試論GIS在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用

曹　丹

(遼寧省鐵嶺水文局，遼寧 鐵嶺 112000)

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試論GIS在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用

曹丹

(遼寧省鐵嶺水文局，遼寧 鐵嶺 112000)

GIS 是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)作為基礎(chǔ)對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以及處理的地理信息系統(tǒng)。在水文水資源領(lǐng)域中，應(yīng)用 GIS 技術(shù)進(jìn)行管理、查詢以及分析，可以打造出一條有效的管理途徑。在水文水資源領(lǐng)域，應(yīng)用GIS 地理信息系統(tǒng)主要包括以下五個(gè)方面：水文模擬以及水情預(yù)報(bào)、流域面積雨量計(jì)算、地下水源勘查、對(duì)地表水資源空間調(diào)配、地下水的空間分布的調(diào)配。基于此，對(duì) GIS 在水文水資源領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行探討，并對(duì)其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)做出分析。

GIS；水文水資源；應(yīng)用

目前，我國(guó)信息革命浪潮的沖擊日益激烈，加之水資源日漸枯竭，圍繞水文水資源的問(wèn)題進(jìn)行綜合分析研究十分必要。因此，對(duì)于水文資料的準(zhǔn)確、快速獲取以及空間信息的分析、圖形圖像的處理等就顯得尤為重要。由于 GIS 技術(shù)的空間特性、對(duì)于海量數(shù)據(jù)的管理與處理能力以及水的時(shí)空分布特性等，使得 GIS技術(shù)必然能夠在水文水資源領(lǐng)域中發(fā)揮出重要的作用。

1　地理信息系統(tǒng)的概述

地理信息系統(tǒng)是運(yùn)用于對(duì)地理信息進(jìn)行采集、管理、存儲(chǔ)、運(yùn)算和分析的一種計(jì)算機(jī)技術(shù)。尤其是對(duì)地球表面地理信息的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，具有很大的優(yōu)勢(shì)。地理信息空間系統(tǒng)主要由空間數(shù)據(jù)的處理和空間分析組成。地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的來(lái)源主要是通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)等的轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為具有空間特征地理空間信息。地理信息系統(tǒng)有 3 個(gè)主要功能分別是：在對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、管理分析和輸出的過(guò)程中，地理信息系統(tǒng)具有很強(qiáng)的時(shí)效性和空間性，可以建立很強(qiáng)的空間信息，并對(duì)信息進(jìn)行及時(shí)地更新；地理信息系統(tǒng)在區(qū)域空間分析方面，通過(guò)將采集的數(shù)據(jù)信息與地學(xué)模型結(jié)合在一起，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)；通過(guò)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化管理，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，能過(guò)提供一定的決策依據(jù)。

2　GIS 在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1在水污染控制規(guī)劃方面的應(yīng)用

水污染是水文水資源領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題，一定程度上影響著水資源的開發(fā)利用率。 將 GIS 技術(shù)應(yīng)用到水污染控制規(guī)劃方面顯得非常有必要。利用 GIS 技術(shù)采集水污染分布等數(shù)據(jù)參數(shù)，并可視化地加以呈現(xiàn)，設(shè)計(jì)出合理的水污染控制方案，最大限度地發(fā)揮城市排污網(wǎng)絡(luò)功能，降低水污染給環(huán)境造成的影響。 具體操作時(shí)首先需明確水污染控制規(guī)劃對(duì)象，利用 GIS 技術(shù)采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，建立專門的數(shù)據(jù)庫(kù)，并建立面向用戶的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，依據(jù)采集的數(shù)據(jù)對(duì)水污染控制模型加以完善，最終實(shí)現(xiàn)區(qū)域環(huán)境內(nèi)水污染的管理控制。

