地理信息系統(tǒng)在水文水資源方面的應(yīng)用

戴 楠

(貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴陽550002)

地理信息系統(tǒng)在水文水資源方面的應(yīng)用

戴 楠

(貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴陽550002)

GIS技術(shù)的產(chǎn)生是計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息化發(fā)展的共同產(chǎn)物，是管理和研究空間數(shù)據(jù)的技術(shù)系統(tǒng)?？梢匝杆俚孬@取滿足應(yīng)用需要的信息，能以地圖、圖形或數(shù)據(jù)的形式表示處理的結(jié)果。GIS技術(shù)正在廣泛地應(yīng)用于水文水資源領(lǐng)域，并逐步發(fā)展為管理和規(guī)劃的作用，文章對GIS系統(tǒng)在水文水資源應(yīng)用方面做出了研究和分析。

地理信息系統(tǒng)GIS;水資源;應(yīng)用

0 引言

隨著GIS技術(shù)的不斷發(fā)展，GIS對于水資源的應(yīng)用越來越廣泛和成熟，近年來，伴隨著 GIS技術(shù)逐漸向內(nèi)核的發(fā)展的趨勢，GIS的技術(shù)也變得越來越強(qiáng)大，對水文信息處理和預(yù)測能力越來越方便和準(zhǔn)確。真正使水文預(yù)測和水文管理兩者的結(jié)合成為現(xiàn)實(shí)。

1 GIS對水資源的管理

1.1 利用GIS建立水資源管理的空間數(shù)字模型

利用GIS的交互式圖形處理和自動(dòng)制圖工具的應(yīng)用，將水文模擬中的信息變成三維立體式的模塊，將所有水文因素變成三維立體式的空間數(shù)據(jù)，將地形、地貌、水文地質(zhì)條件、水文環(huán)境、河流水系、水文氣象等因素以點(diǎn)、線、面的三維立體形式輸入空間數(shù)據(jù)庫［1］。綜合運(yùn)用GIS的輸出、輸入和查詢功能進(jìn)行管理，提高了水文信息的管理和應(yīng)用水平。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，利用GIS作為技術(shù)平臺(tái)集成水文信息，在網(wǎng)上發(fā)布水文信息提供用戶檢索、瀏覽，使水文信息數(shù)字化、社會(huì)化是必然的趨勢。

1.2 建立水資源管理的空間數(shù)據(jù)庫

大部分水文學(xué)問題具有明顯的三維空間性質(zhì)，因此水文模擬重視復(fù)雜的空間分配模型的應(yīng)用。GIS在水文模擬中得到了廣泛應(yīng)用，GIS不僅可以管理空間數(shù)據(jù)，用于模型的輸入輸出，而且，可以將水文模塊植于GIS系統(tǒng)，用戶只需根據(jù)GIS開發(fā)的界面操作，不需涉及水文模型本身［2］。在傳統(tǒng)的水文模型中，通過獲取的降水、蒸發(fā)、氣溫、水位、流量等資料，對湖泊、河流等降水一徑流關(guān)系的描述，來模擬流域的水文特性，并過計(jì)算各地區(qū)的水資源供應(yīng)量和使用量，從而找到最合理的水資源分配方案。

1.3 GIS在水資源管理系統(tǒng)中的規(guī)劃

水資源的科學(xué)規(guī)劃涉及到社會(huì)資源合理分配的重大問題。也是社會(huì)和諧穩(wěn)定及可持續(xù)發(fā)展的主要制約因素。GIS能夠靈活的整合水資源的各種動(dòng)態(tài)信息，如水資源的分布、蓄量，水文環(huán)境、以及水文情況的供需狀況，能夠通過采集、整合、分析之后提供大量有效信息，因此，GIS被廣泛應(yīng)用于水資源管理規(guī)劃中，以此為數(shù)據(jù)依據(jù)進(jìn)行合理的開發(fā)和利用水資源。還可以完成流域內(nèi)水資源蓄量、分布、水資源與人口分布關(guān)系的分析、水資源與區(qū)域社會(huì)關(guān)系的分析、預(yù)測信息分析等，并以地理分布方式查詢和管理相關(guān)信息，為規(guī)劃管理服務(wù)［3-4］。

