GIS技術(shù)在水文水資源管理中的應(yīng)用探微

葛啟 黃河水利委員會(huì)山東水文水資源局

為了能緊跟信息化社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)，提升水文水資源信息化建設(shè)水平，將GIS技術(shù)應(yīng)用到水文水資源的各個(gè)領(lǐng)域，開展指定區(qū)域降水量計(jì)算、地下水勘察等多項(xiàng)工作。從傳統(tǒng)形式的高消耗、低效率模式逐步向統(tǒng)籌規(guī)劃和信息化方向轉(zhuǎn)變，在實(shí)際開展水文研究與保護(hù)工作期間就能夠緊緊結(jié)合水資源的特點(diǎn)，對(duì)水資源的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致分析，有利于全面提升水資源利用率。本文從GIS技術(shù)內(nèi)容以及發(fā)展趨勢(shì)入手展開闡述。

一、GIS技術(shù)與水文水資源的分析

（一）GIS技術(shù)

GIS技術(shù)是伴隨著地球地理信息專業(yè)發(fā)展起來的新技術(shù)手段，其主要由空間數(shù)據(jù)處理和空間數(shù)據(jù)管理兩個(gè)部分組成，借助遙感、GPS定位等獲得各種信息數(shù)據(jù)。GIS技術(shù)在地球地理信息的監(jiān)測(cè)中具有豐富的功能優(yōu)勢(shì)。GIS技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)所監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)化管理，這一特點(diǎn)正好符合水文水資源發(fā)展的特征。其次，GIS技術(shù)還有具有多要素綜合分析的功能，其能夠借助通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等對(duì)于數(shù)據(jù)展開更加精準(zhǔn)科學(xué)的處理，從而為水文水資源的研究決策提供有效參考。

（二）水文水資源

水文水資源領(lǐng)域是以水資源為重點(diǎn)，展開水資源變化、運(yùn)動(dòng)、分布等方面的專業(yè)研究。通過把握水資源的變化規(guī)律，從而預(yù)測(cè)水資源可能產(chǎn)生的各種安全隱患，并且結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡乩淼刭|(zhì)信息進(jìn)行有效的災(zāi)害預(yù)防，達(dá)到減少水資源災(zāi)害的同時(shí)，更好地發(fā)揮水資源的生產(chǎn)生活服務(wù)功能。

二、GIS技術(shù)內(nèi)容以及發(fā)展趨勢(shì)

GIS技術(shù)是在開展地理信息研究工作期間較為常見的一項(xiàng)技術(shù)，主要是將計(jì)算機(jī)技術(shù)作為操作載體，對(duì)不同類型的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、分析后，為信息數(shù)據(jù)賦予相應(yīng)的空間意義，再將其轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際研究期間需求的各項(xiàng)地理信息。在對(duì)水文水資源進(jìn)行研究期間，通過對(duì)GIS技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠有效解決傳統(tǒng)水文監(jiān)測(cè)和管理工作中存在的各種問題，也能為地表信息研究人員提供技術(shù)支持，對(duì)于全面提升水資源保護(hù)效率具有重要幫助。

隨著社會(huì)整體發(fā)展水平的逐步提升，GIS技術(shù)在未來應(yīng)逐步向標(biāo)準(zhǔn)化、多維化方向轉(zhuǎn)變，并要積極構(gòu)建特色鮮明的空間數(shù)據(jù)庫以及具有融合性的專業(yè)模型等。GIS軟件的各項(xiàng)功能應(yīng)不斷增多，不僅需要通用功能，還需具備水文水資源領(lǐng)域的針對(duì)性功能，進(jìn)而增強(qiáng)GIS軟件應(yīng)用平臺(tái)以及數(shù)據(jù)格式的規(guī)范性。此外，還需要著重開發(fā)三維立體空間水文水資源分析的軟件，將地理信息方面的信息數(shù)據(jù)更加立體地展現(xiàn)出來。在實(shí)際構(gòu)建具有特色性和鮮明性的空間數(shù)據(jù)庫期間，需構(gòu)建多個(gè)不同數(shù)據(jù)庫模塊，像構(gòu)建流域經(jīng)濟(jì)情況數(shù)據(jù)庫、區(qū)域降雨量數(shù)據(jù)庫等。在未來發(fā)展趨勢(shì)下，GIS應(yīng)用模式在實(shí)際構(gòu)建期間還需要充分考慮水文現(xiàn)象等各方面的因素，在形成具有較強(qiáng)融合性專業(yè)模型的同時(shí)，有助于提升水文水資源分析的全面性。

