探析基于GIS 技術在水文水資源中的運用

周野一，王 丹

（紅河州水利水電工程地質勘察咨詢規劃研究院，云南 蒙自 661100）

0 引言

GIS 技術是一種以地理空間為基礎，通過地理模型分析法實時提供多種空間以及動態地理信息的計算機技術系統[1]。GIS HAWR 技術是近幾年才發展起來的空間信息分析技術，對解決資源環境問題有重要作用。美國是最早開始應用的國家，1980 年以后，該技術逐漸被廣泛應用于更多的領域，如計算機、遙感、GIS 綜合使用。GIS 技術在多領域被廣泛使用，主要包括水資源規劃、管理、優化等。近年來，該項技術在水資源流域中展現了驚人的發展速度，從技術在水資源規劃、管理、優化資源到調查、規劃、評價、管理，其中，從決策等方面是重要技術改變方法之一。如今，GIS 技術的優勢越來越明顯，尤其在資源和環境應用領域具有技術先導作用。

1 GIS 技術在水資源中的運用

GIS 技術在水資源中的運用主要體現在以下方面：水資源管理、流域面雨量計算、地下水資源勘測、水文模擬、水情預報等[2]。

1.1 水資源管理方面

GIS 技術在水資源管理上，是水資源空間分布重要方法，水資源空間分布和調配，主要是地下水資源。大量研究表明：GIS 技術在水資源管理上，科學規劃水資源空間分布和調配，為實現技術在地下水源管理上行之有效，組建規模為根本，效果顯著[3]。在GIS 基礎上成立水資源管理信息系統，能夠為水資源管理提供快速且全面的信息支持。上述研究建立系統，目的是改善我國水資源不合理應用情況，同時促進可持續發展，成為研究的史無前例的典范。

目前，我國的GIS 水資源管理信息系統水平較高，與國外先進國家進行對比，沒有太大差異，主要具備以下特點：基礎電子地圖基數數據高，系統數據分布全；專業電子地圖是數字化與HAWR 專業地理數據、基礎相融合的，專業電子地圖詳細使用，信息領域更為專業精細；遙感信息庫和基礎地理數據完滿結合再到解譯步驟得出眼科測試數據；屬性數據看對分區查詢對象書記描述，在GIS 系統數據庫中具有基礎屬性；軟件系統為基于上述的基礎和專業電子地圖、遙感信息庫、屬性數據庫基礎上，運用GIS 水資源管理信息系統開發與水資源管理有關的其他軟件系統。同時軟件系統中包含管理空間和屬性數據，包括兩者相互結合管理信息等。

1.2 流域面雨量計算方面

流域面雨量在HAWR 管理中具有重要作用，江河流域面雨量分為小雨、中雨、大雨、暴雨和大暴雨等六個等級，有助于相關部門及時采取正確措施。計算流域面雨量的方法有多種，面雨量指描述整個區域或流域內單位面積上的平均降水量的物理量，以客觀反映降水情況，常見計算方法有算術平均法、等值線法等。大量數據證實，要準確計算面雨量，必須根據實際情況選擇合適的計算方法，可每種方法均具有局限性[4]?？偟膩碚f，面雨量精度計算受各方面影響，根據不同需求進行針對性應用科學合理適宜的方法是關鍵。本文所講面雨量受多種因素影響，如地形、測站分布地區、流域內站網密度、面積等。在流域內站網密度干擾下，內站網密度和精度成正比。在地形平坦、流域面積小、測站分布均勻的情況下適合使用算術平均法面雨量測量是更為實用有效的方法。等雨量線法精度上來說占據優勢，但實操性不強，技術領域理解晦澀難懂，操作時需有強大的數據支撐和對數據的理解分析能力，具備復雜性特點，無法便捷應用到日常生活中。個點法操作上也是很難實施的，同時成效性不強，雖然能反映降水連續性，都不是最佳的方法。

將GIS 技術運用在流域面雨量計算中，彌補了傳統方法沒有的部分，流域面雨量的計算主要是為各級政府組織防汛抗洪和水庫等決策提供依據，幫助水利部門提供洪水預報參數，而GIS技術可借助防汛決策支持系統展開災情評估與洪澇災情風險分析，從此證明GIS 的面流量計算方法行之有效。

用GIS 技術對降雨量分布數據進行分析，不僅有助于提高工作效率，獲得令人滿意的效果，同時與其他技術相比，GIS 不會受人為因素干擾，也不受數據量限制，進而提升工作質量。

1.3 地下水資源勘測方面

地下水資源主要指存在地下能夠被人類利用的水資源，是全球水資源的重要組成部分，且同地表水資源和大氣水資源有緊密聯系，可相互轉化，對其進行勘察有助于評價水質和水量，除此之外還包含水層之間水力聯系，同時包含水層邊界等特征[5]。

運用GIS 技術在地下水資源空間分布以及調配兩方面，通過對地下水埋深、地表水供給、儲藏量等信息，獲取空間數據和建立成果細化模型，明確放映區域地下水資源一般特點規律，在進行地下水資源規劃、管理、保護、開發時更具備科學合理和全面決策做有力依據，從而對地下水資源進行規范化管理，確保實施的有效性。

