淺談水文信息化中GIS技術(shù)應(yīng)用與趨勢(shì)

【摘要】GIS技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息化發(fā)展的共同產(chǎn)物，是管理和研究空間數(shù)據(jù)的技術(shù)系統(tǒng)，隨著水文科學(xué)的發(fā)展需求而被廣泛應(yīng)用。本文對(duì)GIS技術(shù)于水文水資源中應(yīng)用的情況進(jìn)行了歸納、總結(jié)，并進(jìn)行發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)。

【關(guān)鍵詞】GIS技術(shù)；信息化；應(yīng)用

1、GIS技術(shù)在水文研究中的應(yīng)用背景

水資源科學(xué)開發(fā)利用是社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著水資源研究技術(shù)方法和計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)水文研究的技術(shù)手段也發(fā)生了根本性的變化，水文監(jiān)測(cè)信息化改革是水文工作熱點(diǎn)話題和必然趨勢(shì)。GIS等眾多技術(shù)在水文水資源中得到綜合應(yīng)用，這使得水文研究的工作正逐漸走向網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化。在日益激烈的信息革命浪潮的沖擊、水危機(jī)和水資源日趨枯竭越來越被廣泛關(guān)注的形勢(shì)下，圍繞水問題的綜合研究對(duì)于水文資料的準(zhǔn)確、快速獲取、空間信息的分析、圖形圖像的處理、時(shí)空分布等特性的要求變得更加迫切。而GIS技術(shù)空間的特性及管理能力、水資源的時(shí)空分布特性和對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理，決定了GIS技術(shù)涉及水問題諸多領(lǐng)域如水資源調(diào)查、水的循環(huán)、水的質(zhì)量與數(shù)量狀況評(píng)價(jià)、地表水與地下水的調(diào)度、水資源有效合理的利用及水質(zhì)監(jiān)測(cè)等方面的重要地位。

2、GIS技術(shù)應(yīng)用范圍

GIS技術(shù)作為一種提取和分析遙感信息的重要手段，充分利用計(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境，通過對(duì)大量各類數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯輸入、存儲(chǔ)更新、檢索查詢、評(píng)價(jià)分析、布置規(guī)劃、預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)、動(dòng)態(tài)模擬、圖像支持、輸出報(bào)表，進(jìn)而描述客觀關(guān)系、事物和過程的空間位置或地理坐標(biāo)，輔助人類重新獲得對(duì)客觀世界、任務(wù)目標(biāo)的再認(rèn)識(shí)、利用和改造的一種信息系統(tǒng)。

GIS在水文信息化的管理和檢測(cè)方面都有重要的應(yīng)用，例如，雨情信息、旱情信息、災(zāi)情信息等方面的信息采集和處理，如圖1所示。下面對(duì)各方面進(jìn)行詳細(xì)的敘述。

2.1 水污染控制規(guī)劃

水污染控制規(guī)劃為區(qū)域環(huán)境規(guī)劃重要的組成部分。但總量控制為水污染控制規(guī)劃的重要內(nèi)容，是從根本上解決的方法。在水污染控制規(guī)劃之中，各功能區(qū)的城市排排水管道分布圖、水域單元的水質(zhì)分布分布等可采用地圖的形式管理和存儲(chǔ)； 污染物的種類及數(shù)量、國民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)資料則可用兼容的數(shù)據(jù)庫形式管理和存儲(chǔ)。下圖2是基于GIS的區(qū)域水污染控制規(guī)劃方案模型圖。

圖2 基于GIS的區(qū)域水污染控制規(guī)劃方案模型

2.2 水文情報(bào)預(yù)報(bào)

GIS被應(yīng)用于水文情報(bào)預(yù)報(bào)系統(tǒng)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)

（1） 空間信息分析和信息查詢。在水文情報(bào)的預(yù)報(bào)系統(tǒng)之中，一般采用數(shù)值化電子地圖作為背景，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)和GIS，從而實(shí)現(xiàn)水情信息的檢索、查詢、分析計(jì)算和顯示。

（2）確定模型參數(shù)。流域水文的模型的大多數(shù)參數(shù)都與流域的地理信息有關(guān)，如河道的坡度、長度，流域的土壤分布、土地利用面積、坡度及重心等參數(shù)，均可采用GIS根據(jù)地理信息的分析直接確定。流域地貌單位線、流域下滲能力等模型參數(shù)可采用GIS根據(jù)地理信息進(jìn)行間接地分析和計(jì)算。

（3） 開發(fā)分布式水文模型。GIS能夠提供詳細(xì)和準(zhǔn)確的地理信息空間分析的資料，因此根據(jù)流域下墊面條件可以將流域劃分成滿足分辨率要求的規(guī)則的柵格或不規(guī)則的多邊形單元，從而充分考慮降雨和下墊面條件等要素在空間不均勻的分布情況。