三、GIS技術(shù)在水文水資源管理中的具體應(yīng)用

（一）GIS技術(shù)在地下水勘察中的應(yīng)用

能否準(zhǔn)確開展地下水勘察工作，對(duì)于能否提升水文水資源管理效率具有重要幫助。開展地下水勘查工作的主要目的是為了明確指定區(qū)域地下部分含水層的分布規(guī)律、地下水流、含水層的實(shí)際連通程度以及邊界、地質(zhì)狀況等內(nèi)容，其主要是為了提升地下水規(guī)劃管理效率的重要工作內(nèi)容。在實(shí)際利用GIS技術(shù)對(duì)地表水進(jìn)行勘察的過程中，在GIS技術(shù)的輔助下，能夠更加精準(zhǔn)地了解地表水的來源、儲(chǔ)存量等各項(xiàng)狀況，進(jìn)而獲取非常精準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)。通過對(duì)獲取的各項(xiàng)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行利用，構(gòu)建空間模型，能夠更加直觀、詳細(xì)地表現(xiàn)出地表水實(shí)際分布規(guī)律。

（二）地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)及污染物分析

地下水自我再生的能力相對(duì)較差，自我調(diào)節(jié)功能不足，當(dāng)?shù)叵滤l(fā)生污染事件時(shí)，很難恢復(fù)到原有的水平。因此，為減少地下水污染，必須通過人為干預(yù)的方式來進(jìn)行，而這就需要在地下水管理工作中加強(qiáng)對(duì)地下水資源污染物含量的分析和監(jiān)測(cè)。GIS擁有強(qiáng)大的信息處理、分析和儲(chǔ)存功能，逐漸在地下水管理中占據(jù)了重要地位，它可以極快地對(duì)提取的地下水水質(zhì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，從而轉(zhuǎn)換為可為地下水監(jiān)測(cè)和管理工作服務(wù)的檢測(cè)結(jié)果。同時(shí)，GIS還可以通過建立相應(yīng)的地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)模型，大大提高了地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)工作的精確性。此外，GIS在監(jiān)測(cè)地下水礦物質(zhì)及含量、評(píng)估地下水重金屬污染狀況等方面發(fā)揮了重要作用，結(jié)合GIS的數(shù)據(jù)分析和管理功能，可以對(duì)不同區(qū)域的地下水水質(zhì)進(jìn)行綜合對(duì)比，獲得可視化的區(qū)域地下水質(zhì)量狀況分布圖。近年來，基于GIS開發(fā)的巖溶地下水環(huán)境測(cè)評(píng)系統(tǒng)，已根據(jù)地下水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完成了巖溶地下水的測(cè)量工作，為我國(guó)地下水的管理和監(jiān)測(cè)工作提供了更加有力的技術(shù)保障。

（三）在水資源控制規(guī)劃中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，水資源質(zhì)量控制是水文水資源應(yīng)用中最基礎(chǔ)的一環(huán)，只有加強(qiáng)水資源的管控工作，才能有效防止水資源污染。GIS技術(shù)的可視化功能可以將監(jiān)測(cè)區(qū)域的水資源情況完全展示到一張地圖中，還能夠?qū)崿F(xiàn)水質(zhì)的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)。比如，GIS技術(shù)可以聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，借助各種傳感器設(shè)備對(duì)于水污染分布數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)處理，建立起專門的數(shù)據(jù)庫，形成水污染控制模型，為區(qū)域環(huán)境水污染的控制管理提供幫助。