2 GIS在水土保持方面的應(yīng)用

隨著環(huán)境因素的影響，我國水土流失問題日益嚴(yán)重，如果不能給予很好地保護(hù)和維護(hù)將會(huì)造成大量的滑坡、泥石流、崩崗等山地災(zāi)害，從而導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失和人身傷害。因此，如何保持好流域的水土成為了一個(gè)很難突破的問題。這就要求在主要江河流域?qū)嵤┒鄠€(gè)水土流失綜合治理工程的同時(shí)還要有一個(gè)穩(wěn)定可靠地水土保持監(jiān)測網(wǎng)。這個(gè)監(jiān)測網(wǎng)可以布置在重點(diǎn)防治區(qū)，利用GIS技術(shù)與其他技術(shù)的相互融合，構(gòu)成新型3S技術(shù)(即同時(shí)利用遙感技術(shù)的周期性和視域廣的特點(diǎn)、地理信息系統(tǒng)強(qiáng)大的信息管理和分析功能以及全球定位系統(tǒng))的高精度定位的特點(diǎn)，使流域內(nèi)有關(guān)水土流失的大量信息得到統(tǒng)一管理，并應(yīng)用GIS技術(shù)來管理動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、進(jìn)行水土流失預(yù)測、生態(tài)環(huán)境效益分析，從而提供及時(shí)可靠的決策依據(jù)［5］。

2.1 GIS的查詢功能在水土保持中的作用

GIS空間數(shù)據(jù)庫具有疊加功能，可以將水資源情況的空間數(shù)據(jù)以及屬性數(shù)據(jù)相互疊加，并以非常直觀的圖片數(shù)據(jù)方式清晰地呈現(xiàn)在用戶面前。使得水文情況一目了然［6］。

2.2 GIS在水土保持的作用

GIS具有統(tǒng)計(jì)分析功能，這種功能為水土保持的統(tǒng)一規(guī)劃提供可靠的、精確的數(shù)據(jù)依據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)過GIS系統(tǒng)的整合與分析之后，可以使土地結(jié)構(gòu)、利用狀況及區(qū)域分布特征等方面的信息快速的呈現(xiàn)在用戶面前。

2.3 GIS的數(shù)據(jù)編輯功能在水土保持中的作用

由于土地信息具有一定的變化性，其地表面積和占用情況隨時(shí)會(huì)發(fā)生變化。此時(shí)就需要利用GIS的強(qiáng)大空間數(shù)據(jù)編輯功能以及拓?fù)涔δ?。這兩種功能極大的方便了用戶隨時(shí)編輯動(dòng)態(tài)信息，并且隨時(shí)驗(yàn)證沖突，直接采用圖形數(shù)據(jù)的方式顯示出來，大大減少了人為因素的失誤［7］。

圖1 水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)

2.4 GIS的輸出功能在水土保持中的作用

GIS具有輸出功能，這種輸出功能能夠在用戶界面上提供出所有用戶所學(xué)的水資源信息，通過分層管理空間信息的能力，將信息和圖片的三維數(shù)據(jù)信息分層的疊加并整合在一起，可以根據(jù)用戶需要來輸出兵線書所需的圖層數(shù)據(jù)，這樣做能夠縮短用戶的查詢時(shí)間，提高系統(tǒng)工作效率。

3 GIS對水環(huán)境與水污染的應(yīng)用

我國目前最為嚴(yán)重的水環(huán)境問題就是水質(zhì)的大面積污染。這種污染存在數(shù)量多，分布廣的特點(diǎn)。如何能夠有效的防治水污染已成為一項(xiàng)迫在眉睫的任務(wù)。GIS集成功能能夠通過對數(shù)據(jù)庫中以及實(shí)時(shí)更顯的數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行整合分析后，提供出可以對水功能區(qū)內(nèi)水資源開發(fā)利用，納污能力，污染源分布，排污口監(jiān)測，污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)預(yù)測信息，為防治水環(huán)境污染提供決策依據(jù)［8］。

4 水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中的WebGIS技術(shù)研究與應(yīng)用

