水文水资源领域中GIS技术的应用现状分析与发展趋势探讨

全占东

(辽宁省辽阳水文局，辽宁 辽阳 111000)



水文水资源领域中GIS技术的应用现状分析与发展趋势探讨

全占东

(辽宁省辽阳水文局，辽宁 辽阳 111000)

GIS技术应用于水文水资源领域当中，使得水文水资源的查询、分析以及管理等工作更加方便。GIS技术在水文水资源领域中的应用具体有五种：地表水与地下水的分布与分配；指定区域内的降雨量计算；地下水的勘察；水情预测；水文模型模拟。而GIS技术在水文水资源领域中的发展趋势主要有以下四个方面：GIS技术应用的标准化与规范化；构建特色鲜明的空间数据库；建立融合专业模型；GIS软件的多维化发展。

水文水资源；GIS技术；应用现状；发展趋势

GIS是指基于地理空间数据库、具有信息分析、数据处理等多种功能的地理信息系统。GIS技术最开始应用于水文水资源领域是在20世纪70年代。到了20世纪80年代以后，科技水平又有了一定的提高，计算机技术等较为先进的技术也逐渐应用于水文水资源领域，与GIS技术、遥感技术等融为一体，共同促进水文水资源领域的发展。近年来，GIS技术发展十分迅速，并在水文水资源领域取得了较大的成就。目前GIS技术已经成为水文水资源领域不可或缺的重要技术手段之一[1]。

1 水文水资源领域中GIS技术的应用现状

1.1 在地表水与地下水分布与分配方面的应用

GIS技术是研究地表水与地下水分布规律的关键技术手段，所以引起了水利部门的重视，各水利机构对地表水与地下水的分布情况进行了大量调查，并根据所获得的调查数据建立了GIS水资源分配系统。经过多年的研究与发展，GIS技术已经广泛应用于水文水资源领域，并且取得了不错的成效。其中最具典型的有：黄河下游GIS水资源分配系统、上海GIS水资源分布查询系统、辽宁省水资源监测系统等等。从目前的应用情况来看，我国的GIS水资源管理系统具有以下几个结构特点：

1)基础信息库：基础信息库当中储存着大量的地理基础信息，主要包括区域划分边界、大小城镇、居民小区、江河湖泊分布、水库修建地点、铁路与公路的分布等。

2)专业信息库：专业信息是将专业、详细的地理数据加于基础信息所形成的全新信息数据，而专业信息库则是用于储存专业信息。专业信息对于水文水资源的情况描写得更加全面，信息当中包含了更具体的内容，而且描述的方式更加专业，比如江河流域的边界、水利工程的具体位置、水文监测站的分布等等。

3)遥感信息库：与基础信息库的信息一一匹配过后，通过解译，最终得到遥感测量数据。

4)属性数据库：对区域内各项数据的属性进行描述。比如区域内的经济状态、水质情况、水利工程的施工参数、土地使用情况等等。

5)GIS软件：GIS软件是基于基础信息库、专业信息库、遥感信息库、属性数据库等几大信息库、使用GIS嵌入技术、再结合实际需要所开发的用于水资源管理的专业管理软件。GIS软件的主要功能有空间信息的管理、属性数据的管理以及综合信息的管理等。

6)信息查询系统：信息查询系统是专门为用户开发的系统，用户可通过互联网登陆信息查询系统，经过验证以后就可以随时查看水文水资源的相关信息以及环境相关信息。

1.2 在指定区域降雨量计算方面的应用

区域内的降雨量是水资源管理的重要参考依据之一，许多重大决策都需要将区域降雨量作为参考，所以区域降雨量的计算显得十分重要。

1.2.1 区域内降雨量的计算方式

区域内降雨量的计算方式多种多样，比较常见的有三角形计算法、逐步订格计算法、算术平均计算法、多边形计算法等。使用这些计算方法所得到的计算结果的精确度通常都能符合实际的要求。实际上，区域内降雨量计算的精确度主要取决于区域内的站网密度，其密度越高，计算结果的精确度也就越高。如果区域的总体面积比较小、地势较为平坦、测量站点均匀分布且相关资料准备较为充分时，最好是使用算术平均法。逐步订格法的优点是可以体现出降雨的连续性，但是在使用时，操作步骤比较麻烦，计算效率比较低[2]。

1.2.2 使用GIS进行降雨量计算的优势

在使用GIS技术对区域内降雨量进行计算时，其计算效率更高，计算结果更为精确。因为GIS技术在进行分析计算时不会受到人为操作方面的影响，可以减少许多误差产生的机会，而且使用计算机系统进行计算，对于数据量也没有限制，很大程度地提高了区域内降雨量计算的精确度以及计算效率[3]。

1.3 在地下水勘察方面的应用

地下水的勘察是对地下水资源进行管理的基础条件。勘察的主要目的是探明指定区域地下部分含水层的分布规律、地质条件、地下水流向以及各含水层的连通程度、边界等，便于对地下水的规划管理。

1.3.1GIS技术对地表水勘察的作用

在对地表水进行勘察时，利用GIS技术可以了解到地表水的来源、储存量等情况，并且得到十分准确的空间数据。利用这些空间数据构建空间模型，更加直观、详细地体现出地表水的分布规律，便于对地表水资源的规划与管理，并为地表水的开发提供了数据支持。

1.3.2GIS技术对地下水勘察的作用

在对地下水勘察的过程中，采用GIS技术，可以建立地下数据库系统，将勘察到的地质结构、地下水动态、地下水开发情况等数据储存在地下数据库系统当中，并设置对应的索引，便于用户的查询与使用[4]。

