探析GIS在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用

姜苗苗 趙彥龍

黃河水利委員會山東水文水資源局 山東 濟南 250100

近年來，我國水資源短缺問題越來越嚴(yán)重，人們對于水文水資源的研究愈發(fā)重視，尤其是在計算機信息技術(shù)的支持下，水文水資源研究水平逐步提升，GIS技術(shù)的應(yīng)用在水文水資源領(lǐng)域中發(fā)揮著重要優(yōu)勢。GIS技術(shù)是地理信息系統(tǒng)，其能夠有效開發(fā)和利用水資源，加強水文水資源管理，為水文水資源的規(guī)劃和管理提供可靠的參考依據(jù)。通過GIS技術(shù)的應(yīng)用能夠獲取準(zhǔn)確的水文資源，科學(xué)處理圖形圖像，以便于全面監(jiān)測我國水文水資源的實際情況，為防洪減災(zāi)奠定了扎實基礎(chǔ)，同時也有利于提高水資源利用率?；诖?，應(yīng)當(dāng)在水文水資源領(lǐng)域研究中充分應(yīng)用GIS技術(shù)，不斷地創(chuàng)新GIS技術(shù)，以突出GIS技術(shù)在水文水資源中的應(yīng)用價值。

1 GIS技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容

1.1 GIS技術(shù)概述

GIS技術(shù)是地理信息系統(tǒng)，屬于特定的空間信息系統(tǒng)，需要計算機硬件和軟件系統(tǒng)的支持，能夠?qū)φ麄€地球表層空間中有關(guān)于地理分布數(shù)據(jù)的采集，同時可對所采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行儲存管理、運算分析和描述。GIS技術(shù)被廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域中，有著不錯的應(yīng)用效果，水文水資源領(lǐng)域中的GIS技術(shù)更是具有較高的應(yīng)用價值，其包含了空間數(shù)據(jù)處理和空間分析兩部分。GIS技術(shù)的功能在于全面采集數(shù)據(jù)信息，并做好管理分析工作，然后輸出相關(guān)信息，可及時更新信息數(shù)據(jù)，創(chuàng)建強大的空間信息。而且可以將數(shù)據(jù)信息和地學(xué)模型進(jìn)行有效結(jié)合，有利于實施高效的動態(tài)預(yù)測，需要衛(wèi)星遙感技術(shù)、計算機技術(shù)的支持，能夠確保所采集數(shù)據(jù)的真實性、準(zhǔn)確性，為決策工作提供可靠的參考依據(jù)[1]。

除此之外，GIS技術(shù)還可以轉(zhuǎn)換不同來源的空間數(shù)據(jù)，統(tǒng)一不同比例尺、坐標(biāo)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，逐步實現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。還能夠?qū)⑦@些數(shù)據(jù)與非空間信息結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。充分發(fā)揮了數(shù)據(jù)綜合地理模擬、空間分析優(yōu)勢，可做好數(shù)據(jù)輸入工作，并進(jìn)行科學(xué)執(zhí)行。而且GIS技術(shù)可將分析模型的結(jié)果直接呈現(xiàn)出來，具有可視化功能，通過報告、統(tǒng)計報表的形式來直觀展示模擬數(shù)據(jù)，有利于相關(guān)人員深入分析，提高水文水資源利用率。

