基于GIS在水文水资源领域中的应用分析

王丹丹

(辽宁省盘锦水文局，辽宁 盘锦 124000)



基于GIS在水文水资源领域中的应用分析

王丹丹

(辽宁省盘锦水文局，辽宁 盘锦 124000)

摘要：地理信息系统GIS技术属于近几年电子信息化与计算机运用不断发展所形成的新型技术，可通过对空间数据进行准确收集、存储、分析管理，为相关研究提供良好的可视性精准信息，以此满足各项研究中多功能、智能化发展趋势。因此GIS技术的广泛应用发展也逐渐拓展至水文水资源领域，文章则重点针对GIS技术对于水文水资源领域应用优势回顾性总结相关应用特点，并探讨GIS在水文水资源领域中的不足之处。

关键词：地理信息系统；GIS技术；水文水资源领；应用价值

0引言

随着近年来全球计算机信息技术迅猛发展，科研力量日益增强，加之水文相关研究项目的重视，其水文与计算机信息化相互结合的，因此各类水文水资源技术手段也在由传统高消耗、低效率方式逐步走向信息化、统筹规范、智能化方向迈进[1]。当前全球环境恶化加剧，其地理水资源逐步匮乏枯竭，用水危机由此受到人们关注。而由此展开对水资源的探索及水文相关资料的收集、整理、分析等综合性研究也不断增加。地理信息系统GIS作为当前计算机空间信息处理分析系统，其能够有效结合时空分布特点变化对相关空间信息、图表数据等信息进行完善分析处理，当水文研究领域应用其中可结合水资源特点对水资源循环性、资源信息评估及有效利用率等发面发挥至关重要的作用[2]，让研究者准确评估分析水文资源及调度。

1地理信息技术GIS及其发展状况

地理信息系统(Geographic Information System)也可统称GIS技术，属于近几年电子信息化与计算机运用不断发展所形成的新型技术，综合信息学、地理学、计算机技术与遥感技术共同发展所致[3]，在处理空间类相关信息具有无可替代的优势。GIS通过计算机预测分析空间采集数据转换为可视化信息，为相关研究提供准确的数据引用、提取编辑、重构转化等技术优势。而近几年GIS技术的大力发展，其功能及发展概念也有传统的集成、存储性应用逐步向智能化、多功能方向转变，为各项空间性研究提供高精度、实时化信息。因此GIS技术的广泛应用发展也逐渐拓展至水文水资源领域，为水文水资源规划、水污染控制、水文情报预报、防洪减灾、水管网信息管理以及生态用水量评估等方面具有重要意义。

2GIS在水文水资源领域中的应用

当前全球经济高速发展，世界各国资源也不断缩减，使社会发展遇到瓶颈，因此发展理念也逐步有过去开拓型发展转变为可持续稳定型发展模式。而水资源作为当前社会、生态、环境各个环节中不可缺少的一部分，其水文水资源的合理、科学利用成为当前发展核心之一。然而由于水资源地理分布特性，对此在水文水资源的评估、预测及配置需求等相关研究均需要与地理学息息相关。而近几年采取地理信息系统GIS技术能够有效准确对各地区河流水资源的分布、存蓄量以及与地区人口需求关系进行精准预测分析，为系统科学管理水文水资源提供便利[4-5]。例如结合GIS技术对某地区地形流域水资源进行观测，评估水量储蓄及开展利用率，方便信息管理，利用剖面显示、补给和开采模拟等方式对水资源进行细致规划。

2.1水污染控制规划

水体的污染控制作为整个水资源规划重要项目之一，其中控制的根本目的在于总量控制，通过“治本”为核心，将水体污染系统规划于不同能区水域单元，并利用GIS技术根据水质分布与水体污染源的排污网络规划进行统筹，用地图的形式存储管理;而国民经济统计资料、污染物的种类及数量则可用兼容的数据库形式存储管理[6]。GIS技术的区域水污染控制规划方案可见图1。

