基于GIS的中小河流水文監(jiān)測與預警

付莉

（湖南省湘潭水文水資源勘測局 湖南湘潭 411100）

基于GIS的中小河流水文監(jiān)測與預警

付莉

（湖南省湘潭水文水資源勘測局 湖南湘潭 411100）

當前，GIS技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應用于中小河流領(lǐng)域，主要作用用于中小河流的監(jiān)測與預警。本文主要針對GIS技術(shù)在山洪災害以及水資源管理上的應用做了簡要分析，旨在表明GIS技術(shù)在中小河流水文中的發(fā)展必然性。

中小河流；監(jiān)測與預警；發(fā)展必然性

概述

地理信息系統(tǒng)（GIS），是一個當前發(fā)展較快的一個信息科學分支，它的主要研究對象是地球的空間數(shù)據(jù)，主要研究方法是通過對地形等基礎(chǔ)資料的采集，存儲，結(jié)合數(shù)據(jù)庫的應用對空間數(shù)據(jù)進行良好的顯示和分析。這門涉及信息技術(shù)、測繪科學、地圖科學、系統(tǒng)科學等綜合性的學科被廣泛應用于資源調(diào)查、環(huán)境評估、災害預測、國土管理、城市規(guī)劃、郵電通訊、交通運輸、軍事公安、水利電力、公共設(shè)施管理、農(nóng)林牧業(yè)、統(tǒng)計、商業(yè)金融等幾乎所有領(lǐng)域。主要作為獲取、處理、管理和分析地理空間數(shù)據(jù)的重要工具，它與計算機地圖制圖在許多方面有相同之處，但其特色是在處理非圖形的屬性數(shù)據(jù)與分析圖形單元的拓撲關(guān)系方面具有強大功能，并且它所用的數(shù)據(jù)分析方法具有很強的專業(yè)化特征，因此已成為地理學的重要技術(shù)手段之一[1]。根據(jù)水利部印發(fā)的《全國水利信息化發(fā)展“十二五”規(guī)劃》中“水文業(yè)務(wù)管理”部分和水利部水文局編制的《中小河流供水預報及服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)指導意見》的要求，從水文業(yè)務(wù)管理的實際需要出發(fā)，也需要開發(fā)針對中小河流的水文監(jiān)測與預警系統(tǒng)。面向?qū)ο蟮膅is技術(shù)可有效地發(fā)揮其作用。

1 GIS在中小河流水文監(jiān)測中的應用

計算機技術(shù)應用于管理領(lǐng)域已發(fā)生了翻天覆地的變化，而GIS技術(shù)的日趨成熟更給計算機在決策支持和信息管理方面提供了更為廣闊的發(fā)展空間。最近這幾年，GIS（Geography Information System）技術(shù)在水文與水資源領(lǐng)域使水利管理在辦公自動化方面產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，尤其是在中小河流監(jiān)測與預警領(lǐng)域，GIS通過強大的空間分析能力，監(jiān)測數(shù)據(jù)以多媒體形式呈現(xiàn)，分析結(jié)果以直觀的圖表呈現(xiàn)，提供對山洪的動態(tài)監(jiān)測、預警，水利狀況的查詢和統(tǒng)計，以及對山洪爆發(fā)模擬分析和蔓延變化趨勢分析為決策者提供有力科學依據(jù)。它通過分析信息的空間分布，監(jiān)測信息的時序變化，比較不同的空間數(shù)據(jù)集，實現(xiàn)對空間信息及其它各類信息的標準化管理與信息交換，使大量抽象、枯燥的數(shù)據(jù)變得生動、直觀和易于理解，并根據(jù)應用目的進行各種形式的專題表圖輸出。在此主要從以下幾個方面來綜述水文和水資源領(lǐng)域中GIS的應用。

1.1 GIS技術(shù)獲取部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

GIS技術(shù)結(jié)合信息管理技術(shù)綜合集成屬性信息和空間信息，對數(shù)量繁多的站點以及河流進行統(tǒng)一管理。中小河流河段冗長，站點密集，每處河段和站點均采用人工測繪成本將非常高，因此利用GIS強大的空間分析能力，從公開的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如GOOGLEEARTH中KML格式的數(shù)據(jù)，對海量的中小河流域水文一些參數(shù)進行提取驗證，如河道的長度、坡度、分水嶺線、土壤分布及土地利用等。在基礎(chǔ)地圖上通過坐標將各處站點標記于圖上準確位置。

1.2 GIS技術(shù)與日常監(jiān)測

中小河流日常監(jiān)測結(jié)合了水文站地理位置分布、水系分布屬性、水文地質(zhì)、歷史水文數(shù)據(jù)、天氣預報等眾多信息進行了采集，可通過GIS地圖查詢水文站點分布、查看實時或者歷史水文數(shù)據(jù)、查看水文報警點地理位置、查看儀器設(shè)備的工作狀況、利用GIS技術(shù)還可通過定位跟蹤設(shè)備，在圖形上顯示跟蹤系統(tǒng)巡檢人員的巡檢路線軌跡，起到考勤和監(jiān)督的作用。