1.2 GIS技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

GIS技術(shù)的應(yīng)用具有一定的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是能夠保證所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。應(yīng)用GIS技術(shù)可在短時間內(nèi)獲得相應(yīng)的地理狀態(tài)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的精確度得以提升，而且有著一定的時效性，這有利于提高空間信息處理水平，確保信息數(shù)據(jù)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。利用GIS技術(shù)可有效關(guān)聯(lián)信息系統(tǒng)和空間數(shù)據(jù)，創(chuàng)造出多種不同的空間模型，沒實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的快速傳輸和實時共享?？蓪⑺杉臄?shù)據(jù)統(tǒng)一整合，進(jìn)行科學(xué)分析，以便于挖掘出數(shù)據(jù)信息中的價值；二是具有結(jié)構(gòu)可視化的優(yōu)勢。GIS技術(shù)的應(yīng)用能夠使相關(guān)人員利用用戶界面來處理視圖，方便技術(shù)人員對水資源的管控，同時還可為水資源管控決策提供可靠的參考依據(jù)。通過報表的形式來呈現(xiàn)所采集的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行模擬，把各項參數(shù)直觀呈現(xiàn)出來，為水文水資源領(lǐng)域的研究提供重要依據(jù)[2]；三是有利于降低水文水資源管理工作成本。相較于傳統(tǒng)的水文水資源勘查工作來說，基于GIS技術(shù)的水文水資源勘查無需過多的設(shè)備支持，消耗的工作成本更低一些，其可以通過已經(jīng)采集的數(shù)據(jù)信息來構(gòu)建水文地形模型，然后根據(jù)分析方程式來整理相關(guān)數(shù)據(jù)，不需要太多的人才成本，能夠取得較為準(zhǔn)確的分析結(jié)果。

1.3 GIS數(shù)據(jù)處理路徑和方法

在使用GIS技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作的時候，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮衛(wèi)星遙感技術(shù)的作用，需使用先進(jìn)的地理信息系統(tǒng)軟件。一般來說，GIS技術(shù)中涉及到以下模塊的功能應(yīng)用：一是信息查詢模塊，該模塊中能夠幫助水文用戶查詢各項信息，如水文勘查信息、水文資源規(guī)劃信息等，可充分發(fā)揮地理信息勘測系統(tǒng)的作用；二是地圖瀏覽模塊。該功能在于能夠?qū)Φ貓D中的任何位置進(jìn)行放大、縮小的操作和瀏覽，全面了解該位置的水文信息狀況，了解各水域的水文資料；三是路徑分析模塊[3]。該模塊的作用在于尋求最佳的水文水資源勘查路線，具備自主導(dǎo)航功能。

2 GIS在水文水資源領(lǐng)域中的有效應(yīng)用

2.1 水文預(yù)報活動中的應(yīng)用

GIS技術(shù)在水文預(yù)報活動中有著不錯的應(yīng)用效果，該技術(shù)具有較強的數(shù)據(jù)處理和歸納能力，可通過科學(xué)的數(shù)據(jù)分析挖掘出數(shù)據(jù)背后的價值，全面采集水文信息，為水文預(yù)測工作的開展提供可靠的參考依據(jù)。水文資源并不是一成不變，其具有動態(tài)波動性，需要通過實時監(jiān)測數(shù)據(jù)來預(yù)估其未來的發(fā)展趨勢，而準(zhǔn)確的預(yù)測就必須有完整水文資料的支持。在水文預(yù)報活動中引入GIS技術(shù)，有利于保證模型參數(shù)的準(zhǔn)確性，獲取更為精準(zhǔn)的水文信息數(shù)據(jù)，以便于創(chuàng)建科學(xué)的水文模型，保證水文預(yù)報結(jié)果的精確性[4]。基于GIS技術(shù)，已經(jīng)逐步完善了智慧防汛系統(tǒng)，可有效監(jiān)測河流，預(yù)測水庫洪水，進(jìn)一步提升了水文水資源工作質(zhì)量。

