淺談水文信息化中GIS技術應用與趨勢

【摘要】GIS技術是計算機技術和信息化發(fā)展的共同產(chǎn)物，是管理和研究空間數(shù)據(jù)的技術系統(tǒng)，隨著水文科學的發(fā)展需求而被廣泛應用。本文對GIS技術于水文水資源中應用的情況進行了歸納、總結，并進行發(fā)展趨勢預測。

【關鍵詞】GIS技術；信息化；應用

1、GIS技術在水文研究中的應用背景

水資源科學開發(fā)利用是社會經(jīng)濟健康發(fā)展的基礎，隨著水資源研究技術方法和計算機科學的發(fā)展，人們對水文研究的技術手段也發(fā)生了根本性的變化，水文監(jiān)測信息化改革是水文工作熱點話題和必然趨勢。GIS等眾多技術在水文水資源中得到綜合應用，這使得水文研究的工作正逐漸走向網(wǎng)絡化、系統(tǒng)化。在日益激烈的信息革命浪潮的沖擊、水危機和水資源日趨枯竭越來越被廣泛關注的形勢下，圍繞水問題的綜合研究對于水文資料的準確、快速獲取、空間信息的分析、圖形圖像的處理、時空分布等特性的要求變得更加迫切。而GIS技術空間的特性及管理能力、水資源的時空分布特性和對海量數(shù)據(jù)的處理，決定了GIS技術涉及水問題諸多領域如水資源調查、水的循環(huán)、水的質量與數(shù)量狀況評價、地表水與地下水的調度、水資源有效合理的利用及水質監(jiān)測等方面的重要地位。

2、GIS技術應用范圍

GIS技術作為一種提取和分析遙感信息的重要手段，充分利用計算機軟硬件環(huán)境，通過對大量各類數(shù)據(jù)進行編輯輸入、存儲更新、檢索查詢、評價分析、布置規(guī)劃、預報預測、動態(tài)模擬、圖像支持、輸出報表，進而描述客觀關系、事物和過程的空間位置或地理坐標，輔助人類重新獲得對客觀世界、任務目標的再認識、利用和改造的一種信息系統(tǒng)。

GIS在水文信息化的管理和檢測方面都有重要的應用，例如，雨情信息、旱情信息、災情信息等方面的信息采集和處理，如圖1所示。下面對各方面進行詳細的敘述。

2.1 水污染控制規(guī)劃

水污染控制規(guī)劃為區(qū)域環(huán)境規(guī)劃重要的組成部分。但總量控制為水污染控制規(guī)劃的重要內(nèi)容，是從根本上解決的方法。在水污染控制規(guī)劃之中，各功能區(qū)的城市排排水管道分布圖、水域單元的水質分布分布等可采用地圖的形式管理和存儲； 污染物的種類及數(shù)量、國民經(jīng)濟統(tǒng)計資料則可用兼容的數(shù)據(jù)庫形式管理和存儲。下圖2是基于GIS的區(qū)域水污染控制規(guī)劃方案模型圖。

圖2 基于GIS的區(qū)域水污染控制規(guī)劃方案模型

2.2 水文情報預報

GIS被應用于水文情報預報系統(tǒng)主要體現(xiàn)在以下幾點

（1） 空間信息分析和信息查詢。在水文情報的預報系統(tǒng)之中，一般采用數(shù)值化電子地圖作為背景，應用數(shù)據(jù)庫管理技術和GIS，從而實現(xiàn)水情信息的檢索、查詢、分析計算和顯示。

（2）確定模型參數(shù)。流域水文的模型的大多數(shù)參數(shù)都與流域的地理信息有關，如河道的坡度、長度，流域的土壤分布、土地利用面積、坡度及重心等參數(shù)，均可采用GIS根據(jù)地理信息的分析直接確定。流域地貌單位線、流域下滲能力等模型參數(shù)可采用GIS根據(jù)地理信息進行間接地分析和計算。

（3） 開發(fā)分布式水文模型。GIS能夠提供詳細和準確的地理信息空間分析的資料，因此根據(jù)流域下墊面條件可以將流域劃分成滿足分辨率要求的規(guī)則的柵格或不規(guī)則的多邊形單元，從而充分考慮降雨和下墊面條件等要素在空間不均勻的分布情況。

