趙一敏

(河北張家口水文水資源勘測(cè)局，河北 張家口 075000)

GIS在水文水資源領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展

趙一敏

(河北張家口水文水資源勘測(cè)局，河北 張家口 075000)

GIS技術(shù)是管理以及研究水文空間數(shù)據(jù)十分重要的應(yīng)用系統(tǒng)，可以使用圖形、地圖以及數(shù)據(jù)的形式直接快速滿足以及得到需要的信息以及結(jié)果，直接推動(dòng)著我國(guó)水文水資源領(lǐng)域的研究以及開發(fā)工作。文章主要論述了GIS技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域之中應(yīng)用以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

GIS技術(shù)；水文水資源；環(huán)境管理；應(yīng)用

0 引 言

GIS的中文全稱是地理信息系統(tǒng)，在當(dāng)前的應(yīng)用及其廣泛，其主要特點(diǎn)是有著極強(qiáng)的數(shù)據(jù)管理能力以及便捷的空間數(shù)據(jù)綜合功能，所以大到政府的宏觀決策小到城市建設(shè)之中都有利用。因?yàn)槲覈?guó)地域遼闊，在夏季會(huì)受到亞熱帶季風(fēng)氣候的影響，往往導(dǎo)致南澇北旱，同時(shí)我國(guó)也存在著水資源嚴(yán)重不足的問(wèn)題，因此就要求有一個(gè)系統(tǒng)的治水方法，可以有效解決當(dāng)前水資源的問(wèn)題。因?yàn)镚IS技術(shù)的發(fā)展，不僅僅推動(dòng)了我國(guó)水利事業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也對(duì)水文資源產(chǎn)生重要的影響。

1 GIS在水文水資源中的應(yīng)用

GIS技術(shù)在水文水資源之中具有廣泛的應(yīng)用，下面就對(duì)在具體領(lǐng)域之中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

1.1 水文情報(bào)預(yù)報(bào)以及防洪減災(zāi)

GIS技術(shù)具有較好的數(shù)據(jù)整合能力，那么就便于水文情報(bào)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及應(yīng)用，使用GIS技術(shù)將會(huì)實(shí)現(xiàn)大范圍之內(nèi)水文信息的提取、整合以及編輯，可以有效地預(yù)報(bào)后期的水文資源。GIS技術(shù)的作用還表現(xiàn)在可以準(zhǔn)確確定模型的參數(shù)，對(duì)于參與數(shù)據(jù)以及模型設(shè)計(jì)的精確度有效提升，加大推進(jìn)水文模型的開發(fā)質(zhì)量。值得一提的是應(yīng)用數(shù)字高程模型，可以將水力學(xué)模型融合，那么就會(huì)處于客觀的角度對(duì)水文信息進(jìn)行高效的檢測(cè)[1]。并且GIS技術(shù)可以為水文情報(bào)預(yù)報(bào)提供相當(dāng)重要的資料，對(duì)于促進(jìn)各方面技術(shù)的發(fā)展就具有積極的影響，GIS技術(shù)也在眾多骨干河道以及大中型水庫(kù)的洪水預(yù)報(bào)方案的編制之中以及應(yīng)用過(guò)程之中獲得了較好的效果，因?yàn)樗乃Y源的優(yōu)勢(shì)，國(guó)家防汛指揮系統(tǒng)編制了一套全國(guó)余量等值線圖軟件，有效實(shí)現(xiàn)了我國(guó)中小河流治理水文站點(diǎn)的布置。某地GIS在防洪減災(zāi)之中的應(yīng)用見圖1。

圖1 某地GIS在防洪減災(zāi)之中的應(yīng)用

1.2 對(duì)水資源的開發(fā)

在進(jìn)行地表水資源空間分布調(diào)查之時(shí)，通常水文部門大多使用GIS技術(shù)，應(yīng)用此技術(shù)可以更加精確以及高效的調(diào)查地表水資源[2]。并且不僅僅對(duì)于地表水進(jìn)行調(diào)查，并且對(duì)于地下水也可以進(jìn)行高效的調(diào)查。GIS技術(shù)可以科學(xué)的對(duì)大量級(jí)的開采地下水進(jìn)行分析，并且做好地下水資源的保護(hù)工作。

