GIS在scs-cn模型中应用现状和短期发展的探讨

GIS在scs-cn模型中应用现状和短期发展的探讨
刘力真
【摘要】GIS即地理信息系统(Geographic Information System),经过了40年的发展,到今天已经逐渐成为一门相当成熟的技术,并且得到了极广泛的应用.因其对地理数据的处理能力,GIS的发展极大地推动了考虑物理特性和下垫面变化的水文流域模型的改进与创新.本文基于GIS的最新发展成果,阐述GIS在scs-cn模型中的应用现状,分析应用效果,预测短期发展方向.
【期刊名称】《山东商业职业技术学院学报》
【年(卷),期】2010(010)004
【总页数】4页(P88-90,110)
【关键词】GIS;地理信息系统;scs-cn;水文模型
【作者】刘力真
【作者单位】山东省水利科学研究院,山东,济南,250013
【正文语种】中文
【中图分类】TP183
Abstract: Having experienced 40 years development,GIS,which is the abbreviation of geographic infor mation system,has grown into a fairly developed technology and gained very popular application.Due to itsprocessing power of geographic infor mation,the development of GIS promotes the refor mation and innovation of drainage area model of
physical characteristics and under-surface change.Based on the latest achievement of GIS,this thesis exemplifies the application of GIS in SCS-CN model,analyses the effect of application,and predicts its shortter m development.
Key words: GIS;SCS-CN model
传统的地理科学以现代化的计算机系统为平台,收集大量的地理信息资料,结合信息处理方法,产生了地理信息系统。

计算机高效准确的处理能力,已经各种数据系统分析方法,使得地理信息系统发展迅速,且具有强大的应用价值,为各个领域开辟了广阔的发展空间[1、2]。

传统的流域模型存在无法准确真实反映物理成因的缺陷。

例如scs-cn模型是以流域下垫面的状况为基础的,可敏锐反映土地利用方式变化对流域净雨的影响。

但传统的方法只限于粗略估计各种下垫面类型的特点,以cn查算表为基准,对下垫面状况进行模糊定量,对此有待进一步精确计算。

地理信息系统与遥感、全球定位系统的联合应用[3],为scs-cn模型提供强有力的数据支持,在抽象模型和实际地理现状之间搭起桥梁。

本文针对GIS目前的发展状况以及和流域模型结合应用进行探讨,预测短期内发展方向和趋势。

地理信息系统(GIS,Geographic Infor mation Sys-tem)是以采集、存储、管理、分析、描述和应用整个或部分地球表面(包括大气层在内)与空间和地理分布有关的数据的计算器系统(97年的参考文献)。

它由硬件、软件、数据和用户有机结合而构成。

它的主要功能是实现地理空间数据的采集、编辑、管理、分析、统计、制图的工具已逐步发展起来。

20世纪中叶,计算机的发明与应用标志着第一次信息革命的开始,人类社会随之进入信息时代。

信息的巨大物化力量使得它逐渐成为一种重要的社会资源和社会动力源,从而引起社会职能、模式、结构、价值及人们工作、生活方式的变革,人们工作的
重点从单独的物质生产转移到对信息的采集、处理、分析和利用上来。

另外,由于社会的进步,人们开始觉悟到对赖以生存的地球资源的利用,不能是简单地掠夺,而应将开发和保护结合起来进行科学管理和充分利用。

于是兴起国土规划、各种资源清查、环境监测等大型工程。

然而,面对这些大型工程所获取的海量资源环境信息,传统的调查报表、统计图表和手工制图的方式已远远不能满足时代需求,如何利用计算机有效地处理相关信息是地理信息系统产生和发展的原动力。

目前GIS已经被应用到环境、城市规划与土地管理、社会经济、地籍测绘、交通等与空间信息有密切关系的各个方面。

下面对GIS的主要应用领域作一简单的总结[4]。

环境保护与管理
主要用GIS建立环境模型和环境信息系统,对环境的变化及发展趋势进行预报分析,同时通过统计分析及模拟研究为环境保护提供决策依据。

此外,GIS技术也已被用来建立植物种类与栖息地及环境因素有关的信息系统中。

社会调查与统计分析
GIS在国外已被广泛地应用到人口学、选举、人文地理等方面,我国也已经开始开展这方面的研究和应用工作。

城市基础设施管理
城市基础设施主要是指城市地下管道(包括自来水、污水排放、煤气等管道)、通信网络、邮政网点、道路与交通设施等。

由于这些设施同时具有与几何和空间位置相关的特性,建立基于GIS的信息系统能够提高对这些设施的管理水平,同时能够极大地提高设计与施工、设备维护与故障排除、线路改造等方面的效率,从而产生巨大的经济效益和社会效益。