2.2在水文資源空間管理與決策方面的應(yīng)用

現(xiàn)代科技推動(dòng) GIS 技術(shù)不斷發(fā)展變化，近些年，決策支持系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)不斷得到體現(xiàn)，這主要是由 GIS 及常規(guī)決策技術(shù)提煉而成，以此為基礎(chǔ)開發(fā)應(yīng)用的，這種技術(shù)的應(yīng)用，更加符合我國(guó)水資源特征，尚需不斷結(jié)合我國(guó)自然災(zāi)害特點(diǎn)，推廣應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，加大投入力度，實(shí)現(xiàn)新型決策研究目標(biāo)。可以說(shuō)，水文決策是建立在精準(zhǔn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的研究，只有數(shù)據(jù)保證全面、科學(xué)，才能確保研究成果的可靠。那么，在對(duì)水文資源空間管理與決策時(shí)，最主要的技術(shù)因素則是GIS 技術(shù)，空間數(shù)據(jù)庫(kù)是 GIS 技術(shù)構(gòu)成的系統(tǒng)中心，通過(guò)科學(xué)的創(chuàng)建，形成水文水資源數(shù)據(jù)庫(kù)，主要作用就是提高水資源管理水平、依據(jù)空間、時(shí)間分布做預(yù)測(cè)，只有不斷加強(qiáng)決策系統(tǒng)建設(shè)，才能從本質(zhì)上推動(dòng)水資源管理能力。

2.3在水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)應(yīng)用

此項(xiàng)技術(shù)也在水管網(wǎng)信息管理中起著重要作用，可以通過(guò)二次開發(fā)、獨(dú)立開發(fā)、集成二次開發(fā)三種體現(xiàn)模式，進(jìn)行 GIS 技術(shù)推廣開發(fā)。不通過(guò) GIS 技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)開發(fā)的是獨(dú)立開發(fā)，可以說(shuō)是三種模式中開發(fā)難度最小的；最需要 GIS 技術(shù)支撐的是集成二次開發(fā)，通過(guò)GIS 技術(shù)處理實(shí)現(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)的分析，對(duì)信息進(jìn)行多次編輯、采集、提取，不斷形成優(yōu)化方案，在設(shè)計(jì)上提升了科學(xué)的計(jì)算能力；單純的二次開發(fā)主要借用的技術(shù)就是 GIS 應(yīng)用，開發(fā)難度較集成二次開發(fā)略低，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，為各級(jí)管網(wǎng)建設(shè)提供有力支撐。

2.4GIS 技術(shù)在水文情報(bào)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

GIS 技術(shù)在水文情報(bào)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1)信息查詢。水文情報(bào)的系統(tǒng)主要借助數(shù)字電子地圖作為依據(jù)，可以方便 GIS 技術(shù)應(yīng)用對(duì)于各類水情信息進(jìn)行查詢以及檢索。

2)開發(fā)水文模型。因?yàn)镚IS可以給相關(guān)部門提供詳細(xì)的地理信息空間分布圖的資料，所以在實(shí)際操作過(guò)程中可以把流域劃分為很多不規(guī)則單元，依據(jù)相關(guān)的分辨率要求，并基于此來(lái)考慮降雨的因素，可以給水文模型的開發(fā)提供參考資料。

3)DEM。DEM 是一種數(shù)字高程的模型，可以在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)對(duì)于流域會(huì)流的計(jì)算，同時(shí)還能夠?qū)⑵渑c水力學(xué)模型結(jié)合應(yīng)用，應(yīng)用這種模型可以對(duì)災(zāi)情進(jìn)行快速、客觀的評(píng)估和分析。

4)DEM 與分布式水文模型的開發(fā)。GIS 可以提供詳細(xì)的地理空間信息資料，于是可以將流域劃分為若干個(gè)單元，而對(duì)于建立分布式的水文模型要充分考慮到降雨等因素的空間分布，應(yīng)用 GIS 的DEM 可以自動(dòng)生成流域水洗，從而給分布式水文模型的開發(fā)提供基礎(chǔ)。

2.5突發(fā)性水污染事故應(yīng)急響應(yīng)