1.3 在水土保持中的應(yīng)用

我國(guó)在進(jìn)行了多年的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，對(duì)于生態(tài)環(huán)境也產(chǎn)生了嚴(yán)重的破壞，導(dǎo)致水土流失，水土流失的種類比較多，主要包括有水蝕、風(fēng)蝕以及凍融侵蝕等。水土流失還會(huì)導(dǎo)致泥石流、滑坡等次生災(zāi)害的發(fā)生。進(jìn)入新時(shí)期以來(lái)，我國(guó)投入了大量的精力和技術(shù)在治理水土流失上，在我國(guó)的兩條母親河長(zhǎng)江和黃河兩岸進(jìn)行治理工程，在一些水體流失較為嚴(yán)重的區(qū)域建立了監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，使用遙感以及GIS技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)管理，重點(diǎn)使用GIS技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)以及在第一時(shí)間作出分析，那么這樣給治理水土流失提供了便捷。

1.4 在區(qū)域水資源管理之中的應(yīng)用

以GIS技術(shù)為導(dǎo)向建立水資源管理信息系統(tǒng)，可以在第一時(shí)間為水資源管理提供全面而準(zhǔn)確的信息支持[3]。我國(guó)學(xué)者就以MapInf作為開發(fā)平臺(tái)，使在我國(guó)流域之內(nèi)的全部的河流以及附近的行政區(qū)劃、水文展望以及重要城市全部納入檢測(cè)范圍，使之成為了一個(gè)有機(jī)的整體，在此基礎(chǔ)上搭建我國(guó)水文站網(wǎng)管理信息系統(tǒng)，如此提升了我國(guó)水文管理水平以及優(yōu)化水文展望。

當(dāng)前有相關(guān)的研究者對(duì)水文空間流域的信息分布式以及多級(jí)次存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，同時(shí)使用ArcSDE/ArcInf。作為GIS平臺(tái)建立數(shù)字流域空間信息系統(tǒng)將其利用在河流水資源管理之中。當(dāng)前也已經(jīng)完成了在GIS支持之下對(duì)特定河流水資源管理系統(tǒng)，那么就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于城市水資源利用的量化模擬、科學(xué)有序管理以及進(jìn)行計(jì)算。

當(dāng)前在灌區(qū)水資源管理之中同樣也廣泛使用到了GIS技術(shù)。從21個(gè)世紀(jì)70年代，美國(guó)的田納西流域管理局率先使用GIS技術(shù)處理以及分析種種流域數(shù)據(jù)，來(lái)為流域管理提供幫助，實(shí)現(xiàn)高效的管理。GIS技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，也被廣泛應(yīng)用于國(guó)外的水資源管理中。對(duì)灌區(qū)之內(nèi)的水資源進(jìn)行管理，比較先進(jìn)的是美國(guó)德克薩斯州LwerRi、GrandeValley的8個(gè)灌區(qū)已經(jīng)開發(fā)了將GIS作為基礎(chǔ)的灌區(qū)管理系統(tǒng)。

1.5 GIS在水資源在環(huán)境管理之中的應(yīng)用

1.5.1 水污染控制規(guī)劃

當(dāng)前我國(guó)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，對(duì)于水資源也產(chǎn)生一定的污染，走上了先發(fā)展后治理的歐美國(guó)家發(fā)展的老路。水污染對(duì)我國(guó)人民的生命健康安全產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，在獲得經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的實(shí)惠的同時(shí)，也飽受了因?yàn)樗廴編?lái)的痛苦，因此做好水環(huán)境的治理是當(dāng)前我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。為了更好做好水環(huán)境的保護(hù)，應(yīng)該做好水污染控制規(guī)劃。做好水污染規(guī)劃主要工作是做好總量控制。

水污染控制規(guī)劃是區(qū)域環(huán)境規(guī)劃重要組成之一，為了更好做好水污染控制規(guī)劃，其中最重要的是做好總量控制。在進(jìn)行水污染控制規(guī)劃之時(shí)，將會(huì)使用地圖形式作為存儲(chǔ)方式將功能水域單元水質(zhì)分布以及城市排污網(wǎng)分布納入存儲(chǔ)范圍。而兼容的數(shù)據(jù)庫(kù)形式存儲(chǔ)則將國(guó)民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)資料以及污染物的數(shù)量種類進(jìn)行存儲(chǔ)。GIS在某市水資源管理之中的應(yīng)用見圖2。