土地信息系统的建立
GIS最早是从土地信息系统L IS建立的过程中发展起来的,而大量高质量GIS软件
平台的出现又促进了土地信息系统的建立。

目前基于GIS软件平台的土地信息系
统无论是图形处理、空间分析与统计、属性信息存储与查询、统计报表生成、决策支持等方面都比早期的土地信息系统有较大的改进。

我国已经把土地信息系统的建设纳入了法制轨道,新颁布的《中华人民共和国土地管理法》第三十条明确规定“国家建立全国土地信息系统,对土地利用状况进行动态监测”。

GIS在其它领域的应用
GIS已被广泛地应用到一些其它领域:城市规划、房地产开发及物业管理、商业开
发与购物中心设置、资源调查、灾害预报与灾后评估、金融机构与投资分析、地质普查、采矿等。

SCS模型是美国农业部水土保持局(Soil Conservation Service,简称SCS)提出的。

在美国及其他一些国家得到较广泛的应用。

SCS模型有如下几方面特点。

(1)在降雨径流关系上,SCS模型考虑了流域下垫面的特点,如土壤、坡度、植被、土地利用等。

水文工作者都认为下垫面条件是影响降雨径流关系的重要因素,但很少
有人把它如此显著而有效地列入水文模型的定量计算之中。

(2)它可应用于无资料流域。

(3)它能考虑人类活动对径流的影响,也就是说它能针对未来土地利用情况的变化,预估降雨径流关系的可能变化。

(4)模型结构简单,使用方便。

例如产流方面就只有一个参数。

因此,SCS模型比较适用于中小流域以及城市水文学计算和防洪规划设计。

产流模型的基本形式:
式中:P为降雨量,mm;R为径流量,mm;Ia为初损,mm;S为流域当时的最大可能滞留量,mm,它是后损的上限。

为了使计算简化,消去一个变量,引进一个经验关系:
将式(2)带入式(1)得到:
SCS模型引入一个无因此参数,称曲线号码(Curve number),并规定如下关系:
CN是反映降雨前流域特征的一个综合参数,它与流域前期土壤湿润程度(AMC)、坡度、植被、土壤类型和土地利用状况有关。

SCS模型把前期土壤湿润程度以此次降雨前5天雨量为依据分为3级, AMCⅠ为干旱情况、AMCⅡ为正常情况、AMCⅢ为湿润情况,并给出了AMCⅡ情况下的值计算表。

本文主要介绍《Sensitivity of efective rainfall amount to land use description using GIS tool.Case of a s mallmediterranean catchment》中GIS在SCS模型中确定CN值的方法。

“分布式水文模型考虑物理特性估计流域分布。

在本文中,我们测试了土地利用方式规划对流域水文响应的效果。

滞洪区土地利用方式的发展用统计和熵的方法加以研究。

我们的目的是决定决定一种关键的有利于水文模型流域阈值区的存在。

土地利用方式对净雨的影响在地中海的一个小流域中被估算。

结果表明土地利用方式和类型明显影响水文模型,特别是降雨模型。

”
两种方法统计土地利用方式(见图1)
“土地利用方式的分类在聚类地图上有明显的响应。

在一个特定子流域中,聚类目标导致了两种分类方式中土地利用项的矛盾结果(见图2,3)。

用两种方式研究各分区土地利用的滞洪地:首先,在所有子流域中主要土地利用方式指标和其标准差在子流域聚类中点汇出,由比率阈值区/流域面积表示。

然后,在子流域分割比例下,点汇出熵指标。

”
第一,scs-cn模型在参数cn确定过程中,若GIS为其提供精确的下垫面数据,则能大大提高cn值反映流域下垫面情况的准确性。

通过该参数,将下垫面变化的物理成因传输到模型中,使模型输出的产汇流结果更接近实际情况[5]。

第二,由于cn值是通过cn表查值取得,该表将不同下垫面情况按0～100定值,所定的值均为整型,在相似下垫面情况时,无法反应出细微差别。

如若通过GIS及一些具
有多年降雨径流资料的小流域(包括各种典型下垫面)率定得到更准确的cn值与下垫面特征的映射关系,则能为scs-cn模型在流域产汇流计算应用时,取得更好的应用效果。

第三,全流域以一个计算式计算净雨的方法有待改进,在地理数据充足的前提下,可根据汇流特性,将流域分块分段进行产流计算。

GIS与遥感数据、卫星影像等结合应用,为流域模型分块分段的精度提供了数据基础。

第四,汇流计算因依据流域地理特性,以典型径流过程为基础,进行调整。

传统的地理特性参数(如:)通过GIS做强大的地理数据支持,可较大得提高其准确度。

第五,经研究表明,m参数具有一定的地域性。

结合这一特点,可进一步研究基于GIS 的地理数据与m参数的相关情况。

在GIS和计算信息系统不断发展的过程中,必将给流域水文模型,特别是基于物理成因的模型带来更快的发展。

【相关文献】
[1]邬伦,刘瑜,张晶,等.地理信息系统——原理,方法和应用[M].北京:科学出版社,2001.
[2]吴升,王家耀.近年来地理信息系统的技术走向[J].测绘通报,2000,(3).
[3]史文中.空间数据与空间分析不确定性原理[M].北京:科学出版社,2005.
[4]胡圣武.基于模糊理论的GIS质量评价与可靠性分析[D].武汉大学,2004.
[5]陈华慧.遥感地质学[M].北京:地质出版社,1992.。