（4）數(shù)字高程模型的應用。數(shù)字高程模型除了可應用在流域的匯流計算外，還能夠與水力學模型應用在一起，準確、客觀、快速地對災情進行評估和分析，如分洪水量、蓄洪區(qū)淹沒的范圍的計算等。

（5）開發(fā)分布式水文模型與數(shù)字高程模型。GIS能夠提供詳細的地理信息空間的分析資料，因此根據(jù)下墊面條件劃分流域成為若干多邊形單元，并建立分布式水文模型，同時充分考慮降雨和下墊面條件等要素不均勻的分布在空間。利用GIS建立起數(shù)字高程模型便可自動生成流域水系，為分布式水文模型的研制和開發(fā)提供了牢固的基礎。

2.3 防洪減災

GIS技術應用在防洪決策應用中，主要主要提現(xiàn)在以下的四個方面[2]：

（1）防洪信息管理系統(tǒng)或決策支持系統(tǒng)的平臺。在這些系統(tǒng)之中GIS的作用主要體現(xiàn)在：空間數(shù)據(jù)的管理，包括檢索、查詢、維護和更新，借助空間分析能力達到防汛指揮決策提供輔助的目的，提供各類應用模型數(shù)據(jù)，為模型優(yōu)化參數(shù)，預測預報，防汛決策方案及信息的可視化表達。

（2）對災情的評估。GIS是以背景數(shù)據(jù)管理被基礎的平臺，具有屬性和空間數(shù)據(jù)檢索、查詢、災情數(shù)據(jù)的提取、分析、輔助決策的工具和統(tǒng)計等作用，實現(xiàn)可視化的表達災情。

（3）區(qū)劃與分析洪澇災害風險。洪澇災害的分析主要是分析不同強度下的洪水發(fā)生概率以及其可能造成的危害和損失，包括洪水危險性的分析、損失評估和承災體易損性的分析。通過GIS技術，將涉及以上三個方面諸多的地理、自然、社會因子且附加相應的權重進行空間疊加，是進行區(qū)劃與分析洪澇災害風險的有效手段。GIS技術在多邊形合并，緩沖區(qū)的運用，數(shù)據(jù)層疊加方面充分發(fā)揮了重要作用。

（4）城市的防洪。GIS在城市的防洪中，城市的積水和退水的預測預報，排水設施的設計與規(guī)劃，現(xiàn)有排水設備的管理，城市綠地面積的規(guī)劃，分析降雨的時空特征， 以街區(qū)為空間單元和以街道為統(tǒng)計單元的社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)空間分布， 積水街道分布及降雨分布的可視化顯示，多層次、高分辨率、實時更新數(shù)據(jù)的存儲和多源、管理和維護等方面被廣泛應用。

3、GIS技術在水文信息化方面發(fā)展的趨勢

GIS技術在各個領域經(jīng)過近40年的應用與發(fā)展，已經(jīng)從存儲信息的實現(xiàn)、數(shù)據(jù)庫的建立、自動繪圖、

統(tǒng)計分析和檢索查詢等基本功能轉向建立多層次、多目標、多功能的智能化的專家系統(tǒng)、專業(yè)化的評價及模型分析和空間決策的支持系統(tǒng)。作為協(xié)調不同信息源和不同領域信息的理想工具，GIS技術在水文水資源領域的應用發(fā)展趨勢主要包括以下幾個方面：①空間決策支持系統(tǒng)將成為GIS技術應用的一個重要分支；②GIS的應用將成為發(fā)展數(shù)值模擬技術的重要手段；③GIS技術的多維發(fā)展將是水文水資源領域應用的一個方向；④GIS與GPS、RS集成化并將伴隨著水文水資源的不斷發(fā)展。

4、總結

GIS技術在水文水資源領域被廣泛的應用，這極大地提高了水文現(xiàn)代化水平，并把水文研究技術、GIS和計算機技術結合起來為生產(chǎn)生活提供服務，這將是未來水文研究和發(fā)展的必然趨勢。隨著計算機領域的不斷發(fā)展，GIS向可視化、集成化、網(wǎng)絡化、業(yè)務化、微機化和智能化發(fā)展，一系列的特征將增強水文水資源與GIS之間的融合，并GIS最終將更完善的應用于水文水資源領域中。

參考文獻：

[1]劉宏偉，姚鵬舉.GIS在水文水資源領域的應用進展[J]，科技傳播，2013（09）

[2]王丹丹.基于GIS在水文水資源領域中的應用分析[J].黑龍江水利科技，2016（02）