WebGIS是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于GIS開發(fā)的產(chǎn)物， 它具有靈活性、實(shí)時(shí)性以及智能化等特點(diǎn)。應(yīng)用于水資源管理方面，能夠在實(shí)時(shí)監(jiān)控上起到很大作用，不但能夠靈活整合各種集成的專業(yè)模塊，并且能夠?qū)崟r(shí)更新數(shù)據(jù)信息，用于組織水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)資料及其相應(yīng)的空間特征信息的發(fā)布以及對水資源信息的動(dòng)態(tài)管理。有效地運(yùn)用優(yōu)化調(diào)度和科學(xué)管理相結(jié)合的手段來實(shí)現(xiàn)對區(qū)域水資源狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

5 GIS在防災(zāi)減災(zāi)方面的應(yīng)用

5.1 建立災(zāi)難數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

在GIS系統(tǒng)中要有一個(gè)專門有關(guān)災(zāi)難的系統(tǒng)，能夠快速準(zhǔn)確的在緊急狀態(tài)下發(fā)布災(zāi)害資源信息和迅速調(diào)配專業(yè)設(shè)備和技術(shù)人員。要求系統(tǒng)應(yīng)細(xì)化到縣一級，這樣上一級決策者不僅可以清楚其所轄區(qū)的可支配資源，也可以獲知其周邊縣城的可用資源。

這個(gè)信息庫還可以使用不同的方式進(jìn)行檢索，根據(jù)用戶的不同權(quán)限獲得有關(guān)災(zāi)難的資料［9］。

5.2 建立災(zāi)難決策支持平臺(tái)

GIS可以提供一個(gè)符合各種地理信息的參照平臺(tái)，此平臺(tái)能夠用于多種用途的決策支持。

5.3 開發(fā)遠(yuǎn)程智能災(zāi)害管理系統(tǒng)

當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，會(huì)發(fā)生已有的通信服務(wù)和能源供應(yīng)突然中斷的情況，導(dǎo)致災(zāi)難信息不能及時(shí)傳達(dá)相關(guān)部門，以至于引起嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷害。為此開發(fā)遠(yuǎn)程智能災(zāi)難管理系統(tǒng)變得非常重要，其主要功能是第一時(shí)間覺察到災(zāi)難的危險(xiǎn)，發(fā)布危險(xiǎn)信號(hào)，對危險(xiǎn)源進(jìn)行定位，在信息庫中調(diào)取有用信息發(fā)送給政府決策者和營救人員。

目前，我國對于能夠開發(fā)利用的信息很少，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足全面決策的數(shù)據(jù)依據(jù)的要求。而有關(guān)災(zāi)害管理的信息涉及面很廣，復(fù)雜度高，這就要求我們不必須要做好系統(tǒng)充分利用地理信息的集成，為災(zāi)害信息管理工作提供有力保障，對提高決策的幫助所起的作用很大。

監(jiān)測地理國情的重要性恰恰要求各地、各部門通力合作，優(yōu)勢互補(bǔ)，從監(jiān)測縣情、地情、省情，直至國情，層層監(jiān)測，層層完善空間信息，這樣就使得基礎(chǔ)地理信息的獲得達(dá)到最大、最全。更加有利于包括防災(zāi)減災(zāi)在內(nèi)的各項(xiàng)有關(guān)空間信息的工作的開展。

圖2 基于ArcGIS可視化建模技術(shù)的水淹分析

6 結(jié)語

地理信息系統(tǒng)作為一門新興的計(jì)算機(jī)應(yīng)用科學(xué)，在水文水資源領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。地理信息系統(tǒng)管理、處理、儲(chǔ)存、分析的顯示空間信息的分布資料，為規(guī)劃開發(fā)和運(yùn)行管理各階段的決策，為水資源及環(huán)境的保護(hù)提供了直觀、科學(xué)、可靠的依據(jù)，協(xié)助水文學(xué)科有關(guān)理論方面的研究等起到了非常重要的作用。

［1］徐中華.GIS技術(shù)在水資源領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2005(09):16.

［2］彭偉.GIS技術(shù)在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用與發(fā)展［J］.引進(jìn)與咨詢，2006(10):67.

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TV213.4

B

1007-7596(2014)06-0178-03

2013-11-28

戴楠(1982-)，男，湖南懷化人，工程師。