1.3 GIS技術(shù)與水資源管理

水資源管理信息系統(tǒng)（WRMIS）是緊密結(jié)合水資源空間與屬性數(shù)據(jù)庫構(gòu)建起來的用于水資源規(guī)劃與管理的一種信息系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對水資源信息的查詢檢索、綜合分析、動態(tài)預測和評價、信息輸出等功能。通過結(jié)合GIS技術(shù)對管理信息系統(tǒng)的開發(fā)，可實現(xiàn)圖形和屬性數(shù)據(jù)的雙向查詢，使水資源數(shù)據(jù)管理走向更加系統(tǒng)、科學的道路。中小河流流域水資源管理系統(tǒng)以地理信息系統(tǒng)、監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫為開發(fā)平臺，面向流域的、可視化的、動態(tài)的信息系統(tǒng)。系統(tǒng)以基礎(chǔ)地圖為背景建立流域基礎(chǔ)地理信息基礎(chǔ)庫，在空間數(shù)據(jù)庫中增加水庫、湖泊、取排水口、污染源等要素及地表水體、污染源、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等基本情況表，地表水水體監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，污染源監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，以圖管站點、以圖管流域，實現(xiàn)遠程可視化以圖管水。

2 GIS技術(shù)在中小河流水文分析與預警方面的應用

2.1 GIS技術(shù)與水文模擬

GIS和水文模型的集成能提供許多傳統(tǒng)水文模型所無法提供的詳細的水資源評價信息，可最大限度地減少用戶選擇模型參數(shù)的主觀性，可節(jié)省分析時間，減少研究開支。實現(xiàn)時首先通過GIS對水文數(shù)據(jù)和相關(guān)屬性等進行預處理，將水文計算模塊植入GIS系統(tǒng)，最后進行模型結(jié)果的后處理，從而完成水文模擬的全過程。在中小河流水文監(jiān)測中，充分挖掘水文監(jiān)測數(shù)據(jù)的時間維度進行河道演變模擬、水沙數(shù)值模擬、洪水模擬、降雨一徑流分析模型模擬、水污染過程模擬、水質(zhì)與生態(tài)環(huán)境綜合評價等諸多模擬動態(tài)變化過程，實現(xiàn)區(qū)域水資源的空間分析、管理模式區(qū)劃。

2.2 GIS技術(shù)與水文監(jiān)測、預警

GIS作為基礎(chǔ)平臺，充分利用查詢、分析及可視化模擬功能，并在山洪災害的監(jiān)測評估運行中發(fā)揮了巨大而獨特的作用。針對中小河流水勢特征，建立洪水災害動態(tài)空間數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫集合了氣象數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)等，進行統(tǒng)一管理和維護[2]。根據(jù)氣象水文和基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)，率定水文預報模型，利用空間分析與網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)在GIS系統(tǒng)中模擬出洪峰大小和出現(xiàn)的時間。在基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)完備的情況下可根據(jù)洪水預報模型輸出的水位，基于數(shù)字高程模型計算淹沒范圍，當達到相應臨界值時，GIS即會產(chǎn)生預警，當預警產(chǎn)生后，基于GIS的洪水監(jiān)測預警系統(tǒng)以預警方式提示防汛部門。

3 GIS技術(shù)在中小河流水文監(jiān)測中的發(fā)展趨勢

GIS技術(shù)發(fā)展至今能為水文提供很好的服務(wù)，基本能滿足用戶需求，但是隨著數(shù)據(jù)規(guī)模的愈發(fā)龐大，信息系統(tǒng)需要結(jié)合云計算，采用更復雜的計算模型，以期達到更快的預警速度，更高的預警精度。同時，GIS技術(shù)是一門與GPS、GS技術(shù)緊密相關(guān)的學科，將GIS、GPS和RS技術(shù)配合使用，借助模型的建立能很好地用于水文監(jiān)測、山洪預警和應急事件?；凇?S”技術(shù)的模型能幫助人們了解不同參數(shù)間的相互作用，并能提供山洪動態(tài)監(jiān)測、預警、水文狀況的查詢與統(tǒng)計?！?S”技術(shù)的相互集合將會使水利行業(yè)將會走向系統(tǒng)互操作、數(shù)據(jù)多元化、系統(tǒng)模塊化、系統(tǒng)智能化、平臺網(wǎng)絡(luò)化、應用社會化的道路。在未來的發(fā)展中，充分的發(fā)掘水文歷史數(shù)據(jù)，GIS技術(shù)將會實現(xiàn)四維GIS、時態(tài)GIS、網(wǎng)絡(luò)GIS、開放GIS[3]。

[1]吳小芳，胡月明，徐智勇，黃茂軍，賴厚貴．基于GIS的水文信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].水文，2007（8）：71～79．

[2]黃娟.基于GIS的洪災預警與淹沒評估系統(tǒng)研究[D].南京：南京信息工程大學，2008.

[3]張弘剛，王虹，徐東晶．水文和水資源領(lǐng)域GIS應用綜述[J].吉林地質(zhì)，2013，32（1）：129～132．

P338

A

1004-7344（2016）09-0097-01

2016-2-24

付莉（1989-），女，助理工程師，本科，水文與水資源工程專業(yè)，主要從事水文勘測工作。