圖2 GIS在某市水資源管理之中的應(yīng)用

1.5.2 對(duì)水環(huán)境檢測(cè)管理的作用

在對(duì)水環(huán)境檢測(cè)管理上，甚至是環(huán)境監(jiān)測(cè)上，管理人員則都是使用GIS系統(tǒng)來(lái)查詢相關(guān)的資料，利用的是GIS技術(shù)對(duì)空間數(shù)據(jù)的分析以及管理能力。GIS系統(tǒng)會(huì)對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和管理等功能獲取與之有關(guān)的資料。這樣就可以對(duì)水質(zhì)的變化進(jìn)行詳細(xì)的解析，并且也會(huì)對(duì)水文水資源以后的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。

同時(shí)也可以對(duì)方案具體的實(shí)施效果及時(shí)掌握。一旦發(fā)生事故的話，則就可以利用該系統(tǒng)掌握事故發(fā)生之時(shí)的污染物排放情況以及當(dāng)時(shí)的水文情況，并且利用GIS系統(tǒng)及時(shí)高效地預(yù)測(cè)出污染物分布的趨勢(shì)，接著對(duì)癥下藥，依據(jù)分布的態(tài)勢(shì)制定相關(guān)的解決措施。

1.6 缺點(diǎn)

GIS技術(shù)具有一定的優(yōu)越性，比如說(shuō)極強(qiáng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理、輸出輸入的功能，然而其缺點(diǎn)也在于其工作原理是以數(shù)據(jù)作為工作的中心，所以進(jìn)行決策的能力還有待提升，導(dǎo)致出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題的原因在于GIS數(shù)據(jù)模型存在缺陷，對(duì)于地理空間的水文特征不能清晰精確地表達(dá)出來(lái)。目前使用的GIS軟件功能還不夠全面，缺少些專門進(jìn)行研究水資源的軟件，那么就要求開發(fā)者對(duì)其進(jìn)行深層次的開發(fā)。則就給使用GIS的科研人員帶來(lái)了相當(dāng)多的不便之處，對(duì)于研究成果的可靠產(chǎn)生重要的影響，而沒(méi)有辦法徹底解決水資源管理問(wèn)題。

2 發(fā)展趨勢(shì)與展望

事物發(fā)展是一個(gè)曲折變化的過(guò)程，會(huì)不斷出現(xiàn)新事物。應(yīng)用GIS將會(huì)有效提高水資源的信息管理能力，并且也促進(jìn)了水文水資源的研究工作。當(dāng)前GIS應(yīng)用以及開發(fā)之中存在著諸多的問(wèn)題，嚴(yán)重的影響到了水流運(yùn)動(dòng)、水質(zhì)的時(shí)間序列和附近空間環(huán)境的數(shù)據(jù)融合。

每一個(gè)開發(fā)單位水文的設(shè)計(jì)方式以及數(shù)據(jù)組織形式之間的差異也導(dǎo)致互動(dòng)操作難度的增加，對(duì)于大范圍建構(gòu)水資源數(shù)據(jù)模型帶來(lái)諸多的不便。在今后的發(fā)展之中，GIS的應(yīng)用以及開發(fā)如何才較好同實(shí)際需求進(jìn)行結(jié)合，有效地發(fā)揮出GIS的特點(diǎn)，這是當(dāng)前亟需解決的問(wèn)題。

2.1 繼續(xù)深入研究GIS應(yīng)用規(guī)范

在具體的操作之中，GIS的應(yīng)用以及開發(fā)通常都是每一個(gè)部門依據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)以及科研要求而進(jìn)行開發(fā)的。因?yàn)槲覈?guó)在技術(shù)規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)平臺(tái)上還需要完善，所以在信息交流以及共享上存在諸多問(wèn)題。在國(guó)內(nèi)已經(jīng)開始了行業(yè)規(guī)范的試點(diǎn)工作，但是依然存在不少的問(wèn)題，所以還需要進(jìn)行深入的GIS應(yīng)用規(guī)范的研究。