图1GIS技术的区域水污染控制规划方案

2.2水文情报预报及防洪减灾

GIS技术作为时空数据整合性系统，能够为各地区水文信息进行实时监测预报，让地区性大范围水文相关信息得到及时处理与应用，这对于后期的水文预报有着重要作用。例如利用GIS技术将水文模型参数准确预测，由精准的数据与细致优化的模型设计提升水文模型质量[7]；尤其对于数字高程模型的应用可有效结合水力学相关技术，让实际水文信息的监测更加真实有效。另外准确的水文信息未相关预测预报提供有效参考，通过划分承担相应水域河流洪水预测，为后期防洪减灾提供真实数据。GIS技术在防洪减灾的指导主要在于水域信息统筹管理、灾情评估、风险预测及区域行划分等。首先是利用GIS技术构建防洪信息管理平台，让GIS技术在短时间有效收集空间水文数据，做到实时查询、搜索、维护更新，充分强化信息资源的整合利用率。GIS的空间分析能力为防洪决策提供可靠的信息辅助支持，为各类应用模型提供数据；通过优化数据参数，做到精准评估，让减灾防洪决策形成数据化、可视化行为，从而为灾情的调整、评估给予良好的辅助。其后则是评估灾害风险，通过细致分析对应足够的洪水发生概率和强度等数据的模拟计算，让威胁与危害程度进行系统评估，计算损失，在统计分析中也需要注重考虑自然地理位置特性、社会因素进行空间叠加，然后完成分析[8-9]。在这方面我国结合GIS计算特点，深化各项灾情数据模型构建，同时结合各类环境、社会、人员等复杂因素的完善构建，也使得GIS防灾评估系统不断发展完善。不过GIS作为新兴技术仍旧具有极大的研讨空间，如利用GIS技术延伸空间分析，将水域上下游的相关性与GIS数据几何多图像叠加等方面进行适时性防洪监测。

2.3供水管网信息管理

目前结合GIS技术来规划供水工程中的管网设计主要表现呈3类形式，①独立性开放设计；②集成二次开发；③单纯二次开发。这其中又属独立性开发模式最为简单，其开发过程可做到完全独立性，对于GIS技术及数据依赖性较低；而集成二次开发则必须严格按照GIS技术信息及相关参数进行开发规划，需借助GIS技术优秀的空间信息处理技术来达到可视化供水管网的开发，同时也是难度最高的开发模式[10]；单纯二次开发则是基于GIS技术提供信息适当调整供水管网，其开发难度仅处于中位水平。在供水管网信息规划中运用GIS技术提取编辑水文水资源信息，结合水利计算能力与优化选泵点等积极因素为供水管网开发建设提供良好的指导，有效改善优化管网建设方案。如美国罗拉多州利曾通过GIS技术支撑完成科罗拉多河的供水决策，给水管网的设计较之前更加科学，为灌溉区域的水资源应用和管理带来了巨大的经济效益和社会效益。

2.4生态用水量计算

选择和收集数据源,根据了解的土地覆被分布状况及其变化规律,对遥感图像进行处理,提取各种专题信息,如土地建设情况、植被覆盖率、农作物产量和水深等。利用GPS系统对数据修正与精度检验。利用GIS集成生态环境遥感调查结果及其他数据源,为生态环境评价、调控与管理及其他应用研究提供基础资料。通过获取不同土地覆被类型的面积,应用生态用水量计算模型,计算出生态用水量。如中国长江流域最大湖泊之一的洞庭湖，其水文水资源对于长江及湘、资、沅、澧等四水的流量调节具有重要作用。有水文学者曾在1999年对洞庭湖水资源进行评估，其平均调蓄水量1.23×1010m3；不过随着自然环境变迁(见图2)，社会经济条件影响，洞庭湖面积和容积大大减少，而近几年通过采取GIS技术对洞庭湖水资源进行检测、管理，为党中央提出的“平烷行洪、退田还湖、移民建镇”治水方针的实施提供了有效的数据参考[11]，通过GIS技术对2009一2010年洞庭湖面积进行量测发现，洞庭湖调蓄水量有所增长，表明国家“退田还湖”方案的实施,增加洞庭湖调蓄面积和调蓄量,进而降低高洪水位,发挥了重要作用。详见表1。