如果將網(wǎng)絡(luò)分析功能、水質(zhì)模擬技術(shù)與 GIS 技術(shù)下的空間數(shù)據(jù)集成進(jìn)行充分的結(jié)合，那么即能夠?qū)δ切┩话l(fā)性污染事故所造成的污染狀況進(jìn)行模擬，從而讓我們能夠及時(shí)的確定出受影響的對(duì)象及范圍，以便我們采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)對(duì)其進(jìn)行控制。比如在“松花江污染事件”中，人們通過(guò)GIS 技術(shù)的應(yīng)用來(lái)建立起了松花江預(yù)警系統(tǒng)與污染檢測(cè)系統(tǒng)，以此來(lái)對(duì)污染水帶的流動(dòng)與變化情況進(jìn)行科學(xué)、合理的監(jiān)測(cè)，對(duì)沿城市造成的影響進(jìn)行評(píng)估，對(duì)污染變化的趨勢(shì)進(jìn)行分析，并且最終以電子地圖的形式來(lái)將污染的情況方便、直觀的展現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)也能夠具有科學(xué)性、準(zhǔn)確性的預(yù)測(cè)、預(yù)警。

3　地理信息系統(tǒng)在水文水資源領(lǐng)域的

發(fā)展趨勢(shì)

由于地理信息系統(tǒng)具有強(qiáng)大的空間分析和空間數(shù)據(jù)管理功能，而正好水文水資源領(lǐng)域在管理這一方面存在較大的缺陷。之前的水資源管理都是建立在野外的實(shí)測(cè)，通過(guò)收集實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，再通過(guò)室內(nèi)模擬來(lái)對(duì)水資源進(jìn)行管理。而現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，也使得水文水資源管理變得越來(lái)越便捷，就目前來(lái)說(shuō)，地理信息系統(tǒng)在水文水資源領(lǐng)域具有非常光明的前景。

(1)完善 GIS 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。 實(shí)際工作中 GIS 的研究多是根據(jù)部門實(shí)際情況獨(dú)立研究， 加上 GIS 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，導(dǎo)致數(shù)據(jù)模式、開發(fā)平臺(tái)多種多樣，給大范圍水文信息的交流帶來(lái)阻礙。 因此，我國(guó)應(yīng)在借鑒西方成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，制定和完善統(tǒng)一的 GIS 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)， 為 GIS 的開發(fā)與研究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(2)加強(qiáng)水文水資源專業(yè)模型與 GIS 的結(jié)合。當(dāng)前存在的一些 GIS 專業(yè)模型盡管多數(shù)具備信息管理及存儲(chǔ)功能，但在決策支持、地理空間的表達(dá)上略顯不足。 因此，今后應(yīng)注重GIS 系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)管理功能的充分利用， 加強(qiáng)水文水資源模型與 GIS 間的融合，使系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與功能得以充分發(fā)揮。

4　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，地理信息系統(tǒng)在水文水資源領(lǐng)域應(yīng)用的范圍越來(lái)越廣，為了更好地對(duì)水資源進(jìn)行開發(fā)、利用，水文水資源管理者就要充分利用地理信息系統(tǒng)的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，通過(guò)提高對(duì)地理信息系統(tǒng)的研發(fā)，將其運(yùn)用到水文水資源管理方面，不斷促進(jìn)水文水資源應(yīng)用科學(xué)的發(fā)展。

[1]柳崇健,劉英. 我國(guó)水文氣象學(xué)與水資源學(xué)的若干新進(jìn)展[A]. 中國(guó)氣象學(xué)會(huì).大氣科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略——中國(guó)氣象學(xué)會(huì)第25次全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].中國(guó)氣象學(xué)會(huì).2002:6.

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2016-04-07

曹丹(1982-)，男，遼寧鐵嶺人，工程師，主要從事水文水資源管理、監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)工作。

P333.9

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1004-1184(2016)04-0192-02