基于GIS在水文水資源領域中的應用分析

王丹丹

(遼寧省盤錦水文局，遼寧 盤錦 124000)

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基于GIS在水文水資源領域中的應用分析

王丹丹

(遼寧省盤錦水文局，遼寧 盤錦 124000)

摘要：地理信息系統GIS技術屬于近幾年電子信息化與計算機運用不斷發展所形成的新型技術，可通過對空間數據進行準確收集、存儲、分析管理，為相關研究提供良好的可視性精準信息，以此滿足各項研究中多功能、智能化發展趨勢。因此GIS技術的廣泛應用發展也逐漸拓展至水文水資源領域，文章則重點針對GIS技術對于水文水資源領域應用優勢回顧性總結相關應用特點，并探討GIS在水文水資源領域中的不足之處。

關鍵詞：地理信息系統；GIS技術；水文水資源領；應用價值

0引言

隨著近年來全球計算機信息技術迅猛發展，科研力量日益增強，加之水文相關研究項目的重視，其水文與計算機信息化相互結合的，因此各類水文水資源技術手段也在由傳統高消耗、低效率方式逐步走向信息化、統籌規范、智能化方向邁進[1]。當前全球環境惡化加劇，其地理水資源逐步匱乏枯竭，用水危機由此受到人們關注。而由此展開對水資源的探索及水文相關資料的收集、整理、分析等綜合性研究也不斷增加。地理信息系統GIS作為當前計算機空間信息處理分析系統，其能夠有效結合時空分布特點變化對相關空間信息、圖表數據等信息進行完善分析處理，當水文研究領域應用其中可結合水資源特點對水資源循環性、資源信息評估及有效利用率等發面發揮至關重要的作用[2]，讓研究者準確評估分析水文資源及調度。

1地理信息技術GIS及其發展狀況

地理信息系統(Geographic Information System)也可統稱GIS技術，屬于近幾年電子信息化與計算機運用不斷發展所形成的新型技術，綜合信息學、地理學、計算機技術與遙感技術共同發展所致[3]，在處理空間類相關信息具有無可替代的優勢。GIS通過計算機預測分析空間采集數據轉換為可視化信息，為相關研究提供準確的數據引用、提取編輯、重構轉化等技術優勢。而近幾年GIS技術的大力發展，其功能及發展概念也有傳統的集成、存儲性應用逐步向智能化、多功能方向轉變，為各項空間性研究提供高精度、實時化信息。因此GIS技術的廣泛應用發展也逐漸拓展至水文水資源領域，為水文水資源規劃、水污染控制、水文情報預報、防洪減災、水管網信息管理以及生態用水量評估等方面具有重要意義。

2GIS在水文水資源領域中的應用

當前全球經濟高速發展，世界各國資源也不斷縮減，使社會發展遇到瓶頸，因此發展理念也逐步有過去開拓型發展轉變為可持續穩定型發展模式。而水資源作為當前社會、生態、環境各個環節中不可缺少的一部分，其水文水資源的合理、科學利用成為當前發展核心之一。然而由于水資源地理分布特性，對此在水文水資源的評估、預測及配置需求等相關研究均需要與地理學息息相關。而近幾年采取地理信息系統GIS技術能夠有效準確對各地區河流水資源的分布、存蓄量以及與地區人口需求關系進行精準預測分析，為系統科學管理水文水資源提供便利[4-5]。例如結合GIS技術對某地區地形流域水資源進行觀測，評估水量儲蓄及開展利用率，方便信息管理，利用剖面顯示、補給和開采模擬等方式對水資源進行細致規劃。

2.1水污染控制規劃

水體的污染控制作為整個水資源規劃重要項目之一，其中控制的根本目的在于總量控制，通過“治本”為核心，將水體污染系統規劃于不同能區水域單元，并利用GIS技術根據水質分布與水體污染源的排污網絡規劃進行統籌，用地圖的形式存儲管理;而國民經濟統計資料、污染物的種類及數量則可用兼容的數據庫形式存儲管理[6]。GIS技術的區域水污染控制規劃方案可見圖1。

圖1GIS技術的區域水污染控制規劃方案

2.2水文情報預報及防洪減災

GIS技術作為時空數據整合性系統，能夠為各地區水文信息進行實時監測預報，讓地區性大范圍水文相關信息得到及時處理與應用，這對于后期的水文預報有著重要作用。例如利用GIS技術將水文模型參數準確預測，由精準的數據與細致優化的模型設計提升水文模型質量[7]；尤其對于數字高程模型的應用可有效結合水力學相關技術，讓實際水文信息的監測更加真實有效。另外準確的水文信息未相關預測預報提供有效參考，通過劃分承擔相應水域河流洪水預測，為后期防洪減災提供真實數據。GIS技術在防洪減災的指導主要在于水域信息統籌管理、災情評估、風險預測及區域行劃分等。首先是利用GIS技術構建防洪信息管理平臺，讓GIS技術在短時間有效收集空間水文數據，做到實時查詢、搜索、維護更新，充分強化信息資源的整合利用率。GIS的空間分析能力為防洪決策提供可靠的信息輔助支持，為各類應用模型提供數據；通過優化數據參數，做到精準評估，讓減災防洪決策形成數據化、可視化行為，從而為災情的調整、評估給予良好的輔助。其后則是評估災害風險，通過細致分析對應足夠的洪水發生概率和強度等數據的模擬計算，讓威脅與危害程度進行系統評估，計算損失，在統計分析中也需要注重考慮自然地理位置特性、社會因素進行空間疊加，然后完成分析[8-9]。在這方面我國結合GIS計算特點，深化各項災情數據模型構建，同時結合各類環境、社會、人員等復雜因素的完善構建，也使得GIS防災評估系統不斷發展完善。不過GIS作為新興技術仍舊具有極大的研討空間，如利用GIS技術延伸空間分析，將水域上下游的相關性與GIS數據幾何多圖像疊加等方面進行適時性防洪監測。

