水文水資源領域中GIS技術的應用現狀分析與發展趨勢探討

全占東

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

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水文水資源領域中GIS技術的應用現狀分析與發展趨勢探討

全占東

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

GIS技術應用于水文水資源領域當中，使得水文水資源的查詢、分析以及管理等工作更加方便。GIS技術在水文水資源領域中的應用具體有五種：地表水與地下水的分布與分配；指定區域內的降雨量計算；地下水的勘察；水情預測；水文模型模擬。而GIS技術在水文水資源領域中的發展趨勢主要有以下四個方面：GIS技術應用的標準化與規范化；構建特色鮮明的空間數據庫；建立融合專業模型；GIS軟件的多維化發展。

水文水資源；GIS技術；應用現狀；發展趨勢

GIS是指基于地理空間數據庫、具有信息分析、數據處理等多種功能的地理信息系統。GIS技術最開始應用于水文水資源領域是在20世紀70年代。到了20世紀80年代以后，科技水平又有了一定的提高，計算機技術等較為先進的技術也逐漸應用于水文水資源領域，與GIS技術、遙感技術等融為一體，共同促進水文水資源領域的發展。近年來，GIS技術發展十分迅速，并在水文水資源領域取得了較大的成就。目前GIS技術已經成為水文水資源領域不可或缺的重要技術手段之一[1]。

1 水文水資源領域中GIS技術的應用現狀

1.1 在地表水與地下水分布與分配方面的應用

GIS技術是研究地表水與地下水分布規律的關鍵技術手段，所以引起了水利部門的重視，各水利機構對地表水與地下水的分布情況進行了大量調查，并根據所獲得的調查數據建立了GIS水資源分配系統。經過多年的研究與發展，GIS技術已經廣泛應用于水文水資源領域，并且取得了不錯的成效。其中最具典型的有：黃河下游GIS水資源分配系統、上海GIS水資源分布查詢系統、遼寧省水資源監測系統等等。從目前的應用情況來看，我國的GIS水資源管理系統具有以下幾個結構特點：

1)基礎信息庫：基礎信息庫當中儲存著大量的地理基礎信息，主要包括區域劃分邊界、大小城鎮、居民小區、江河湖泊分布、水庫修建地點、鐵路與公路的分布等。

2)專業信息庫：專業信息是將專業、詳細的地理數據加于基礎信息所形成的全新信息數據，而專業信息庫則是用于儲存專業信息。專業信息對于水文水資源的情況描寫得更加全面，信息當中包含了更具體的內容，而且描述的方式更加專業，比如江河流域的邊界、水利工程的具體位置、水文監測站的分布等等。

3)遙感信息庫：與基礎信息庫的信息一一匹配過后，通過解譯，最終得到遙感測量數據。

4)屬性數據庫：對區域內各項數據的屬性進行描述。比如區域內的經濟狀態、水質情況、水利工程的施工參數、土地使用情況等等。

5)GIS軟件：GIS軟件是基于基礎信息庫、專業信息庫、遙感信息庫、屬性數據庫等幾大信息庫、使用GIS嵌入技術、再結合實際需要所開發的用于水資源管理的專業管理軟件。GIS軟件的主要功能有空間信息的管理、屬性數據的管理以及綜合信息的管理等。

6)信息查詢系統：信息查詢系統是專門為用戶開發的系統，用戶可通過互聯網登陸信息查詢系統，經過驗證以后就可以隨時查看水文水資源的相關信息以及環境相關信息。

1.2 在指定區域降雨量計算方面的應用

區域內的降雨量是水資源管理的重要參考依據之一，許多重大決策都需要將區域降雨量作為參考，所以區域降雨量的計算顯得十分重要。

1.2.1 區域內降雨量的計算方式

區域內降雨量的計算方式多種多樣，比較常見的有三角形計算法、逐步訂格計算法、算術平均計算法、多邊形計算法等。使用這些計算方法所得到的計算結果的精確度通常都能符合實際的要求。實際上，區域內降雨量計算的精確度主要取決于區域內的站網密度，其密度越高，計算結果的精確度也就越高。如果區域的總體面積比較小、地勢較為平坦、測量站點均勻分布且相關資料準備較為充分時，最好是使用算術平均法。逐步訂格法的優點是可以體現出降雨的連續性，但是在使用時，操作步驟比較麻煩，計算效率比較低[2]。

1.2.2 使用GIS進行降雨量計算的優勢

在使用GIS技術對區域內降雨量進行計算時，其計算效率更高，計算結果更為精確。因為GIS技術在進行分析計算時不會受到人為操作方面的影響，可以減少許多誤差產生的機會，而且使用計算機系統進行計算，對于數據量也沒有限制，很大程度地提高了區域內降雨量計算的精確度以及計算效率[3]。

1.3 在地下水勘察方面的應用

地下水的勘察是對地下水資源進行管理的基礎條件。勘察的主要目的是探明指定區域地下部分含水層的分布規律、地質條件、地下水流向以及各含水層的連通程度、邊界等，便于對地下水的規劃管理。

