地理信息系統(tǒng)在水文水資源方面的應(yīng)用

閆海波 郭樹(shù)賢

（新鄉(xiāng)水文水資源勘測(cè)局，河南新鄉(xiāng) 453000）

地理信息系統(tǒng)在水文水資源方面的應(yīng)用

閆海波 郭樹(shù)賢

（新鄉(xiāng)水文水資源勘測(cè)局，河南新鄉(xiāng) 453000）

地理信息與水文水資源之間關(guān)系非常密切。基于此，首先對(duì)地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，然后對(duì)水文水資料對(duì)地理信息系統(tǒng)的要求進(jìn)行介紹，最后對(duì)地理信息系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用做詳細(xì)分析。

GIS；水文水資源；防汛減災(zāi)；水資源管理系統(tǒng)

1 地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)概述

GIS技術(shù)是將有關(guān)數(shù)據(jù)及空間位置信息進(jìn)行結(jié)合的一種系統(tǒng)，其是在計(jì)算機(jī)硬件和軟件的基礎(chǔ)上，對(duì)空間的地理數(shù)據(jù)通過(guò)信息科學(xué)理論、科學(xué)管理進(jìn)行綜合分析，以提供管理決策、項(xiàng)目規(guī)劃所需要的信息。地理信息系統(tǒng)應(yīng)該有數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與編輯、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)整理和處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、空間查詢與分析以及圖形與交互顯示等功能［1］。

GIS技術(shù)具有空間特性，在實(shí)際應(yīng)用中通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行處理和分析，從而為制定方案提供決策依據(jù)。這種技術(shù)與其他信息系統(tǒng)相比，具有自身的特殊性，比如管理信息系統(tǒng)（MIS），MIS不能進(jìn)行有關(guān)空間數(shù)據(jù)操作，不能進(jìn)行檢索和查詢操作。而GIS可以通過(guò)建立空間模型對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，這也是GIS應(yīng)用具有重要意義的一方面。

GIS的整個(gè)系統(tǒng)主要由地理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、計(jì)算硬件和軟件系統(tǒng)及人員組織結(jié)構(gòu)3個(gè)方面共同組成。從計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序來(lái)看，GIS的子系統(tǒng)主要由輸入、輸出、數(shù)據(jù)處理和分析及存儲(chǔ)檢索等幾方面組成。其中，數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)信息的采集、初次處理及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能；數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)主要對(duì)數(shù)據(jù)分析和計(jì)算結(jié)果通過(guò)圖形或者表格的形式進(jìn)行輸出，一般有硬拷貝輸出和屏幕輸出2種方式；檢索和存儲(chǔ)功能可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組織和管理，可以隨時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢；分析和處理主要就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，比如參數(shù)估計(jì)、網(wǎng)絡(luò)分析等。

2 水文水資料對(duì)地理信息系統(tǒng)的要求

水文信息與地理信息有直接聯(lián)系，基本上水文信息都是從地理信息系統(tǒng)中提取的。隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的地理信息處理方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代信息需求，所以需要用到先進(jìn)的信息管理方式，以提高工作效率。地理信息系統(tǒng)使水文水資料的信息管理方式進(jìn)一步網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化及空間化。依據(jù)水文水資源行業(yè)的特點(diǎn)，進(jìn)一步促進(jìn)系統(tǒng)管理的信息化建設(shè)要從以下幾方面著手。第一，進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)。目前的信息技術(shù)雖然會(huì)受到各種條件的制約，但是要在已有功能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展，使

整個(gè)系統(tǒng)更加完善。第二，系統(tǒng)要以數(shù)據(jù)模型為依據(jù)，以便對(duì)各種水文數(shù)據(jù)進(jìn)行深一步的研究和分析，提供精準(zhǔn)的計(jì)算結(jié)果。第三，系統(tǒng)中的工具和界面要更加豐富，同時(shí)要易于操作，使用簡(jiǎn)單。第四，系統(tǒng)要充分采用先進(jìn)技術(shù)，同時(shí)具有良好的開(kāi)放性。在GIS、GPS、RS技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合先進(jìn)的IT技術(shù)，確保系統(tǒng)的可開(kāi)展性和先進(jìn)性。第五，系統(tǒng)可以進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的管理，而且能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行安全、高效及分布管理等，保證系統(tǒng)基礎(chǔ)的穩(wěn)定能力［2］。第六，系統(tǒng)要充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)資源共享，充分發(fā)揮智能化、網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)。第七，建立完善的系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)，以確保系統(tǒng)可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