（四）GIS技術(shù)在水資源可持續(xù)發(fā)展中的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代化城市的進(jìn)一步發(fā)展，城市在水文水資源的應(yīng)用中都需要導(dǎo)入技術(shù)手段，并做好統(tǒng)籌規(guī)劃。如，在城市地下水管理中，做好地下水位的監(jiān)測(cè)對(duì)于該城市的公共交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、城市建筑施工項(xiàng)目發(fā)揮具有重要的作用。而GIS技術(shù)正是可以介入到城市的地下水位、水管網(wǎng)信息管理中。如，GIS技術(shù)能夠展開空間數(shù)據(jù)的處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息數(shù)據(jù)的編輯、采集和提取等，由此為城市建設(shè)起合理的官網(wǎng)建設(shè)方案。

（五）GIS技術(shù)在水文情報(bào)預(yù)報(bào)及防洪減災(zāi)中的應(yīng)用

相對(duì)于其他技術(shù)，GIS能夠整合時(shí)間數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行系統(tǒng)性分析。在水文情報(bào)預(yù)報(bào)工作中，GIS技術(shù)可以實(shí)施監(jiān)測(cè)不同區(qū)域的水文情報(bào)并進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，還能對(duì)手機(jī)到的各種水文信息進(jìn)行分析處理，從而提高了水文情報(bào)預(yù)報(bào)工作的實(shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)性。比如，通過利用GIS技術(shù)對(duì)水文模型的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)性預(yù)測(cè)，在精準(zhǔn)數(shù)據(jù)和優(yōu)質(zhì)模型設(shè)計(jì)的狀況下，能夠全面提升水文模型質(zhì)量。特別是在數(shù)字高程模型中對(duì)GIS技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，能夠?qū)⑺W(xué)相關(guān)的技術(shù)與之進(jìn)行融合，有助于增強(qiáng)水文信息監(jiān)測(cè)的真實(shí)性。

在防洪減災(zāi)工作中，GIS主要通過對(duì)水域信息統(tǒng)籌管理、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、災(zāi)情評(píng)估、區(qū)域劃分等方面提供相應(yīng)指導(dǎo)。并且通過利用GIS技術(shù)構(gòu)建防洪減災(zāi)信息化管理平臺(tái)，GIS技術(shù)充分發(fā)揮功能作用，能夠在較短的時(shí)間開展空間水文數(shù)據(jù)信息收集工作，并且能夠做好實(shí)時(shí)查詢、搜索、更新等工作，對(duì)于全面提升各項(xiàng)信息資源利用率具有較大幫助。GIS技術(shù)自身的空間分析功能能夠?yàn)閷?shí)際制定防洪決策提供信息支持，并能為多種不同類型的應(yīng)用模型提供有效數(shù)據(jù)。在對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的狀況下，能夠精準(zhǔn)地進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)而使防洪減災(zāi)決策具備數(shù)據(jù)化和可視化行為，為后續(xù)提升災(zāi)情調(diào)整和評(píng)估工作有效性創(chuàng)造條件。利用GIS技術(shù)開展災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作，比如對(duì)洪水發(fā)生的概率和強(qiáng)度方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬性的計(jì)算，對(duì)具體的危害性、危害程度等方面進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估，并且對(duì)各項(xiàng)損失進(jìn)行計(jì)算，不僅能夠充分考慮自然地理位置、社會(huì)環(huán)境等各項(xiàng)空間因素，也能逐步完善GIS防災(zāi)評(píng)估機(jī)制。

（六）GIS技術(shù)在指定區(qū)域降水量計(jì)算中的應(yīng)用

水文水資源管理工作多種多樣，區(qū)域內(nèi)的降雨量能夠?yàn)閷?shí)際開展此項(xiàng)工作提供重要參考依據(jù)，很多的重大決策都將區(qū)域降雨量作為核心參考依據(jù)。在實(shí)際對(duì)指定區(qū)域降水量進(jìn)行計(jì)算期間，應(yīng)用GIS技術(shù)具有重要意義。