2.2 供水管網(wǎng)信息管理中的應(yīng)用

在供水管網(wǎng)信息管理中可應(yīng)用GIS技術(shù)，有利于進(jìn)一步優(yōu)化供水工程管網(wǎng)設(shè)計方案。GIS技術(shù)支持下的管網(wǎng)設(shè)計可分為三種方案：第一種方案是獨立開發(fā)。這種方案對GIS技術(shù)的依賴并不多，無需強調(diào)GIS技術(shù)的先進(jìn)性；第二種方案是集成二次開發(fā)，其需要GIS技術(shù)的支持，應(yīng)當(dāng)充分利用GIS技術(shù)功能來進(jìn)行有效的軟件編輯和開發(fā)工作。集成二次開發(fā)需要全面采集各項信息數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高水利信息化水平。同時還有利于科學(xué)設(shè)計水利泵點，保證供水管網(wǎng)設(shè)計方案的合理性；第三種是二次開發(fā)，相對于集成二次開發(fā)來說其難度稍低一些，是在獨立開發(fā)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善和補充。

2.3 地下水資源勘查中的應(yīng)用

地下水資源勘查工作十分重要，其關(guān)系著水資源保護、規(guī)劃管理和開發(fā)利用效果，必須予以高度重視，不容忽視。為保障地下水資源勘查質(zhì)量，則應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮GIS技術(shù)的作用。地下水資源勘查的目的在于全面了解地下水資源的實際情況，包括但不限于地下水的空間分布，含水層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、邊界、導(dǎo)水性等，同時還需要明確各個含水層之間的水利聯(lián)系[5]。通過應(yīng)用GIS技術(shù)，可以采地表水資源的相關(guān)信息，了解其分布情況，知曉地下水的埋深，這更有利于構(gòu)建完善的細(xì)化模型，科學(xué)分析地下水資源的特征和規(guī)律，為地下水資源保護工作的開展奠定扎實基礎(chǔ)，提供可靠的參考依據(jù)，可進(jìn)一步規(guī)范地下水資源管理工作。而且在進(jìn)行水資源勘查的時候應(yīng)用GIS技術(shù)，有利于創(chuàng)建完善的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，全面采集地下水動態(tài)資料，掌握地下水的實際開采狀況，同時還可以收集水文地質(zhì)基礎(chǔ)資料，這有利于可視化信息檢索和查詢，科學(xué)預(yù)測地下水動態(tài)發(fā)展，發(fā)揮空間輔助決策作用，以提高地下水資源管理效益。

2.4 防洪減災(zāi)及情報預(yù)測中的應(yīng)用

在防洪減災(zāi)及情報預(yù)測過程中，可有效應(yīng)用GIS技術(shù)，這是因為該技術(shù)具有較好的數(shù)據(jù)分析能力，可將所采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效整合，以便于獲取重要信息，做好相關(guān)預(yù)測工作。GIS技術(shù)的應(yīng)用，可有效編輯水文數(shù)據(jù)信息，并提取數(shù)據(jù)信息中的價值，進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)整理，給水文預(yù)測工作提供可靠的參考，確保水文預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。GIS技術(shù)可保證水文數(shù)據(jù)信息的精確度，這有利于科學(xué)預(yù)測洪澇災(zāi)害，做好防洪減災(zāi)工作。通過GIS技術(shù)可在一定程度上預(yù)測可能出現(xiàn)的風(fēng)險，并客觀評測管理水文信息，相關(guān)人員可直接根據(jù)GIS技術(shù)所獲取的數(shù)據(jù)來模擬計算洪災(zāi)發(fā)生概率、強度，創(chuàng)建完善的災(zāi)情數(shù)據(jù)模型。在對可能發(fā)生的洪水災(zāi)害進(jìn)行評估之后，還可以利用GIS技術(shù)來進(jìn)行全面分析，發(fā)現(xiàn)洪水災(zāi)害的特點，尋找其中的規(guī)律，通過運算來了解洪水損失量，從而基于GIS技術(shù)構(gòu)建多災(zāi)害模型[6]。為進(jìn)一步提升GIS技術(shù)在防洪減災(zāi)及情報預(yù)測中的應(yīng)用價值，還應(yīng)當(dāng)加強對系統(tǒng)空間分析功能的研究，旨在利用GIS技術(shù)深入了解上游、下游的關(guān)系，整合地理信息數(shù)據(jù)，設(shè)計洪水災(zāi)害的緩沖區(qū)，保障防洪減災(zāi)工作的順利開展。