图2洞庭湖面积和容积的演变

表1　洞庭湖2009年4月—2010年4月基于GIS技术估算水面面积表

注：监测期间需考虑时节气候及洪峰阙值对于GIS数据的影响。

3水文水资源应用GIS技术存在问题

虽然当前大部分GIS技术应用在水文水资源领域具有较为良好的数据信息共享、存储、规划能力，不过其GIS技术也优于数据化形式受限，导致在水文地理的空间化、时间化以及决策支撑方面仍旧尚有不足，造成这样的状态因素在于GIS数据模型并不能准确地表达地理空间水文对象特征[12]。而数据耦合差异性，导致在水流与水质等相关时间序列信息数据与地理周围环境空间数据的耦合形成一定的误差。另外由于不同的开发单位对水文空间数据组织方式和设计空间数据库的模式的差异性导致GIS技术互相操作转换性较差，如不同的地理信息系统操作区别可导致水文地理空间数据库层次不尽相同，进而造成信息数据资源共享与通用效果降低，减少可拓展作用。因此解决GIS水文水资源信息数据模型的通用构建及地理空间数据库的一致性与共同性成为当前尚待解决的问题。

4结语

尽管GIS技术应用在水文水资源领域仍旧存在诸多不足，不过随着近年来GIS技术与水文水资源领域的相关应用融合，二者间的发展也在不断优化，而随着技术的进步和社会需求的变化，其含义也会发生相应的变化。如当前国内外学者提出了“全球信息”、“数据地理”、“数字水利”等新鲜概念，让传统的工程型水利逐步转变为现代化资源型水利发展，让水资源得到可持续发展，因此GIS技术与水文水资源紧密结合的应用前景将非常远大。

参考文献：

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[2]梁永万.GIS在水文水资源研究领域中的应用分析[J].科技与企业,2012(22):125.

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[5]姬鸿鑫,李坤,宋凤蕊，等.关于GIS在水文水资源领域中的应用探析[J].科技创新与应用,2015(13):135.

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[7]郑作伟,李文训.GIS在水文情报预报中的应用[J].山东理工大学学报(自然科学版),2007,21(4):52-55.

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[10]张颖,余新晓,谢宝元，等.水资源合理配置研究现状与发展趋势[J].中国水土保持科学,2004,2(4):92-97.

[11]张旭,蒋卫国,周廷刚，等.GIS支持下的基于DEM的水文响应单元划分——以洞庭湖为例[J].地理与地理信息科学,2009,25(4):17-21.

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Analysis of GIS Application in Hydrology and Water Resources

WANG Dan-dan

(Panjin Hydrological Bureau，Liaoning Province，Panjin 124000,China)

Abstract：Geographic information system (GIS) is a new technology formed by constant development of electric informatization and computer application，may collect，store，analyze and manage the spatial data correctly to supply good，visual and correct information for relating research，so as to meet the demands of the multi-functions and intelligent developing tendency of each study. Therefore,GIS technology applied and developed widely also expands to the field of hydrology and water resources. The paper summarizes retrospectively the GIS application' advantages in the field of hydrology and water resources and the correlative application characteristics，discussing the shortages of GIS application in the field of hydrology and water resources.

Key words：geographic information system；GIS technology；hydrology and water resources；application value

文章编号：1007-7596(2016)02-0095-04

[收稿日期]2015-10-28

[作者简介]王丹丹(1979-)，女，辽宁台安人，工程师，从事水文水资源和地下水等相关业务研究。

中图分类号：P208.2；TV213

文献标识码：B