GIS技术在水文水资源领域中的有效运用

GIS技术在水文水资源领域中的有效运用

作者：畅成喜

来源：《中国科技纵横》2016年第12期

【摘要】地理信息系统（GIS）是以地理空间数据库为基础的空间数据分析、处理为一体的地理信息系统。本文主要介绍GIS在水文水资源领域中六方面的主要运用：水资源方面、地下水资源勘查方面、流域面雨量计算方面、水文模拟方面、水文模拟与信息查询、防洪预警及洪水预报管理方面。

【关键词】GIS技术水文水资源运用

地理信息系统（GIS）是以地理空间数据库为基础的空间数据分析、处理为一体的地理信息系统。由于GIS技术的空间特性、对于水资源的管理与处理能力以及水的时空分布特性，在流域水资源空间数据的获取、分析、管理、模拟、显示等方面GIS技术发挥了重要的作用。

1 GIS技术及特点

随着计算机技术、遥感技术、地理科学及信息科学的发展状况而产生了GIS，该系统能够实现相关数据的采集、管理和分析功能，并形成可视化输出。GIS技术的核心是对空间数据进行相应的处理与分析的空间数据管理子系统，该空间数据的主要来自于数据的统计、遥感图像数据和实测数据等。GIS技术具有管理、处理海量数据能力、能够实现数据的提取、转化及编辑功能，进行数据集成、重构和转换等工作，可以对相应数据信息进行检索与查询，实现空间操作并对此进行相应地分析，输出检测结果，更新数据等[1]。

2 GIS技术在水文水资源领域的主要运用

2.1 水资源开发与管理规划方面的运用

目前，我国已经逐渐建立了相当多有效地GIS水资源管理系统，不仅应用于地表水的调查过程中，而且通过科学合理的手段对开发地下水进行高效地调查、精确地分析，对水资源做出科学合理的规划、使其充分利用。由于GIS系统能够明确显示个地区的水环境状况及质量变化趋势，且水资源的分布、蓄量、需求、后期预测等都与地理位置有关，所以通过GIS技术可以检测流域内水资源分布和蓄量、查询和管理水资源与人口分布和社会经济关系、对河段上下游水质空间进行分析并找出污染源，从而规划水资源的应用。

2.2 地下水资源勘查方面的运用

对于水资源科学合理地开采、规划以及管理而言，地下水资源的勘查是非常重要的一个环节。其目的主要是勘察清楚该区域内主要含水层的空间、地质分布结构以及含水层的导水性、每个含水层之间的水力联系和含水层边界等特性。对于在地表水资源的空间分布和配置这两个层面来说，运用GIS技术能够比较全面地快速地掌握地表水的补给、地下水的埋深和蕴藏量等相关信息。以此运用相对比较准确的空间数据和成果细化模型来反映该区域内地下水资源的结构特性和其规律，进而为地下水资源的充分合理采用、布局规划与管理提供了科学全面的决策支撑，使得地下水资源管理越来越规范。此外，在地下水资源勘查方面，GIS主要是用于建立有关水文水资源地质结构资料、地下水动态资料以及开发状况等方面的空间数据库系统，而且运用此软件可以对相应的数据进行有效地检索、查询与分析，对地下水动态的发展走向做出科学合理的推测，进而可以对地下水资源规划管理的空间起到决策作用[2]。

2.3 流域面雨量计算方面的运用

流域面雨量为水资源管理、城市供水、防汛抗洪、水库调度等的决策起到辅助支持，且其在水文水资源管理中是一个必不可少的参数，测算流域面雨量经常运用的有逐步订正格点法、泰森多边形法、三角形法、算术平均法、等雨量线法等多种算法，但是实践证明，流域内站网密度影响流域面雨量的计算精确程度，即随着站网密度越大，精度就越高。也就是说，这些计算方法都是要在一定条件下才能更加准确地计算面雨量。而为了弥补这些传统方法在计算上的缺陷，GIS逐渐被运用到流域面雨量计算中，例如：大连理工大学为了解决传统计算方法所存在的缺陷，便对模糊优选神经网络和GIS技术流域面流量智能预报模型进行了分析与研究，GIS相对比较有效率、预测结果都比较精确，从而说明了利用GIS技术对流域面雨量计算的准确性和先进性。利用GIS技术是在不受主观因素的影响、数据数量限制的情况下计算流域面雨量的，从而这样在很大程度上提升了此区域边界分析的质量。