（4）數(shù)字高程模型的應(yīng)用。數(shù)字高程模型除了可應(yīng)用在流域的匯流計(jì)算外，還能夠與水力學(xué)模型應(yīng)用在一起，準(zhǔn)確、客觀、快速地對(duì)災(zāi)情進(jìn)行評(píng)估和分析，如分洪水量、蓄洪區(qū)淹沒的范圍的計(jì)算等。

（5）開發(fā)分布式水文模型與數(shù)字高程模型。GIS能夠提供詳細(xì)的地理信息空間的分析資料，因此根據(jù)下墊面條件劃分流域成為若干多邊形單元，并建立分布式水文模型，同時(shí)充分考慮降雨和下墊面條件等要素不均勻的分布在空間。利用GIS建立起數(shù)字高程模型便可自動(dòng)生成流域水系，為分布式水文模型的研制和開發(fā)提供了牢固的基礎(chǔ)。

2.3 防洪減災(zāi)

GIS技術(shù)應(yīng)用在防洪決策應(yīng)用中，主要主要提現(xiàn)在以下的四個(gè)方面[2]：

（1）防洪信息管理系統(tǒng)或決策支持系統(tǒng)的平臺(tái)。在這些系統(tǒng)之中GIS的作用主要體現(xiàn)在：空間數(shù)據(jù)的管理，包括檢索、查詢、維護(hù)和更新，借助空間分析能力達(dá)到防汛指揮決策提供輔助的目的，提供各類應(yīng)用模型數(shù)據(jù)，為模型優(yōu)化參數(shù)，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，防汛決策方案及信息的可視化表達(dá)。

（2）對(duì)災(zāi)情的評(píng)估。GIS是以背景數(shù)據(jù)管理被基礎(chǔ)的平臺(tái)，具有屬性和空間數(shù)據(jù)檢索、查詢、災(zāi)情數(shù)據(jù)的提取、分析、輔助決策的工具和統(tǒng)計(jì)等作用，實(shí)現(xiàn)可視化的表達(dá)災(zāi)情。

（3）區(qū)劃與分析洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。洪澇災(zāi)害的分析主要是分析不同強(qiáng)度下的洪水發(fā)生概率以及其可能造成的危害和損失，包括洪水危險(xiǎn)性的分析、損失評(píng)估和承災(zāi)體易損性的分析。通過GIS技術(shù)，將涉及以上三個(gè)方面諸多的地理、自然、社會(huì)因子且附加相應(yīng)的權(quán)重進(jìn)行空間疊加，是進(jìn)行區(qū)劃與分析洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的有效手段。GIS技術(shù)在多邊形合并，緩沖區(qū)的運(yùn)用，數(shù)據(jù)層疊加方面充分發(fā)揮了重要作用。

（4）城市的防洪。GIS在城市的防洪中，城市的積水和退水的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，排水設(shè)施的設(shè)計(jì)與規(guī)劃，現(xiàn)有排水設(shè)備的管理，城市綠地面積的規(guī)劃，分析降雨的時(shí)空特征， 以街區(qū)為空間單元和以街道為統(tǒng)計(jì)單元的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)空間分布， 積水街道分布及降雨分布的可視化顯示，多層次、高分辨率、實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和多源、管理和維護(hù)等方面被廣泛應(yīng)用。

3、GIS技術(shù)在水文信息化方面發(fā)展的趨勢(shì)

GIS技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域經(jīng)過近40年的應(yīng)用與發(fā)展，已經(jīng)從存儲(chǔ)信息的實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)庫的建立、自動(dòng)繪圖、

統(tǒng)計(jì)分析和檢索查詢等基本功能轉(zhuǎn)向建立多層次、多目標(biāo)、多功能的智能化的專家系統(tǒng)、專業(yè)化的評(píng)價(jià)及模型分析和空間決策的支持系統(tǒng)。作為協(xié)調(diào)不同信息源和不同領(lǐng)域信息的理想工具，GIS技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)主要包括以下幾個(gè)方面：①空間決策支持系統(tǒng)將成為GIS技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要分支；②GIS的應(yīng)用將成為發(fā)展數(shù)值模擬技術(shù)的重要手段；③GIS技術(shù)的多維發(fā)展將是水文水資源領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)方向；④GIS與GPS、RS集成化并將伴隨著水文水資源的不斷發(fā)展。

4、總結(jié)

GIS技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用，這極大地提高了水文現(xiàn)代化水平，并把水文研究技術(shù)、GIS和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來為生產(chǎn)生活提供服務(wù)，這將是未來水文研究和發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，GIS向可視化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、業(yè)務(wù)化、微機(jī)化和智能化發(fā)展，一系列的特征將增強(qiáng)水文水資源與GIS之間的融合，并GIS最終將更完善的應(yīng)用于水文水資源領(lǐng)域中。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉宏偉，姚鵬舉.GIS在水文水資源領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展[J]，科技傳播，2013（09）

[2]王丹丹.基于GIS在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用分析[J].黑龍江水利科技，2016（02）