3 地理信息系統(tǒng)在水文水資源方面的應(yīng)用

水資源關(guān)系著國(guó)計(jì)民生，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越重視地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用，尤其在水文水資源方面的應(yīng)用越來(lái)越普遍。GIS技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)頗具規(guī)模，在防汛減災(zāi)、水資源管理、水土保持、農(nóng)田灌溉及水環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)估等多方面得到了廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮著重要作用［3］。

3.1 地理信息系統(tǒng)在防汛減災(zāi)中的應(yīng)用

通過(guò)對(duì)近幾年的自然災(zāi)害進(jìn)行相關(guān)調(diào)查，其造成的經(jīng)濟(jì)損失平均每年就有2千億元左右。我國(guó)的自然災(zāi)害比較多，國(guó)家和政府非常重視研究和制定各種自然災(zāi)害的應(yīng)對(duì)解決辦法。比如，在防汛減災(zāi)工程措施中，在不同流域地段設(shè)置防洪警報(bào)系統(tǒng)，通過(guò)GIS技術(shù)進(jìn)行洪水預(yù)警、減災(zāi)措施分析、水資源調(diào)整、洪災(zāi)損失評(píng)估以及水利工程效益分析等，為確定災(zāi)民轉(zhuǎn)移路線及救災(zāi)物資運(yùn)輸路線提供決策依據(jù)。目前，我國(guó)已經(jīng)建立多個(gè)防汛減災(zāi)系統(tǒng)，比如防汛指揮系統(tǒng)、智能警報(bào)系統(tǒng)、防洪規(guī)劃管理系統(tǒng)、防汛信息查詢系統(tǒng)和洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)等。

在實(shí)際應(yīng)用中，也會(huì)將地理信息系統(tǒng)與雨水情信息數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，在電子地圖上實(shí)現(xiàn)水情時(shí)時(shí)報(bào)警，可以對(duì)水庫(kù)水位、河道水位、雨量情況等方面進(jìn)行時(shí)時(shí)報(bào)警。如果某一水庫(kù)超過(guò)防汛限定水位時(shí)，系統(tǒng)界面就會(huì)自動(dòng)彈出相應(yīng)窗口，并發(fā)出警報(bào)信息。

3.2 地理信息系統(tǒng)在水資源管理中的應(yīng)用

水資源的可持續(xù)利用是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要一方面，水利部門也在有效地開(kāi)展水資源的綜合規(guī)劃編制工作。水文部門通過(guò)GIS技術(shù)對(duì)地表水資源的空間分布進(jìn)行探測(cè)，對(duì)地下水資源進(jìn)行研究，并采用地理信息系統(tǒng)對(duì)水資源進(jìn)行調(diào)配。地理信息系統(tǒng)可以對(duì)地下水的儲(chǔ)存量、補(bǔ)給形式及埋深情況等方面進(jìn)行信息探測(cè)，為確定開(kāi)采地下水的方式或者開(kāi)采時(shí)間提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)地下水資源的保護(hù)和合理開(kāi)發(fā)發(fā)揮重要作用。目前，很多流域已經(jīng)建立多個(gè)水資源管理系統(tǒng)，比如上海市水資源普查管理系統(tǒng)、長(zhǎng)江流域水資源監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)、全國(guó)水資源綜合規(guī)劃項(xiàng)目及長(zhǎng)江中下游水資源管理空間決策系統(tǒng)等。