GIS 技術地下水資源應用是指獲取水文地質一般資料、地下水動態資料和水開采情況等空間數據庫系統，通過數據軟件系統，能夠可視化查詢與檢索某些數據，預測地下水資源的管理情況。

1.4 水文模擬方面

GIS 技術在水文模擬方面應用，主要靠模擬：GIS 數字地形和數字高程根本，建立流域水文信息參數數字化系統。GIS 經過明確流域特點和傳統水文模型融合，應用流域水文模擬在現實生活中。

GIS 技術在水文模擬方面采取多種水文模型，主要包括TOPMODEL、IHDM、SHE、不規則三角形網格模型等[6]。其中，在水文模擬方面，不規則三角網格完全分布方式成為最常見的應用方式，主要原因是僅有5%～10%的原始棚格節點數據，主要用于描述流域地形水文特征。

能夠通過GIS 技術和水文模擬模型的關系如下：GIS 動態分布降雨徑流流域、GIS 分布式流域水文物理、參考作物蒸散量分布式、變動生態產流。

1.4.1 GIS 動態分布式降雨徑流域模型

GIS 動態分布式降雨徑流域模型是在GIS 技術基礎上成立的，重點分析降雨、下墊面空間分布不均勻性徑流過程干擾因素。所以，借助GIS 技術成立動態分布式降雨徑流模板是針對坡面產匯流和河道匯流數值模擬。

1.4.2 GIS 分布式流域模型水文模型

GIS 分布式流域模型，水文模型基礎是GIS 技術數字地形和高程系統，主要應用在不大流域降雨徑流時空變化期間。

1.4.3 參考作物蒸散量分布式模型

參考作物蒸散量分布式模型基礎是DEM 的成立，同時在次基礎上考慮變異性流域空間。

1.4.4 變態生態產業流模型

LL—I 分布式降雨徑流模型展開變動生態產業流模型，可提升模擬預報精準度，適合各種各樣的具備水文特點地區產匯流計算。

1.5 水情預報方面

GIS 技術在水情預報應用方面總的主要概況為查詢水情和分析空間信息、確定流域水文模型參數。運用GIS 技術聯合查詢水情信息與對空間信息展開分析，對此分析管理數據庫技術、背景是數值化地圖，目的是實現以下信息：檢索水情、查詢水情、分析水情、計算水情。確定流域水文模型參數主要包括對以下有關地理信息確定分析：河道和流域的坡度長度以及重心等。除此之外，GIS 地理信息不直接通過分析計算流域地貌單位線、流域下滲能力等。

1.6 水污染控制策劃

區域環境策劃重要組成部分為水污染控制關鍵，因為科學有效水污染控制可以改善當下生活、工業廢水污染、河流污染等水質量污染問題。水污染控制中最主要內容為總量控制，是從根本上解決水污染問題[7]。

有效規劃水污染控制包括了以下形式的儲存管理內容：地圖和可用兼容數據庫。地圖形式存儲管理分布包括：每個功能區水域單元水質、城市排污管網。可用兼容數據庫形式存儲管理包括：居民經濟統計情況、污染物種類及數量。

以下是在GIS 技術基礎上區域水污染控制預案：水污染控制規劃對象→水污染控制規劃數據→（數據庫及管理信息系統、水污染控制規劃模型庫）→面向用戶的信息系統→用戶所需要的數據、圖表信息→（數據庫及管理信息系統、水污染控制規劃模型庫）。

1.7 供水管網信息管理系統

現階段開發供水管網GIS 應用開發程序的方法為獨立、單獨和集成的二次開發。單獨開發是獨立完成應用系統開發，不會依賴GIS 工具軟件。單獨二次開發是全部憑借GIS 工具軟件完成語言開發應用系統，集成再次開發是不僅應用了GIS 工具軟件還包括可視化開發平臺，兩者聯合應用程序開發商可使功能強大，進行結合二次開發。

集成地圖技術的應用是指在傳統與高級語言介入后完成GIS 軟件開發。實現城市供水管網功能包括信息查詢、編輯、有關水利計算以及優化選泵等。積累與分析系統運行資料，科學有效規劃改造管網和泵站提供依據、建設改造投資。采用調度系統分析用水供給關系，制度合理供水配泵方案。

1.8 管理水環境

水環境信息具備顯著的空間與層次特性，GIS 可明確展現不同地域水域環境，反應水體環境質量空間的變化方向。水環境管理信息系統由4 個基本功能組成，包括：水環境監測、水環境分析管理、有關規定、標準、水環境輔助決策[8]。每級信息系統按照自身通過增添與之匹配的功能模塊。

GIS 水資源信息管理能夠明顯提升工作效率水平，具體表現為信息有效集成、方便、可視、行政管理部門全面介入、二次專業開發接口。GIS 成立優質的水資源管理系統、分析水資源系統模擬以及輔助決策支持。

