淺析GIS技術在水文水資源領域的應用

□殷同生（信陽水文水資源勘測局）

淺析GIS技術在水文水資源領域的應用

□殷同生（信陽水文水資源勘測局）

地理信息系統在管理水文空間數據及其研究上具有重大的意義，不僅可以作為水文水資源領域中重要的應用系統，同時在該領域的研究與開發上擁有強大的技術支撐。文章首先簡要說明了GIS具有的功能與特點，其次詳細介紹了GIS在水文水資源領域中的應用情況，包括水資源管理、防洪減災和GIS與水文專業模型的融合等6個不同方面。同時依據目前GIS技術不斷發展的趨勢及其對水資源領域研究的巨大貢獻，對GIS在水文水資源中的未來應用趨勢做出了相關分析。

GIS；水文水資源；應用

0 引言

由于水文水資源研究領域和內容的不斷拓展與深入，將目前快速發展的GIS(GeographicInformationSystem)技術用于水資源領域研究，具有重大意義。GIS技術的應用，在水文水資源領域的相關研究與開發方面做出了重大的貢獻[1]。GIS所具有的功能主要體現在以下3個方面[2]：一是信息處理能力，即采集、提取和分析具有典型空間特征與動態性特征數據，并對其進行管理與輸出；二是分析與預測能力，通過地理科學的融入，地學模型對區域空間分析和動態預測更顯優勢；三是決策參考依據，參與數據編輯與管理的技術多元化，其應用性和可靠性都將大幅提升。文章通過對GIS技術在水文水資源領域的應用范圍進行闡述，并對其應用前景作出相關分析，以此來說明GIS在水文水資源領域的應用研究。

隨著集成化與智能化GIS技術的發展，其在水文水資源領域的研究意義將更大。多功能、高精度和現實性強的時態GIS技術已成為發展主流，可為水文水資源的相關研究提供量多高效的信息與資料。

1 GIS在水文水資源中的應用概述

地理信息系統可以看作是一種以分析處理空間數據為基礎的應用技術，地理信息本身所具有的特點可以決定GIS技術在研究水資源領域時普遍應用的前景。從20世紀80年代至今，GIS技術從數據管理、多源數據集數字化輸入和繪圖輸出、DEM或DTM模型的使用、GIS結合環境評價模型的擴展分析以及GIS與決策支持系統(DSS)[3]的集成，逐步發展到網絡GIS[4]，得到更廣泛的應用。以下將對GIS技術在水資源評價與規劃應用、水資源管理、防洪減災、空間決策支持系統[5]、水文地理空間數據庫、GIS與水文專業模型的融合[6]等方面的應用做出簡要說明。

1.1 水資源評價與規劃應用

大量空間信息在水資源評價與規劃應用中體現，例如水文站控制斷面位置、實測水文數據和地形地貌等多種屬性數據，GIS技術可以對以上擁有時維性特征的數據進行獲取、管理、分析、模擬和顯示等操作。水資源計算和評價模型可以利用GIS技術來建立，依據事實情況對水資源進行評價，同時可在空間數據庫的基礎上，建立不同的以各種影響因子構成的專題圖層，并對圖層進行疊加處理，使其對水資源進行快速、合理的評價及規劃。

1.2 水資源管理

水文包括降水、流量和水位等基本信息，此外還包括汛、旱情信息、水質信息，同時結合了多種不同類型的信息，如地形地貌、水文地質條件、氣象、河流水系、土壤植被、水利工程等。GIS擁有對以上數據進行不同復雜處理、多元信息疊加和空間屬性數據相結合的功能，可以為相應部門提供決策基礎。其數據管理和分析的可視性，通過交互式圖形處理與自動制圖工具的運用而不斷增強，并使水文信息的管理與應用效率得到了提升。隨著計算機技術的不斷發展，數字化水文信息管理必然是未來水資源管理發展的趨勢。

1.3 防洪減災

當前，GIS技術在防洪減災中主要包括管理平臺、災情評估、風險分析與區劃和城市防洪4個方面的應用。基于防洪信息管理系統的決策支持平臺能夠更好地將時間數據與空間數據進行整合，同時采用GIS具有的空間分析能力對防洪決策進行信息輔助[7]，從而使結果預測與表達準確；災情評估方面，主要發揮GIS技術強大的空間數據處理能力，多層次整合和管理空間數據與各種屬性數據，并以此為基礎對洪水災害的演變進行動態分析，從而為災情數據的提取、評估提供有利的技術支持；在災害風險的分析與區劃環節，需要模擬計算不同洪水發生概率與強度等數據，此過程需要利用GIS技術對給予相應權重的自然、社會等各種因素進行空間疊加分析，隨之進行災害分析與區劃；城市防洪越來越受到學者們的關注，馬鎮等使用GIS二次開發技術研發了哈爾濱市的城市防洪體系[8]，該體系在防洪警報、防洪預案與洪澇災害的監測和評價上作用明顯，在城市防洪搶險與管理決策中做出巨大貢獻。