一方面是區(qū)域降雨量的計(jì)算方式。最為常見的是三角形計(jì)算法、逐步定格計(jì)算法、多邊形計(jì)算法等方式。通過對(duì)這些計(jì)算方式的正確應(yīng)用，最終獲取的計(jì)算結(jié)果具有較強(qiáng)的精準(zhǔn)度，能夠符合實(shí)際要求。通常狀況下，區(qū)域降水量計(jì)算的精準(zhǔn)度與區(qū)域內(nèi)的站網(wǎng)密度具有較大關(guān)聯(lián)。如站網(wǎng)密度越高，實(shí)際計(jì)算的區(qū)域內(nèi)降雨量就越精準(zhǔn)。若指定區(qū)域的總體面積比較小，并且地勢(shì)相對(duì)來說比較平坦，以應(yīng)用算術(shù)平均法為主對(duì)指定區(qū)域的降水量進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于逐步定格法而言，其實(shí)際計(jì)算指定區(qū)域的降水量具有一定優(yōu)勢(shì)，且具有連續(xù)性，但也存在一定的弊端，如實(shí)際操作比較煩瑣，計(jì)算效率也比較低。

二是應(yīng)用GIS技術(shù)對(duì)指定區(qū)域降雨量進(jìn)行計(jì)算的優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用GIS技術(shù)具體的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在計(jì)算效率高、計(jì)算結(jié)果精準(zhǔn)性強(qiáng)等方面。在計(jì)算期間不會(huì)受到人為因素的影響，能夠降低產(chǎn)生計(jì)算誤差的概率，并且不會(huì)受到地理信息數(shù)據(jù)量的限制，在節(jié)省人力、物力資源的同時(shí)，能夠提升指定區(qū)域降雨量計(jì)算有效性。

四、GIS技術(shù)在水文水資源中的應(yīng)用趨勢(shì)

（一）信息標(biāo)準(zhǔn)化

GIS 技術(shù)應(yīng)用的核心在于數(shù)據(jù)信息，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)化采集分析與共享發(fā)揮數(shù)據(jù)的最大效力。近年來我國(guó)在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化與共享化層面做出不少探索，對(duì)推動(dòng)數(shù)據(jù)信息標(biāo)準(zhǔn)化貢獻(xiàn)良多。但是 GIS 技術(shù)本身對(duì)數(shù)據(jù)信息的標(biāo)準(zhǔn)化要求極高，現(xiàn)有數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系尚不能滿足 GIS 技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。例如 GIS 技術(shù)常應(yīng)用在具體事件的分析場(chǎng)景中，從中體現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的分析和處理。該過程重要非常細(xì)致的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)作為支撐，并為后續(xù)的數(shù)據(jù)公開共享奠定基礎(chǔ)。因此在今后的 GIS 系統(tǒng)開發(fā)中要充分融合更高標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)規(guī)范，進(jìn)而滿足 GIS 在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)層面的需求。

（二）實(shí)現(xiàn)GIS技術(shù)的創(chuàng)新化應(yīng)用

當(dāng)前GIS技術(shù)在水文水資源勘查方面的應(yīng)用還存在一定的不足，如地下水勘探同地表水?dāng)?shù)據(jù)分析尚未形成整體。而隨著人類活動(dòng)的頻繁，展開對(duì)水文水資源的應(yīng)用管理需要考慮到整體性，做好統(tǒng)籌規(guī)劃。基于GIS技術(shù)現(xiàn)有的水文模型功能、水文地理空間分布可視圖等功能，開展技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新成為未來GIS技術(shù)發(fā)展的重中之重。

五、結(jié)束語

綜上所述，GIS技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域管理中的應(yīng)用，極大地提高了我國(guó)水資源的利用率，為我國(guó)社會(huì)發(fā)展提供了水資源安全保障。如，GIS技術(shù)在水文情報(bào)和防洪減災(zāi)方面的應(yīng)用，可有效規(guī)避了各種水文災(zāi)害的發(fā)生。因此在未來的技術(shù)發(fā)展中，需要不斷地挖掘和發(fā)展GIS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)兩者的持續(xù)發(fā)展。