GIS在德阳市地表水资源评价中的应用

周兴全，徐焕斌，田 越

(四川省水利水电勘测设计研究院，四川 德阳，618000)

GIS在德阳市地表水资源评价中的应用

周兴全，徐焕斌，田 越

(四川省水利水电勘测设计研究院，四川 德阳，618000)

本文以德阳市为例，阐述了在水资源评价中应用GIS的一般方法，包括获取评价区域水系、面积和河流长度等特征信息，快速准确地计算出各行政区内水资源分区的组成，完成评价区域径流深等值线图的绘制，采用等值线面积加权平均法计算水文站未控区间水资源量等，可有效提高水资源评价工作的分析计算精度和工作效率。

GIS水资源评价 应用 德阳市

1 概述

地理信息系统(GeographicInformationSystems，简称GIS)是一种集采集、存储、管理、分析和显示地理信息为一体的计算机系统，主要研究空间对象及其属性信息。

在水资源评价中涉及的空间信息，主要包括行政区划、河流水系、等高线等基础信息，以及水资源评价区划、水文站点位置、控制断面流域界等专业信息。这些资料过去往往都是图、表格或散乱的数据，对其空间分布缺乏有效的表达。本文以德阳市地表水资源评价为例，阐述了利用GIS存储和数据维护功能，以及强大的空间信息分析能力，弥补了传统纯图形、纯数字的缺陷，可极大地提高水文水资源分析计算精度和工作效率。

2 GIS应用关键技术[1，2]

2.1 空间信息数据准备

空间信息的生产要考虑工作底图及其比例尺的选择和工作底图上各种空间信息转换成易于计算机处理的技术途径，将包含各种空间信息的行政区划图、等值线图等工作底图扫描矢量化，并利用GIS进行地理配准，形成矢量数据。地理配准的关键问题，是弄清工作底图的投影体系和控制点的地理坐标。

同样，将水文站点位置信息、水文数据转换成GIS软件易于处理的形式，也可利用地理信息系统创建点的功能，根据水文站点的经纬度数据直接生成。

2.2 空间信息分析处理

2.2.1 空间信息的几何量算

水资源评价中涉及大量的几何量算，面对象的几何量算用得最多。如各级行政区划的面积、各级水资源评价区划的面积、水文站控制断面以上的流域面积等。传统方法各种区划面积大多通过求积仪来量算，其工作量较大。而现在用GIS来量算各种区划面积，在电子地图上勾绘出行政区划和各级流域分界线后，可自动计算出各区的面积，不仅快捷，而且精度也高。

2.2.2 空间信息的叠加分析

空间信息的叠加分析，是将两层或多层空间信息叠加产生一个新要素的操作，其结果将原来要素分割生成新的要素。新要素综合了原来两层或多层空间信息所具有的属性。叠加分析包括多边形叠加、点与多边形叠加和线与多边形叠加。在水资源评价中，用得最多的是多边形叠加，如行政区划图层与水资源评价区划图层叠加，结果表示了每个行政区划及其对应的水资源评价区域，或每个水资源评价区划及其对应的行政区域。

2.2.3 数字地面模型(DTM)

在实际应用中，DTM最常用的表达方式有三类：规则格网(GRID)、不规则格网(TIN)和数字等值线图。TIN数据的最大优点之一，就是可以非常方便地生成等值线。

在水资源评价中，首先计算出站点降水量、径流深多年平均值；再用GIS空间分析生成TIN；将带降水量、径流深属性的TIN绘制出等值线图；主要研究和评价降水量、水资源量等水文变量的空间分布和时间变化特性。

根据区域水文站点坐标文件绘制的站点分布图，并赋予各站点多年平均径流深的属性值，导出带属性的GIS文件，应用空间分析模块克里金插值方法初步生成径流深等值线图。参照历史成果，根据地形地貌、降雨、蒸发等影响因素，对初步生成的等值线进行交互修改，使之符合本区域的降水空间分布特性。

2.2.4 统计分析

当区域面积较大、分布不均匀时，通常采用等值线面积加权平均法计算多年平均水资源量。

采用GIS中的空间分析模块进行区域统计分析，可利用已生成的GRID得出研究区域内的水资源量。

3 应用实例

本文以德阳市为例，说明GIS在水资源评价工作中的应用。

3.1 电子地图及相关数据录入

本次水资源评价以1∶25万电子地图为工作底图，为提高后续工作中大量面积计算的精度，统一将电子地图投影为北京54坐标系。其次，将包含各种空间信息的行政区划图、等值线图等底图扫描矢量化，并进行地理配准，形成矢量数据。同时将水文站点位置信息、水文数据转换成GIS软件易于处理的形式。