2.5 空間決策及管理中的應(yīng)用

GIS技術(shù)在空間決策及管理中有著較好的應(yīng)用，該技術(shù)可以給相關(guān)人員提供大量的數(shù)據(jù)參考，使之制定科學(xué)的空間決策。GIS技術(shù)有著一定的數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢，能夠滿足于空間決策及管理工作的需求，可創(chuàng)建完善的水文水資源數(shù)據(jù)庫，并突出其鮮明特點，進(jìn)一步優(yōu)化水資源管理模式，準(zhǔn)確把控水資源的分布情況，同時了解地理位置、時間變化對水資源的影響。利用GIS技術(shù)來實施有效的空間決策和管理工作，有利于建立更為成熟的決策支持系統(tǒng)，強化水資源管理能力，合理開發(fā)水資源，提高水資源利用率。

2.6 水環(huán)境管理中的應(yīng)用

水環(huán)境管理中應(yīng)用GIS技術(shù)十分有必要，可以全面把控影響水環(huán)境的各項相關(guān)因素，基于水資源管理的實際情況來實施針對性的管理措施，通過分層管理的方式來把控水環(huán)境的真實狀況。需利用GIS技術(shù)于不同領(lǐng)域下采集水環(huán)境的相關(guān)參數(shù)信息，不僅要保證這些信息的精確性，還要對這些信息進(jìn)行科學(xué)分析，從時間、空間范圍上來預(yù)測水環(huán)境的變化，加強對水環(huán)境的管理。可建立健全的信息體系，針對性處理水環(huán)境管理中的各項問題，加強對特殊區(qū)域水環(huán)境的把控。同時，GIS技術(shù)的應(yīng)用可以把水域劃分成各個區(qū)域，并且根據(jù)實際情況來合理布設(shè)監(jiān)測點，全面掌握各水域的實際情況，提供具有時效性的水域信息，及時發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，并予以針對性處理?？蓜?chuàng)建完善的水環(huán)境管理系統(tǒng)，強化水環(huán)境綜合管理效益[7]。

2.7 水污染控制中的應(yīng)用

水污染是當(dāng)前社會經(jīng)濟發(fā)展過程中急需解決的問題之一，嚴(yán)重的水污染已經(jīng)無法滿足于可持續(xù)發(fā)展要求，需要針對當(dāng)前水污染的實際情況，來實施有效措施加以改善，這對水文水資源管理工作提出了更高要求，必須嚴(yán)格把控。利用GIS技術(shù)有利于合理規(guī)劃水資源，有效把控水污染的情況，并采集水污染嚴(yán)重成都數(shù)據(jù)，直觀地將當(dāng)前的水污染狀況呈現(xiàn)出來，以便于制定適宜的水污染防治方案，降低水污染程度。相關(guān)人員需利用GIS技術(shù)來采集與水污染有關(guān)的各項數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，將其儲存于數(shù)據(jù)庫中，科學(xué)規(guī)劃相關(guān)模型，以便于提高水污染管理水平[8]。

除此之外，在處理突發(fā)水污染事故的時候，同樣要使用GIS技術(shù)，發(fā)揮該技術(shù)的數(shù)據(jù)集成優(yōu)勢，以便于開展有效的模擬分析，全面了解突發(fā)水污染事故的實際情況，對其所造成的污染情況進(jìn)行預(yù)估，找出其中的原因，以及被污染對象，基于此來制定適宜的防治方案。相關(guān)部門可在GIS技術(shù)的支持下做好預(yù)測分析工作，可掌握水污染帶來的水變化，明確水污染變化趨勢，給水污染治理工作提供重要保障。