1.3.1GIS技術對地表水勘察的作用

在對地表水進行勘察時，利用GIS技術可以了解到地表水的來源、儲存量等情況，并且得到十分準確的空間數據。利用這些空間數據構建空間模型，更加直觀、詳細地體現出地表水的分布規律，便于對地表水資源的規劃與管理，并為地表水的開發提供了數據支持。

1.3.2GIS技術對地下水勘察的作用

在對地下水勘察的過程中，采用GIS技術，可以建立地下數據庫系統，將勘察到的地質結構、地下水動態、地下水開發情況等數據儲存在地下數據庫系統當中，并設置對應的索引，便于用戶的查詢與使用[4]。

1.4 在水文模型模擬方面的應用

在水文模擬當中常用的模型有SHE模型、IHDM模型、不規則三角網格模型等。如果是對于大型區域的水文模擬，那么使用得最多的就是不規則三角網格模型，它只要用10%的原始數據，就可以將區域內的水文特點詳細地描述出來。

GIS技術運用于水文模擬當中一般會有以下幾種運用類型：

1)動態型降雨徑流模型。動態性降雨徑流模型主要是用于分析區域內降雨的不均勻性對于徑流的影響程度。對此，使用GIS技術，構建一個動態分布的降雨徑流模型，模擬坡面雨水匯流與河道匯流以后的具體數值。

2)小流域徑流變化模型。小流域徑流變化模型是專門用于分析小流域在受到降雨影響時的徑流隨時空變化的情況[5]。

3)區域作物水分散失模型。以區域內農作物水分的散失作為參考建立的模型，考慮到了區域內空間的變異性。

4)變動產匯流模型。變動產匯流模型是基于降雨徑流模型的，利用該模型可以有效提高模擬數據的精確度，適用于不同水文條件下的產匯流計算。

1.5 在水情預測方面的應用

GIS技術在水情預測方面的應用主要有以下2種：

1)水情信息的分析與查詢。應用GIS技術，可以對收集到的水情信息與空間信息進行分析，然后將相關水情信息儲存到數據庫當中，并設置索引，便于水情信息的查詢、使用與計算[6]。

2)確立水文模型的各項參數。水文模型的參數有許多項，比如河床的坡度、河道的長度等，這些比較直觀的參數都屬于基礎地理信息，可以使用GIS技術經過分析以后直接得到。而稍微復雜一點的參數比如水域的下滲程度、地貌邊界線等也可以使用GIS技術，經過間接的計算得到結果。

2 GIS技術在水文水資源領域的發展趨勢

2.1GIS技術應用的標準化與規范化

當前所使用的GIS軟件具有許多強大的功能，但是這些功能大部分都屬于通用的功能，對水文水資源領域的針對性不夠強，其應用平臺及數據庫中包含的數據格式也是多種多樣，在使用與交流時十分不方便。對此，可以將使GIS軟件的應用平臺以及數據格式更加標準化、規范化，便于交流與共享。

2.2 構建特色鮮明的空間數據庫

當前的GIS軟件通用性能太過強大，而針對水文水資源領域的功能卻不夠明顯，對此，可以建立專門的水文水資源數據庫模塊，其中包含有一些水文水資源相關的子數據庫，比如流域經濟情況數據庫、區域降雨量數據庫、洪澇災害數據庫等等[7]。另外，還需要有包括自然環境與地質條件等數據在內的基礎數據庫。

2.3 建立融合專業模型

在當前所使用的GIS應用模型當中，對于水文水資源信息的采集、計算、儲存與管理等都已經十分完善，但是這些都只是停留在數據處理的表面階段，對于重大決策的支持以及水文現象的原因分析等還遠遠沒有達到要求。所以，未來的GIS應用模型必須要將這些問題考慮進來，組成融合型專業模型，實現對水文水資源的全面分析[8]。

2.4GIS軟件的多維化發展

當前所使用的GIS軟件由于技術水平原因，大多還停留在二維空間顯示的水平，無法達到三維分析的水平。在進行模型展示時，二維平面圖形顯然已經無法滿足當前的水文水資源分析要求，所以急需要開發全新的三維立體空間GIS水文水資源分析軟件[9]。

隨著計算機技術的發展，GIS應用模型逐漸從二維平面分析變成了三維立體分析，這也體現了GIS應用技術已經慢慢走向成熟，在未來更是會朝著多維的方向發展[10]。

3 結 語

GIS技術應用于水文水資源領域，不僅為水文水資源提供了更多準確、有效的數據，還通過構建各種模型的方式，使得水文水資源的管理更加直觀、科學，有效提高了水文水資源管理的效率。目前的GIS技術雖然還存在一定的不足，但隨著科技的發展，這些問題必然會被解決，GIS技術也將更上一層樓，其發展前景不可限量。

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[5]榮潔.城市小流域水量水質模型及水環境容量計算的研究與應用[D].南京：南京大學，2014.

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[7]張建云，宋曉猛，王國慶，等.變化環境下城市水文學的發展與挑戰——I.城市水文效應[J].水科學進展，2014(04)：594-605.

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1007-7596(2017)02-0128-03

2017-02-12

全占東(1984-)，男，遼寧大洼人，工程師，研究方向為水文水資源、水利工程、水利信息化等。

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