淺談GIS在水文水資源分析管理領(lǐng)域中的應(yīng)用

□馬 丁

隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的逐漸推進(jìn)，國家和政府高度重視對水文水資源的保護(hù)。在積極踐行“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”水利改革發(fā)現(xiàn)總基調(diào)的社會背景下，提高水文水資源信息化程度，建設(shè)“數(shù)字水利”就顯得尤為重要。GIS 技術(shù)具有管理和分析空間數(shù)據(jù)的核心作用，將會成為制定防洪減災(zāi)決策、開展水文模擬工作、監(jiān)測水資源和環(huán)境的重要手段，在現(xiàn)代化建設(shè)的過程中具有重要指導(dǎo)意義。

1.GIS 的應(yīng)用特點

1.1 基礎(chǔ)電子地圖

基礎(chǔ)GIS 圖對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的要求十分嚴(yán)格，其所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用的比例尺要視實際情況而定，但一般所選用的比例尺為1：25 萬。而且基礎(chǔ)電子圖系統(tǒng)中所包含的數(shù)據(jù)十分廣泛，既包括鐵路、公路、水庫以及基礎(chǔ)設(shè)施，也包括居民點和城鎮(zhèn)，甚至是河流湖泊位置等具體信息，其覆蓋面極廣。

1.2 專題電子地圖

在水文水資源領(lǐng)域，相關(guān)技術(shù)人員可以借助GIS 軟件建立其水文水資源專題地圖，具體來說也就是將所涉及到的專題數(shù)字地理數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)電子地圖進(jìn)行疊加。在實際應(yīng)用過程中專題地圖對于水文水資源信息的描述更加具體詳細(xì)，具有較高的專業(yè)性和實用性。在開展相關(guān)工作的過程中，水利工程、水文測站的分布情況，水資源分區(qū)等信息都在水文水資源專題GIS 地圖上有所顯現(xiàn)。

1.3 遙感信息庫

遙感信息庫是由經(jīng)過解譯后的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)信息而構(gòu)成的數(shù)據(jù)信息庫。在當(dāng)今時代，借助比較先進(jìn)的遙感影像，技術(shù)人員能夠解譯相關(guān)區(qū)域的水體信息，并且對水文水資源領(lǐng)域的各方面信息進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，借助GIS 藝術(shù)對同一區(qū)域不同時期的影像進(jìn)行對比，就可以推斷出該區(qū)域內(nèi)水源水資源特征變化的結(jié)果以及趨勢。

1.4 屬性數(shù)據(jù)庫

在描述空間數(shù)據(jù)的過程中，GIS 技術(shù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，也即GIS 屬性數(shù)據(jù)庫發(fā)揮了重要的作用。借助對這一數(shù)據(jù)庫中的信息分析，可以充分獲知該區(qū)域的水資源開發(fā)利用情況、地表和地下的水資源開發(fā)情況、水環(huán)境狀況、水利工程參數(shù)及狀況等詳細(xì)信息。

1.5 軟件系統(tǒng)

在上述水文水資源領(lǐng)域GIS 應(yīng)用特征的基礎(chǔ)上，適當(dāng)采用GIS 嵌入技術(shù)能夠構(gòu)建水資源管理軟件系統(tǒng)，對該區(qū)域水資源的開發(fā)利用實現(xiàn)科學(xué)化、規(guī)范化管理。具體來說，水資源管理軟件系統(tǒng)既包含空間數(shù)據(jù)管理功能，涉及到屬性數(shù)據(jù)管理功能，二者相輔相成，共同開展信息管理工作。

1.6 WebGIS 信息查詢

WebGIS 信息查詢主要為外部用戶的系統(tǒng)查詢提供了便利，借助這一查詢系統(tǒng)，有需要的人員可以借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對水資源和生態(tài)環(huán)境進(jìn)行訪問和查詢，基本能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享。

2.GIS 技術(shù)在水文水資源分析管理領(lǐng)域的應(yīng)用

近些年來，在水文水資源領(lǐng)域，GIS技術(shù)得到了大范圍普及以及迅速發(fā)展，幾乎已經(jīng)成為各單位人員水文水資源調(diào)查規(guī)劃、水資源分析評價、洪水預(yù)報等工作的重要技術(shù)手段，為當(dāng)今時代水資源的可持續(xù)發(fā)展立下了汗馬功勞。具體來說，GIS 技術(shù)在水文水資源分析管理領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)以下幾方面。

2.1 水文模擬

在水文模擬方面，可以建立起精準(zhǔn)的數(shù)字地形模型以及科學(xué)的數(shù)字高程模型，并且以此為基礎(chǔ)架構(gòu)起數(shù)字化系統(tǒng)，進(jìn)而實現(xiàn)對該河流流域水文信息參數(shù)的全方面監(jiān)理。在實際應(yīng)用過程中，GIS 技術(shù)的滲透能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)水文模型和新時期流域特征的相互滲透融合，提高對流域水文模型模擬的精確度，對提高產(chǎn)匯流模擬、水文預(yù)報等方面工作具有重要的意義。結(jié)合現(xiàn)階段水文模擬的發(fā)展情況來說，比較常規(guī)的分布式水文模型主要有SHE 模型、IHDM 模型以及不規(guī)則三角網(wǎng)格模型等，其中又?jǐn)?shù)不規(guī)則三角網(wǎng)格模型的應(yīng)用最為廣泛。尤其是在大型流域的水文模擬中，對原始柵格節(jié)點數(shù)據(jù)的需求較低，對流域地形水文特征的描述精準(zhǔn)度較高，具有較高的實用性。