3 現(xiàn)階段GIS在水文水資源領(lǐng)域中應(yīng)用存在的問題

現(xiàn)階段，GIS技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中應(yīng)用，還存在著一定的問題，有待于進(jìn)一步改善，其問題主要有：第一，未加強GIS系統(tǒng)平臺建設(shè)。GIS技術(shù)應(yīng)用于水文水資源領(lǐng)域中是時代發(fā)展的必然選擇，具有較大的潛能。但是就目前而言，有關(guān)于GIS技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中的研究并不多，而且相關(guān)機構(gòu)之間存在著溝通不暢的情況，所研發(fā)的信息系統(tǒng)并不符合實際需求，沒能達(dá)到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，以致于在實施GIS技術(shù)的時候存在內(nèi)容重復(fù)的情況，難以保證GIS系統(tǒng)的應(yīng)用效果，不利于GIS技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，難以將GIS技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于水文水資源中；第二，忽視了對GIS系統(tǒng)發(fā)展動態(tài)的了解。在水文水資源領(lǐng)域中應(yīng)用GIS系統(tǒng)，能夠發(fā)揮其優(yōu)勢功能，但由于沒有了解GIS系統(tǒng)的發(fā)展動態(tài)，以致于所采用的GIS技術(shù)較為落后，未能做到與時俱進(jìn)，影響了水文水資源管理效率，未能實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)；第三，需進(jìn)一步提升計算結(jié)果的動態(tài)展現(xiàn)水平。雖然GIS技術(shù)具有較強的數(shù)據(jù)采集能力，可對所采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效的整合和分析，但是計算結(jié)果仍然無法保證其準(zhǔn)確性，存在場景失真的情況，動態(tài)效果品質(zhì)也得不到保障。

4 GIS在水文水資源領(lǐng)域中的未來發(fā)展趨勢

GIS技術(shù)在水文資源領(lǐng)域中的應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)朝著以下幾個方面發(fā)展：首先，需進(jìn)一步完善空間決策系統(tǒng)。在研究水文水資源的時候，采用GIS技術(shù)，需要將其和空間決策系統(tǒng)有效融合，可獲得不錯的發(fā)展前景。但這并不是一項簡單的工作，開發(fā)建設(shè)方面有著較大的難度，需要適當(dāng)增加人力、財力和物力等方面的投入，明確系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)，并圍繞此目標(biāo)來優(yōu)化設(shè)計空間決策系統(tǒng)，使之更加穩(wěn)定；其次，要將GIS技術(shù)和水文模型進(jìn)行有效融合，在進(jìn)行水文模型數(shù)據(jù)處理的時候，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮GIS技術(shù)的作用，以進(jìn)行科學(xué)的單指標(biāo)空間分析，實施有效的多圖層加權(quán)疊加，對地下水運移規(guī)律進(jìn)行綜合模擬，集成管理水文水資源專業(yè)模型；最后，要推動GIS技術(shù)的智能化發(fā)展，為充分發(fā)揮GIS技術(shù)在水文水資源管理工作中的優(yōu)勢，實施有效的防洪減災(zāi)工作，則需要利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來進(jìn)一步完善數(shù)據(jù)資源的采集和分析，做好實時監(jiān)測工作，深入挖掘數(shù)據(jù)中隱藏的價值，加強智能化水文建設(shè)?？蓪y繪分析技術(shù)、智慧采集技術(shù)等有效融入于GIS技術(shù)應(yīng)用中，以實現(xiàn)水文數(shù)據(jù)信息共享，強化水文水資源管理。

5 結(jié)束語

總而言之，在水文水資源領(lǐng)域研究過程中，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮GIS技術(shù)的作用，需進(jìn)一步強化GIS技術(shù)應(yīng)用，突出該技術(shù)的優(yōu)勢，全面把控水文水資源的相關(guān)信息。同時，要明確GIS技術(shù)的未來發(fā)展趨勢，有效融入現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，逐步實現(xiàn)GIS技術(shù)的智能化發(fā)展，提高GIS技術(shù)應(yīng)用水平。