1.4 在水文模型模拟方面的应用

在水文模拟当中常用的模型有SHE模型、IHDM模型、不规则三角网格模型等。如果是对于大型区域的水文模拟，那么使用得最多的就是不规则三角网格模型，它只要用10%的原始数据，就可以将区域内的水文特点详细地描述出来。

GIS技术运用于水文模拟当中一般会有以下几种运用类型：

1)动态型降雨径流模型。动态性降雨径流模型主要是用于分析区域内降雨的不均匀性对于径流的影响程度。对此，使用GIS技术，构建一个动态分布的降雨径流模型，模拟坡面雨水汇流与河道汇流以后的具体数值。

2)小流域径流变化模型。小流域径流变化模型是专门用于分析小流域在受到降雨影响时的径流随时空变化的情况[5]。

3)区域作物水分散失模型。以区域内农作物水分的散失作为参考建立的模型，考虑到了区域内空间的变异性。

4)变动产汇流模型。变动产汇流模型是基于降雨径流模型的，利用该模型可以有效提高模拟数据的精确度，适用于不同水文条件下的产汇流计算。

1.5 在水情预测方面的应用

GIS技术在水情预测方面的应用主要有以下2种：

1)水情信息的分析与查询。应用GIS技术，可以对收集到的水情信息与空间信息进行分析，然后将相关水情信息储存到数据库当中，并设置索引，便于水情信息的查询、使用与计算[6]。

2)确立水文模型的各项参数。水文模型的参数有许多项，比如河床的坡度、河道的长度等，这些比较直观的参数都属于基础地理信息，可以使用GIS技术经过分析以后直接得到。而稍微复杂一点的参数比如水域的下渗程度、地貌边界线等也可以使用GIS技术，经过间接的计算得到结果。

2 GIS技术在水文水资源领域的发展趋势

2.1GIS技术应用的标准化与规范化

当前所使用的GIS软件具有许多强大的功能，但是这些功能大部分都属于通用的功能，对水文水资源领域的针对性不够强，其应用平台及数据库中包含的数据格式也是多种多样，在使用与交流时十分不方便。对此，可以将使GIS软件的应用平台以及数据格式更加标准化、规范化，便于交流与共享。

2.2 构建特色鲜明的空间数据库

当前的GIS软件通用性能太过强大，而针对水文水资源领域的功能却不够明显，对此，可以建立专门的水文水资源数据库模块，其中包含有一些水文水资源相关的子数据库，比如流域经济情况数据库、区域降雨量数据库、洪涝灾害数据库等等[7]。另外，还需要有包括自然环境与地质条件等数据在内的基础数据库。

2.3 建立融合专业模型

在当前所使用的GIS应用模型当中，对于水文水资源信息的采集、计算、储存与管理等都已经十分完善，但是这些都只是停留在数据处理的表面阶段，对于重大决策的支持以及水文现象的原因分析等还远远没有达到要求。所以，未来的GIS应用模型必须要将这些问题考虑进来，组成融合型专业模型，实现对水文水资源的全面分析[8]。

2.4GIS软件的多维化发展

当前所使用的GIS软件由于技术水平原因，大多还停留在二维空间显示的水平，无法达到三维分析的水平。在进行模型展示时，二维平面图形显然已经无法满足当前的水文水资源分析要求，所以急需要开发全新的三维立体空间GIS水文水资源分析软件[9]。

随着计算机技术的发展，GIS应用模型逐渐从二维平面分析变成了三维立体分析，这也体现了GIS应用技术已经慢慢走向成熟，在未来更是会朝着多维的方向发展[10]。

3 结 语

GIS技术应用于水文水资源领域，不仅为水文水资源提供了更多准确、有效的数据，还通过构建各种模型的方式，使得水文水资源的管理更加直观、科学，有效提高了水文水资源管理的效率。目前的GIS技术虽然还存在一定的不足，但随着科技的发展，这些问题必然会被解决，GIS技术也将更上一层楼，其发展前景不可限量。

[1]严登华，何岩，王浩，等.生态水文过程对水环境影响研究述评[J].水科学进展，2005(05)：747-752.

[2]高素丽.辽河流域河道生态工程建设方案[J].水土保持应用技术，2011(06)：35-38.

[3]李学森.凌河流域水资源现状及保护措施[J].水土保持应用技术，2015(03)：36-37.

[4]刘莉.水文生态安全法律保障研究[D].西安：长安大学，2014.

[5]荣洁.城市小流域水量水质模型及水环境容量计算的研究与应用[D].南京：南京大学，2014.

[6]陈俊，王晓玭.我国城市化对水环境的影响及生态化综合治理方法浅谈[J].江西化工，2010(02)：20-22.

[7]张建云，宋晓猛，王国庆，等.变化环境下城市水文学的发展与挑战——I.城市水文效应[J].水科学进展，2014(04)：594-605.

[8]金云杰.凌河流域人工湿地对水环境质量影响分析评价[J].水土保持应用技术，2015(05)：27-28.

[9]何鹏.南水北调东线工程受水区水环境累积影响评价[D].邯郸：河北工程大学，2012.

[10]罗蔚.变化环境下鄱阳湖典型湿地生态水文过程及其调控对策研究[D].武汉：武汉大学，2014.

1007-7596(2017)02-0128-03

2017-02-12

全占东(1984-)，男，辽宁大洼人，工程师，研究方向为水文水资源、水利工程、水利信息化等。

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