2.2 防洪預(yù)警

近些年來，相關(guān)部門的人員不斷探索防洪方面的GIS 技術(shù)應(yīng)用角度，希望借助這一先進(jìn)技術(shù)提高對防洪預(yù)測的精度，具體來說GIS 技術(shù)在防洪維度的應(yīng)用具有以下幾方面流程。一是借助GIS 技術(shù)建設(shè)管理平臺。在對GIS 技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化完善的過程中，可以借助技術(shù)建立起和庫等防洪管理平臺和決策平臺跨越時間和空間的限制，對相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。與此同時，借助GIS 技術(shù)建立的平臺，在功能和數(shù)據(jù)方面的穩(wěn)定性和精準(zhǔn)性更加符合，防洪的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，能夠有效保證決策的可靠性，信息管理效果十分顯著。二是可以利用GIS 技術(shù)和水利學(xué)模型進(jìn)行融合，建立洪澇災(zāi)害評估機(jī)制。在實際應(yīng)用過程中，GIS技術(shù)和水利學(xué)模型的結(jié)合將會大幅度上增加管理方案的層次感是獲得的數(shù)據(jù)信息能夠被充分分析，進(jìn)而提高計算洪水風(fēng)險和強(qiáng)度的精準(zhǔn)性，并對洪水的推進(jìn)和淹沒進(jìn)行有效模擬，對每一次洪澇災(zāi)害所可能帶來的危險和損失進(jìn)行精準(zhǔn)評估。在這一過程中，災(zāi)害模型的建立將會為相關(guān)人員的科學(xué)分析奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，維護(hù)廣大人民群眾的經(jīng)濟(jì)利益。三是考慮到要建立洪澇災(zāi)害的多種模型，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該對各影響因素進(jìn)行精準(zhǔn)分析，并以此為依據(jù)劃分災(zāi)害影響范圍，而GIS 技術(shù)就是劃分范圍、制定相關(guān)決策的最主要依據(jù)，實現(xiàn)對重載的全面監(jiān)測和系統(tǒng)評價，為后期的搶險抗災(zāi)工作提供了較大便利。

2.3 水環(huán)境監(jiān)測

在水環(huán)境資源保護(hù)的過程中，GIS技術(shù)的應(yīng)用能夠更加迅速的協(xié)助相關(guān)人員制定水環(huán)境資源的監(jiān)測保護(hù)方案。對于參與區(qū)域水資源保護(hù)的人員來說，完全可以借助GIS 技術(shù)軟件對該區(qū)域水資源和水環(huán)境的歷史資料進(jìn)行查詢，并且推算出水質(zhì)的變化特點以及水環(huán)境的發(fā)展趨勢。尤其是當(dāng)比較嚴(yán)重的水污染事故發(fā)生時，相關(guān)部門和人員可以借助GIS 技術(shù)對污染物的擴(kuò)散趨勢進(jìn)行模擬預(yù)測，以幫助管理人員在第一時間內(nèi)制定有效的應(yīng)急策略，阻斷污染物的擴(kuò)散，將污染為環(huán)境所帶來的損失降至最低。

2.4 水資源評價

在區(qū)域發(fā)展的過程中，涉及到復(fù)雜的水資源規(guī)劃問題，要求相關(guān)人員對該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境、氣象水文、地形地貌以及水旱災(zāi)害歷史資料進(jìn)行整理，并在此基礎(chǔ)上，對規(guī)劃結(jié)構(gòu)的景觀進(jìn)行描述。在水資源規(guī)劃方面，GIS 技術(shù)的應(yīng)用可以擴(kuò)大對信息的管理數(shù)量，構(gòu)建起專門為水資源規(guī)劃而生的支撐系統(tǒng)和相關(guān)平臺，實現(xiàn)對水資源的宏觀管理以及滾動規(guī)劃。結(jié)合現(xiàn)階段水資源評價機(jī)制的構(gòu)建來說，比較常規(guī)的評價方法就是直接評定區(qū)域內(nèi)的水資源總量以及其利用數(shù)量，這種方式很難直觀展示區(qū)域內(nèi)水資源的空間分布。尤其是在水資源空間分布嚴(yán)重不均衡、水資源短缺的地區(qū)，運(yùn)用傳統(tǒng)的評價方法，顯然無法滿足相關(guān)工作要求。但是，在GIS技術(shù)的輔助下，相關(guān)人員完全可以發(fā)揮其數(shù)據(jù)管理優(yōu)勢和分析功能，對水資源的空間分布信息進(jìn)行特殊處理，結(jié)合水資源所在區(qū)域的一些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行基礎(chǔ)地圖繪制，確保相關(guān)要素能夠囊括其中。在此基礎(chǔ)上，都可以實現(xiàn)對水資源和人口分布關(guān)系的分析、水資源儲蓄量與分布的關(guān)系分析。

3.結(jié)語

綜上所述，水文水資源領(lǐng)域中GIS技術(shù)的應(yīng)用是新時期“數(shù)字水利”建設(shè)的一項偉大舉措。GIS 技術(shù)的應(yīng)用將使傳統(tǒng)水文向數(shù)字水文轉(zhuǎn)型的過程事半功倍，具有較高的應(yīng)用前景。□