完善水資源管理信息系統(tǒng)建設(shè)，可以從幾個(gè)方面著手。第一，基礎(chǔ)電子地圖的建設(shè)，主要收集河流湖泊、城市、居住點(diǎn)、行政邊界、公路、鐵路和水庫(kù)等方面的數(shù)據(jù)，并采用1∶25萬(wàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)電子地圖數(shù)據(jù)。第二，在基礎(chǔ)電子地圖的基礎(chǔ)上，將專業(yè)地理數(shù)據(jù)數(shù)字化，建立專業(yè)的電子地圖，同時(shí)結(jié)合水資源相關(guān)信息，與基礎(chǔ)電子地圖之間相互匹配和疊加。主要收集水利工程分布、各個(gè)流域邊界、水文站、水文監(jiān)測(cè)站等方面的信息。第三，遙感技術(shù)的深入應(yīng)用。對(duì)遙感技術(shù)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和處理，使其與基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)相互補(bǔ)充和結(jié)合。第四，屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)。主要是對(duì)水資源狀況、社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況、水資源開(kāi)采情況、土地利用情況以及水環(huán)境情況等方面信息的記載，其是總系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，也可以說(shuō)是查詢的對(duì)象。第五，水資源管理軟件系統(tǒng)的建設(shè)。其是在數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合水資源信息管理需求，采用GIS開(kāi)發(fā)技術(shù)形成的水資源管理系統(tǒng)，比如對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、對(duì)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理以及這兩種相結(jié)合的信息管理等。第六，水資源綜合信息查詢系統(tǒng)建設(shè)。其主要應(yīng)用對(duì)象就是外部用戶，將水資源與生態(tài)環(huán)境綜合的信息查詢系統(tǒng)，隨時(shí)可以對(duì)水資源情況進(jìn)行查詢。

3.3 地理信息系統(tǒng)在水土保持中的應(yīng)用

我國(guó)的水土流失和土壤侵蝕問(wèn)題非常嚴(yán)重，其是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要問(wèn)題，關(guān)系著生態(tài)環(huán)境的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。水土流失主要是風(fēng)蝕、水蝕、冰川侵蝕以及滑坡和泥石流等一些地質(zhì)災(zāi)害。所以，做好水土保持工作非常重要。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)先后建立了多個(gè)水土流失綜合治理工程，對(duì)嚴(yán)重地區(qū)采取重點(diǎn)治理，結(jié)合遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）及全球定位系統(tǒng)（GPS），對(duì)流域的水土流失信息進(jìn)行統(tǒng)一的管理和分析，然后通過(guò)地理信息系統(tǒng)實(shí)施動(dòng)態(tài)管理模式，對(duì)造成水土流失的影響因素進(jìn)行分析，對(duì)生態(tài)環(huán)境效益進(jìn)行分析，為決策提供可靠的數(shù)據(jù)資料和依據(jù)。最近幾年，我國(guó)很多地區(qū)已經(jīng)建立了水土保持管理系統(tǒng)，比如深圳市水土保持管理信息系統(tǒng)，黃河流域、長(zhǎng)江流域的水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，四川水庫(kù)上游水土保持監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。水土保持系統(tǒng)在地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，包括的內(nèi)容主要有信息采集與處理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)、土壤侵蝕預(yù)測(cè)系統(tǒng)等。這些子系統(tǒng)的應(yīng)用都在水土保持工作中發(fā)揮著重要意義。

［1］邊馥苓.地理信息系統(tǒng)原理和方法［J］.北京：測(cè)繪出版社，1996.

［2］陳伏冰，杜單戈.RS、GIS、GPS的集成與應(yīng)用［A］//中國(guó)科協(xié)學(xué)術(shù)年會(huì)，2000.

［3］何延波，楊琨.遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)在水文模型中的應(yīng)用［J］.地球與環(huán)境，1999（2）：99-103.

Application of Geographic Information System in Hydrology and Water Resources

Yan HaiboGuo Shuxian
（Xinxiang Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Xinxiang Henan 453000）

The relationship between geographic information and water resources is very close.Based on this,geo?graphic information system(GIS)technology was simply introduced,then the requirements of the information of hy?drology and water to the geographic information system were introduced,and the practical application of geographic information system was analyzed in detail.

GIS；hydrology and water resources；flood control and disaster reduction；water resources management system

P208；P332

A

1003-5168（2016）10-0061-02

2016-09-15

閆海波（1985-），男，本科，助理工程師，研究方向：水文水資源。