2.4 水文模拟方面的运用

在水文模拟方面，很多参数与地理结构信息相关，如流域的河长、坡度、宽度和土地的利用面积等，为了能够更准确地利用地理信息对水文水资源进行模拟，可以基于GIS数字地形模型与高度模型，在此基础上建立流域水文信息参数的数字化模拟系统。从而GIS技术将从此系统中提取的流域特性与传统水文模型相结合，实现流域水文模型的模拟。

在GIS流域水文模拟方面有相当多的模型被应用，但是通过运用GIS进行对水文模拟的常见模型主要有：

（1）GIS分布式流域水文物理模型。基于GIS数字地形和数字高程系统建立了该模型，其主要用于模拟较小流域的降雨径流时空变化过程。（2）GIS动态分布式降雨径流域模型。建立此模型的目的是为了能够详细地分析降雨量及下垫面空间分布的不均衡性这两方面的因素对径流的影响。所以，运用GIS技术建立了一个动态分布式降雨径流的流域模型，此模型的主

要用途是对破面产汇流与河道汇流的数据模拟。（3）参考作物蒸散量的分布式模型。此模型是在DEM的基础上建立的，主要考虑到流域空间的不确定性[3]。

2.5 水文模拟与信息查询方面的运用

（1）实现水情信息检索与空间信息分析功能。以数字化电子地图为主要背景的水文情报预报系统，通过运用GIS技术对水情信息进行相应的检索、查询、分析与预算，从而实现预报的效果。（2）分布式水文模型的开发。通过利用GIS技术对地理信息空间分布提供相对比较详细的分析资料，并根据流域下垫面的地理条件和数值分析，对达到流域满足分辨率要求的情况进行区分，并要充分考虑一些因素的不均匀分布状况，如空间内降雨、下垫面等。（3）确定流域水文模型参数。该模型的主要参数有：该流域内河道的长度坡度、流域的坡度、重心等。这些参数都与流域的地理结构信息有关，并且能够直接通过GIS技术来对所有的地理结构信息分析确定，而且GIS也可以间接的计算流域地貌单位线、流域下渗能力等地理信息。除此之外，可以通过利用GIS的数据编辑和处理功能，有效快速地处理流域的特征参数。并且通过其图形处理能力可以将流域内几乎所有的特征用图形完全显示出来。

在水文模拟分析方面，GIS技术主要作用是为水文模型输入数据作好充分准备，为地下水模型的有限元格网设计、模拟结果的可视化分析和最后结果的输出提供科学依据[4]。

2.6 防洪预警及洪水预报管理方面的运用

将GIS技术和实时水雨情信息数据库有机联接，并将此技术与图像处理、航空摄影和遥感等技术相衔接，可以实现对河道和水库的水位、遥测站运行故障等实时水情在电子地图上及时报警。同时也可以运用GIS技术与水文和水力学模型相结合来预测洪水淹没范围。如当某水库水位超出定义的不同等级水位时，那么电子地图上相应的水库立即变化相对应等级的颜色，并报警；同时可以根据自身的需求和地理条件设置报警方式，如：手机短信报警、声音报警等。在洪水预报管理方面，可以通过利用GIS空间分析扩展模板来剖析流域地形特征，获取相关数值，此数值将会作为地表径流模型的输入参数。将此模型的计算结果与河道断面信息结合，运用到水力模型中，就能预测该区域的水深。并将此水深输入到GIS中，就能预测出洪水淹没范围。再根据其他专题图和淹没范围图进行整理分析，从而推测出洪水可能造成的影响，便于采取预防措施。

3 结语

在水文水资源的运用中，GIS为水文水资源的开采、运用和保护提供了科学、合理、有效的依据。GIS地理信息系统的应用为水文水资源应用科学的起到了推动作用。

参考文献：