2.3供水管網信息管理

目前結合GIS技術來規劃供水工程中的管網設計主要表現呈3類形式，①獨立性開放設計；②集成二次開發；③單純二次開發。這其中又屬獨立性開發模式最為簡單，其開發過程可做到完全獨立性，對于GIS技術及數據依賴性較低；而集成二次開發則必須嚴格按照GIS技術信息及相關參數進行開發規劃，需借助GIS技術優秀的空間信息處理技術來達到可視化供水管網的開發，同時也是難度最高的開發模式[10]；單純二次開發則是基于GIS技術提供信息適當調整供水管網，其開發難度僅處于中位水平。在供水管網信息規劃中運用GIS技術提取編輯水文水資源信息，結合水利計算能力與優化選泵點等積極因素為供水管網開發建設提供良好的指導，有效改善優化管網建設方案。如美國羅拉多州利曾通過GIS技術支撐完成科羅拉多河的供水決策，給水管網的設計較之前更加科學，為灌溉區域的水資源應用和管理帶來了巨大的經濟效益和社會效益。

2.4生態用水量計算

選擇和收集數據源,根據了解的土地覆被分布狀況及其變化規律,對遙感圖像進行處理,提取各種專題信息,如土地建設情況、植被覆蓋率、農作物產量和水深等。利用GPS系統對數據修正與精度檢驗。利用GIS集成生態環境遙感調查結果及其他數據源,為生態環境評價、調控與管理及其他應用研究提供基礎資料。通過獲取不同土地覆被類型的面積,應用生態用水量計算模型,計算出生態用水量。如中國長江流域最大湖泊之一的洞庭湖，其水文水資源對于長江及湘、資、沅、澧等四水的流量調節具有重要作用。有水文學者曾在1999年對洞庭湖水資源進行評估，其平均調蓄水量1.23×1010m3；不過隨著自然環境變遷(見圖2)，社會經濟條件影響，洞庭湖面積和容積大大減少，而近幾年通過采取GIS技術對洞庭湖水資源進行檢測、管理，為黨中央提出的“平烷行洪、退田還湖、移民建鎮”治水方針的實施提供了有效的數據參考[11]，通過GIS技術對2009一2010年洞庭湖面積進行量測發現，洞庭湖調蓄水量有所增長，表明國家“退田還湖”方案的實施,增加洞庭湖調蓄面積和調蓄量,進而降低高洪水位,發揮了重要作用。詳見表1。

圖2洞庭湖面積和容積的演變

表1　洞庭湖2009年4月—2010年4月基于GIS技術估算水面面積表

注：監測期間需考慮時節氣候及洪峰闕值對于GIS數據的影響。

3水文水資源應用GIS技術存在問題

雖然當前大部分GIS技術應用在水文水資源領域具有較為良好的數據信息共享、存儲、規劃能力，不過其GIS技術也優于數據化形式受限，導致在水文地理的空間化、時間化以及決策支撐方面仍舊尚有不足，造成這樣的狀態因素在于GIS數據模型并不能準確地表達地理空間水文對象特征[12]。而數據耦合差異性，導致在水流與水質等相關時間序列信息數據與地理周圍環境空間數據的耦合形成一定的誤差。另外由于不同的開發單位對水文空間數據組織方式和設計空間數據庫的模式的差異性導致GIS技術互相操作轉換性較差，如不同的地理信息系統操作區別可導致水文地理空間數據庫層次不盡相同，進而造成信息數據資源共享與通用效果降低，減少可拓展作用。因此解決GIS水文水資源信息數據模型的通用構建及地理空間數據庫的一致性與共同性成為當前尚待解決的問題。

4結語

盡管GIS技術應用在水文水資源領域仍舊存在諸多不足，不過隨著近年來GIS技術與水文水資源領域的相關應用融合，二者間的發展也在不斷優化，而隨著技術的進步和社會需求的變化，其含義也會發生相應的變化。如當前國內外學者提出了“全球信息”、“數據地理”、“數字水利”等新鮮概念，讓傳統的工程型水利逐步轉變為現代化資源型水利發展，讓水資源得到可持續發展，因此GIS技術與水文水資源緊密結合的應用前景將非常遠大。

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Analysis of GIS Application in Hydrology and Water Resources

WANG Dan-dan

(Panjin Hydrological Bureau，Liaoning Province，Panjin 124000,China)

Abstract：Geographic information system (GIS) is a new technology formed by constant development of electric informatization and computer application，may collect，store，analyze and manage the spatial data correctly to supply good，visual and correct information for relating research，so as to meet the demands of the multi-functions and intelligent developing tendency of each study. Therefore,GIS technology applied and developed widely also expands to the field of hydrology and water resources. The paper summarizes retrospectively the GIS application' advantages in the field of hydrology and water resources and the correlative application characteristics，discussing the shortages of GIS application in the field of hydrology and water resources.

Key words：geographic information system；GIS technology；hydrology and water resources；application value

文章編號：1007-7596(2016)02-0095-04

[收稿日期]2015-10-28

[作者簡介]王丹丹(1979-)，女，遼寧臺安人，工程師，從事水文水資源和地下水等相關業務研究。

中圖分類號：P208.2；TV213

文獻標識碼：B