1.4 空間決策支持系統

空間決策支持系統(SDSS)是一種基于常規決策支持系統與GIS技術的新型信息系統。決策支持系統使用大量數據及模型，使該系統盡最大可能縮小理論與實踐之間的差別，同時運用GIS對基礎數據進行相關空間分析，服務于水文水資源規劃、評價和工程實施。

1.5 水文地理空間數據庫

GIS在水文水資源領域中應用的核心是空間數據庫，其具有存儲量大、數據種類多樣等特點。在應用中要建立如雨情、水情數據庫等具有水文特色的數據庫，同時數據庫與其他數據相結合，如基本的自然、社會經濟信息等。只有連接服務器端數據庫與實時報汛數據庫才能保障數據庫能夠實現實時查詢的功能，創建并存儲洪水預警預報相關數據，實時更新與插值處理后獲得最新的災情信息。

1.6 GIS與水文專業模型的融合

GIS技術可以和評價或者預測模型有效結合，是由于其在數據輸入輸出與處理方面均能很好地應用，顯示了GIS技術同模型的集成。對單個指標的空間分析與多個圖層的加權疊加分析都能通過GIS技術實現，但是它不能進行地下水的轉化過程與運移規律的模擬，因此將GIS技術同水文專業模型進行結合，是今后發展的必然趨勢與研究重點。

以GIS與分布式水文模型結合為例：GIS在模型中所起的作用有以下4個方面：（1）空間數據管理。模型中的空間數據與屬性數據可以通過GIS來進行統一管理，同時具有對GIS管理的數據進行查詢、檢索、更新和維護等操作功能；（2）提取水文特征。如可以通過GIS軟件對地形數據進行坡度坡向計算、流域劃分和河網提取等操作；（3）模型數據準備。在制備流域土壤類型圖、植被分布圖與地下水埋深圖等符合水文模型要求的空間數據時，可以使用GIS中的空間分析與數據轉化功能；（4）可視化與再分析：通過ArcGIS的二次開發，將水文模型和ArcGIS集成，使水文模型界面化，實現可視化并進一步分析。

2 GIS在水文水資源中的應用趨勢

GIS集成了多學科信息技術，是搭建在此基礎上的基礎平臺與綜合環境，并且是對不同領域信息與不同信息源進行協調的理想技術。目前，多功能、多目標與多層次集一體的評價分析模型與空間決策支持系統可以通過GIS實現，為了跟上社會發展潮流，GIS在水文水資源領域中的應用功能需要升級轉化。

2.1 空間決策支持系統是GIS應用的重要分支

空間決策支持系統(SDSS)是一種基于常規決策支持系統與GIS技術的新型信息系統，就近年的發展來看，其具有廣闊的發展前景。目前，GIS技術在空間數據的管理與分析上具有很好的體現，但是其缺少針對復雜對象空間問題的解決能力，如：區域規劃、功能分區等問題的決策能力，其應用能力難以滿足社會經濟的發展需要。因此，GIS技術應用于空間決策支持系統將具有遠大發展前景。

2.2 GIS是數值模擬技術發展的重要手段

目前大多數主流GIS應用軟件都是將數據庫作為核心，而將應用模型同模型管理技術和應用模型同GIS技術相結合的研究將是今后發展的趨勢。這些復雜的應用模型將能夠為社會經濟發展提供直接有效的信息，可以促使GIS逐漸成為高效精確的決策支持系統。

2.3 多維GIS技術是在水資源領域應用的發展方向

近幾年，三維GIS在水資源研究領域逐漸成為熱門的研究項目，但是地下水文和礦山等真三維現象大部分的GIS軟件都無法對其進行處理分析[9]，只有IVM系統和SGM系統等少數GIS軟件可以對真三維現象進行分析，但其在幾何建模與分析功能上有著一定的不足。因此，三維GIS技術的發展具有廣闊的應用前景[10]。

在水資源研究過程中，研究某一時刻的水文地質條件，即將時間序列添加在三維上，將形成四維GIS，其對水災、地震、暴雨、滑坡和泥石流等自然災害研究具有重要意義。獲取時間序列數據的能力同三維模型結合，才能更好地滿足社會需要，同時在三維GIS成熟發展的基礎上才能更好地發展與完善四維GIS。

3 結語

隨著信息技術的不斷發展，GIS技術也隨之不斷發展，其應用范圍將更加廣泛、功能更加強大，而GIS技術在水資源研究與管理中應用的意義將更大。建立一種GIS與水資源綜合性較強的信息系統是一件難度非常大的事情。但是GIS技術在水資源中的應用很明顯對水資源研究與管理領域的發展具有不可或缺的促進作用；同時，水資源領域的研究與管理對GIS技術方面的需求具有重大的促進作用；隨著科學技術的不斷進步發展與社會需求的不斷變化，不斷有人認識到，水資源科學與地理信息系統是一個重要的、不間斷發展的概念，它們所包含意義也將隨之發生相應的變化。

（責任編輯：邢博輝）

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1673-8853（2016）09-0031-02

2016-05-12