3.2 水资源分区及分区面积

水资源分区面积的量算精度，对于地表水资源评价的成果影响很大。首先根据自然地理条件的差异进行水资源分区；再应用GIS软件在电子地图上勾绘出行政区划和各级水资源分区界限后，通过对电子地图构建拓扑关系，自动计算出各分区面积；最后利用GIS的叠加分析工具，快速准确地计算出各行政区内水资源分区的组成。

德阳市面积5981km2，主要河流水系划为五级水资源分区，三级区为沱江区和涪江区，四级区为盆地边缘区、丘陵区、平原区，五级区为绵远河、石亭江、湔江、青白江、沱江支流。本次共划分了22个计算分区，最大评价分区面积928km2，最小评价分区面积9km2。德阳市水资源分区成果见表1，水资源分区图见图1。

表1 德阳市水资源分区成果

图1 德阳市水资源分区图

3.3 年径流深等值线

3.3.1 径流资料

选用质量好、观测系列长的汉王场、高景关、关口、三皇庙、观音场、胡家坝、涌泉、大马口、大邑及都江堰管理局渠道进口站的资料。为了满足本次评价对资料系列的要求，对径流系列不足45年同步期的站，一律插补延长至45年(即1966～2010年)。采用数学期望公式计算经验频率，以矩法估算统计参数，再通过P-Ⅲ型频率曲线适线确定统计参数，求得各水文站径流设计成果。主要水文站设计径流成果见表2。

表2 主要水文站设计径流成果

3.3.2 等值线

根据区域水文站点坐标文件绘制的站点分布图，并赋予各站点多年平均径流深的属性值，导出带属性的GIS文件，参照矢量化处理后的《四川省水文手册》(1979年)径流深等值线图及四川省水文水资源勘测局2008年完成的四川省1956～2005年平均年径流深等值线图，应用空间分析模块克里金插值方法生成径流深等值线图。

通过空间分析模块生成区域径流深的栅格数据，量算两相邻等值线间的面积，采用面积加权法求得各水文站断面以上径流深。反复调整等值线分布，使等值线法计算的平均径流深与水文站控制面积法计算结果相差3%左右。德阳市多年平均径流深439.8mm。

表3 径流深等值线合理性检查

3.4 分区地表水资源量

采用GIS中的统计分析模块进行区域统计分析，依据评价区内各水文站实测资料，求得相应控制区的水资源量。水文站未控区间水资源量，按径流深等值线面积加权平均计算各水资源分区的多年平均径流深，再乘以各水资源分区面积，得到各水资源分区多年平均水资源量。

表4 各区县地表水资源量

德阳市多年平均地表水资源量26.3亿m3，折合径流深439.8mm。全市主要江河属沱江水系，集水面积为3667km2，多年平均径流深562.0mm，集水面积和水量分别占61.3%和78.3%。涪江水系的集水面积为2314km2，多年平均径流深246.1mm。

3.5 水资源量评价

德阳市降水产流关系变化较小，水资源量的变化原因主要是气候条件变化导致降水量变化。20世纪60年代前降水相对偏丰，90年代以来局部地区降水量明显减少，造成持续干旱河川径流急剧减少。2000年以后的10年，全市水资源处于1966年以来的最枯阶段，近25年平均地表水资源量较前20年减少15%。

4 结语

GIS软件可以方便地获取流域水系、流域面积和河流长度等特征信息，叠加分析工具快速准确地计算出各级行政区内水资源分区的组成，完成等值线图绘制和统计计算，解决了因等值线分布不均匀时量算两相邻等值线间流域面积的难题，采用等值线面积加权平均法计算水文站未控区间水资源量。

在水资源评价中，应用GIS极大地提高了计算精度和工作效率，提供了强有力的水资源分析、评价及计算功能，具有广阔的应用前景。

〔1〕刘九夫，张建云.GIS在水资源评价应用中的关键技术研究.水文，2002，(6).

〔2〕汤国安，杨 昕.ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程(第二版).北京：科学出版社，2014.

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TP399∶TV

B

2095-1809(2016)01-0046-04

周兴全(1983-)，男，工程师，主要从事水文与水资源、水环境保护等工作。