功能和空間分析功能[1]。

GIS與計算機硬件、計算機操作系統，建設元數據庫，挖掘數據，管理數據庫以及自動化成像等技術都有著緊密的聯系，且由于上述的各中技術都處于不斷發展變化中，因此也給GIS注入了變化活力，使其發生深刻的變化。GIS在水利行業的應用程度和發展趨勢不僅取決于GIS技術本身的發展，水利行業數字化的進程推動情況對其也有巨大的影響。只要堅定不移地遵循以信息化帶動水利現代化的建設戰略方針，就能實現GIS在水利行業越來越廣泛應用，其產生的影響也會不斷擴大進而成為管理和決策的支撐技術。

1.2 GIS應用于水文預報的重要性

目前GIS技術在我國的應用還是非常廣泛的，具體包括在減災防汛、水環境以及水土保持等水文領域的應用。關于GIS在上述的幾種水文領域中的應用描述如下。

在減災防汛的領域之中，使用GIS技術能夠對城市的積水狀況和退水狀況進行準確預報，并實現對現有排水設施情況的管理和更新以及對排水設施進行設計和規劃。在對城市綠地的面積和位置進行規劃的過程中，GIS技術可以對暴雨的空間特征、街道積水以及暴雨的分布等情況進行可視化的顯示和儲存，且其具有高分辨度、多層次、高頻率地更新數據以及維護和管理數據等優點。

除此之外，GIS在水文信息的評估方面也具有重大作用，包括對基礎背景數據的管理、對空間和屬性數據的查詢、統計數據以及顯示、檢索等等。在水土保持功能實現方面，GIS的應用也是較為全面的。具體包括對土壤是否發生侵蝕進行判斷、劃分土壤侵蝕的程度、對土壤侵蝕量進行計算、對水土保持效益進行評價、研究泥沙輸移狀況以及模擬和預測土壤侵蝕過程等。進行水土保持工作實現時一般采用平臺為建立的GIS模型，這一特點是區別GIS在其他領域中應用的最大標準[2]。

地理信息技術、遙感技術以及全球衛星定位系統等技術的使用為空間信息的管理分析、應用更新以及存儲等方面都提供了強大的技術支持。RS技術實現圖像信息的采集，GPS技術為處理環節提供位置信息，而GIS則負責最后階段的技術手段處理，如圖像處理和分析應用等等。這三項先進技術的聯合使用能夠為水文預報工作提供精確的數據資料，能夠通過動態電子地圖對不同水文領域的信息進行查看，同時還可以通過對人工神經網絡的應用控制對洪峰流量以及降水等水文要素進行合理分析，為減災防汛提供真實科學理論數據支持。

2 GIS技術在長春水庫水文預報中的應用

以長春市為例，對GIS在城市水庫洪水預報調度系統開發中的應用做簡單的探討，目的是為實現水庫的安全運行和水資源的優化調度提供科學的理論依據，實現集數據處理、查詢顯示、洪水預報以及水庫調度等功能為一體的計算機控制系統。

長春市新立城水庫位于長春市東南部，與長春市中心相距16km，其主要功能為向長春市提供供水、防洪以及灌溉等綜合服務。新立城水庫壩址以上河長為90.2km，擁有總計為1970km2的控制流域面積，其基本河槽寬約10～20m，河深約3～5m，坡降千分之一至兩千分之一，總庫容約達5.92億km3，設計供水量為8880萬km3，洪水河灘寬1～3km。整個新立城水庫略成長方形形狀，擁有20.7km的平均寬度，流域內山地約占三分之二，其余為河谷低平地。

盡管新立城水庫流域面積不大，但是由于防洪庫容較小，且流域暴洪具有降雨歷時久、強度大以及洪水陡漲陡落等特點，因此對水庫流域的水文特性盡心深入研究顯得尤為迫切，需要開發一個適用于長春新立城水庫水文預報的計算機模型，以確保正常供水、水庫安全以及下游防洪等功能的正常實現，提高水庫運行調度和管理水平[3]。

在對長春市新立城水庫進行水文預報降雨產流模型時，我們可以采用雙拋物線改進型新安江模型，對地下徑流匯流采用地下線性水庫的方法，將遞推數值濾波技術應用于對實測流量過程的分割，采用模擬慢退火法對模型進行最優率定。對歷年暴雨之前的水庫水位及降雨情況等數據進行提煉并分析，獲得包括降雨量、水庫水位以及泄流的流量過程等相關的水文資料，來對雨量進行觀測并推斷出全流域的平均降雨量。進行這樣的模型研究時，需要注意的是由于數據的漏測和測定時間間隔長等因素，水庫水位觀測上的誤差限制了流量過程線推流的質量，因此選取數據時就應當選取相對比較完整的挖場洪水進行本項研究。

盡管長春市的大部分地方都不同程度地發生過暴雨，但是大多數情況下都屬于小范圍局部暴雨，造成的危害性不大，而少數大范圍區域性暴雨或特大暴雨由于其歷時較長，雨量較大，因此往往對暴雨發生地或下游地區造成巨大的危害。有數據統計顯示，長春歷年來的大范圍區域性暴雨或特大暴雨，發生地點多為飲馬河中上游。此模型將1991年的特大暴雨投入了長春新立城水庫的水文預報，將那次特大暴雨進行入庫流量還原計算，并對這次特大暴雨預報情況進行分析[4]。

GIS技術在水文預報中的應用研究為地面徑流匯流提供了一種有效的方法，它能有機地將流域地形分布特征和地面徑流匯流機理進行結合，使得各參數都擁有很明確的物理意義。對長春新立城水庫的流域水文預報進行的模型應用表明，GIS技術在水文預報工作中具有較高的精度，能夠滿足長春新立城水庫運行調度和控制的要求，可以被投入到實際應用中去。

[1] 王光明,粱秀娟,肖長來,于景錄.GIS技術在水文水資源領域中的應用現狀與發展趨勢[J].吉林水利,2009（6）

[2] 李志家.基于GIS的DEM和分布式水文模型的應用比較[J].水利學報.2006（08）

[3] 劉佳,于福亮.GIS在水文水資源領域中的應用進展[J].水電能源科學.2007（02）

[4] 鄭作偉.GIS在水文情報預報中的應用[J].山東理工大學學報（自然科學版）.2007,（04）

P338

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1008-1305（2013）02-0064-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2013.02.019

趙曉敏（1978年-），女，工程師。