1.9 防洪減災

現在GIS 技術應用在防洪決策分為主要系統：防洪決策支持、信息管理。GIS 在系統中主要作用是查詢、檢索、更新、維護空間數據管理，利了用空間分析能為防汛指揮提供依據。災情評估，主要根據GIS 數據管理，為災情級別進行判別，并對不同級別采取不同的預防災情無法扭轉。城市防洪，根據積水量測定，在遇見暴雨分布、積水借刀分布可視化顯示，在數據上可廣泛使用。

2 GIS 技術在水資源中發展趨勢

GIS 技術在水資源中應用自如，是因為對GIS 技術的了解和對水資源本質了解，從而獨自創新，關于管理和功能方面有著自身發光之處，具備差異性和個案的分析結果，由此被公認并普遍認為是GIS 技術在水資源的應用廣泛，應用前景大，提升空間大[9]。

2.1 研究加強應用標準規范

截至目前，GIS 技術軟件功能強大，但此軟件專業細分領域不全，像HAWR 就不夠細分后的專業性，綜合性強，但不精這也是這款技術軟件的缺陷[10]。故此研究HAWR 應用GIS 技術軟件成為當下的一個課題，考驗GIS 技術軟件開發多元性和共享交流信息的不便捷。GIS 水資源應用開發需完善技術規范標準，同時需要加強管理研究。

2.2 成立獨具特色的HAWR 地理空間數據庫

HAWR 特色地理空間數據庫具有全國代表性建立，可有效開展GIS 技術在HAWR 應用基礎。想要建立數據庫主要方向為HAWR 地理空間，其規模龐大必須按照以下步驟完成：①全國各大流域出發。②建立各大流域子數據庫。③匯聚成全國系統性數據庫。除此之外，應注意子數據庫的數據內容包括流域內經濟、流域內雨晴水情、流域內水利設施、蓄滯區發布、水災旱災、流域內其他自然資源、流域內社會環境等數據[11]。

GIS 與普通決策通常支持兩種信息系統，并與HAWR 空間決策支持系統結合，可在開放過程中應引導HAWR 相關管理部門積極配合，特別重視研發并運用江河防洪決策支持系統。

2.3 HAWR 專業模型融合

目前存在的GISHAWR 專業模型實現了對HAWR 數據信息的存儲、管理、輸入輸出，不僅對數據處理層面，還在表達大水文地理空間、分析水文現象空間、水文支持決策能力諸多方面，功能還有缺陷。在研究方向和重點方面有自己的看法，利用先進的計算方法，重點對數據管理技術以及軟件，建立集成HAWR 專業模型與GIS。

2.4 多維度發展的軟件系統

目前社會上開發GIS 軟件缺乏以下特點和要求：真三維分析功能、幾何建模、分析不具備HAWR 空間動態變化信息，就是當下比較成熟的先進系統，雖然作用不顯著。由此可見，響應HAWR 需求，急需開發具有三維，更需要思維功能的GISHAWR空間分析軟件。

隨著HAWR 發展要求，計算機技術為生活帶來的便利同時，從發展趨勢上來看由二維獨立到三維兼容集成[12]。

2.5 水污染事故應急處理

GIS 技術將空間數據集成與網絡分析功能結合，利用水質模擬技術詳細模擬發生水污染事故時的具體情況，方便及時確定受影響范圍對象，采取恰當措施控制不良影響。如在松花江污染事故中，通過及時運用地理信息技術，建立污染檢測與預警系統，行之有效觀察污染水帶流動以及變化情況，確定給周圍地域造成的影響，明確污染變化進展，可以直觀觀察其HAWR 的形式是電子地圖，它可以觀察其污染情況，可以科學精準地預警預測。

GIS 技術在水資源的應用上總的來說包括研究加強應用標準規范、建立獨具特色的HAWR 地理空間數據庫、HAWR 專業模型融合、多維度發展的軟件系統、響應突發性水污染事故應急。

3 結語

我國經濟不斷發展，各行各業都離不開地下水，在我國三大產業里農業更是離不開，主要應用在灌溉方面。地下水水資源有著自身優點才另更多的開發地下水資源，同時在追隨地下水資源給人們生活等方面發生著不同的改變，地下水應用后還出現沼澤化、鹽漬化。過度不僅給生活帶來變化，還導致生態環境破壞和國家經濟穩步發展，在追求經濟利益同時，出現地面沉降問題帶來生態迫害。GIS 技術創新應用，對于水文地質工作帶來便利。

GIS 是一種地理信息軟件，有單獨使用的，可以對HAWR 等各個領域，對位置有精確定位，和高級語言等二次開發后，可以將定位更精準更清晰。并且應用范圍廣泛，GIS 技術在HAWR 應用在生活水資源監管和污水治理、防洪等方面都有積極預防管理措施。根據GIS 技術在HAWR 應用領域中和出現問題以及解決措施，可清晰的看出GIS 技術在HAWR 應用中的發展趨勢為：由二維到三維，由單獨到集成方向發展，以解決污水和洪水等應急的預防措施為發展方向。

綜上所述，了解GIS 技術應用領域的目的和GIS 技術的核心原理，處理好經濟與環境的關系，同時還要做好地下水合理開發利用的規劃，這不僅是對水資源不同領域的技術探索，同時也是保持經濟穩健發展的前提。