2.2 不斷完善水文水資源空間決策系統(tǒng)

近些年來(lái)GIS技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)新的發(fā)展態(tài)勢(shì)則是同常規(guī)決策支持系統(tǒng)之間進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，此系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于其具有廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)于日后的使用具有一定的推動(dòng)作用。然而，其缺點(diǎn)在于，這種開發(fā)理念在開發(fā)上存在一定的難度，要求大量的資金以及人才的投入。因此，在大范圍推廣上存在一定的問(wèn)題。當(dāng)前則是使用在一部分地區(qū)試點(diǎn)，集中力量，一步一步實(shí)施。在得到成功的經(jīng)驗(yàn)之中再進(jìn)行推廣。

依據(jù)我國(guó)水文水資源的實(shí)際來(lái)看，首先應(yīng)該在長(zhǎng)江和黃河這兩條河流建設(shè)水文水資源空間決策系統(tǒng)，而這兩條河流不管是從人文角度或者是自然角度講都是最合適的地區(qū)，同時(shí)也對(duì)未來(lái)全面加強(qiáng)水資源信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)有非比尋常的意義。

2.3 建立水文水資源空間決策支持系統(tǒng)

近些年來(lái)，出現(xiàn)了一種新型的信息系統(tǒng)--空間決策支持系統(tǒng)(SDSS)，其是在常規(guī)的決策支持系統(tǒng)以及GIS相互結(jié)合的基礎(chǔ)之上而發(fā)展起來(lái)的。因?yàn)槠溟_發(fā)的難度相對(duì)比較大，這就得需要大量的人力以及物力，務(wù)必得集中財(cái)力來(lái)充分的保障重點(diǎn)，逐步的進(jìn)行實(shí)施，在其成熟之后再加大推廣的范圍與力度。從我們國(guó)家當(dāng)前的狀況來(lái)看，黃河的水資源調(diào)度系統(tǒng)以及黃河與長(zhǎng)江的防洪決策支持系統(tǒng)更是刻不容緩，應(yīng)該優(yōu)先地進(jìn)行建立并逐步地完善。

2.4 GIS與水文水資源專業(yè)模型的融合

在當(dāng)前的一部分水文水資源的專業(yè)模型之中，盡管大部分的GIS對(duì)水文水資源信息具備了比較強(qiáng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理以及輸出輸入的功能，但是其中主要就是以數(shù)據(jù)為中心，在表達(dá)水文地理的空間、水文現(xiàn)象空間分析以及支持決策的能力方面還是相差甚遠(yuǎn)，特別是體現(xiàn)在基于RS、GIS的分布式水文的模型之中。如何將現(xiàn)有的各種計(jì)算方法以及相應(yīng)的軟件逐漸地過(guò)渡到以柵格為計(jì)算空間單元的分布式的模型之上來(lái)，充分的利用GIS的空間數(shù)據(jù)管理功能，在最大程度上來(lái)充分地實(shí)現(xiàn)水文水資源專業(yè)模型以及GIS的集成，是今后研究的重點(diǎn)。

3 結(jié) 語(yǔ)

近些年，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，直接推動(dòng)了我國(guó)水文水資源領(lǐng)域研究以及應(yīng)用的發(fā)展。當(dāng)前，我國(guó)水利工程在經(jīng)濟(jì)以及科技的推動(dòng)之下，完成了現(xiàn)代化建設(shè)，為了進(jìn)一步推動(dòng)水利工程的發(fā)展應(yīng)該繼續(xù)推動(dòng)水利工程信息化的發(fā)展。

所以，GIS將會(huì)在水文資源領(lǐng)域之中有著更加廣闊的應(yīng)用以及發(fā)展，同時(shí)將會(huì)不斷推進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。為實(shí)現(xiàn)我們的“中國(guó)夢(mèng)”而不斷奮斗。

[1]劉佳,于福亮,李傳哲,尹吉國(guó).GIS在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展[J].水電能源科學(xué),2007,25(02):20-24.

[2]張海廷.GIS在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用研究[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2013,34(03):63-66.

[3]楊云.在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展[J].黑龍江水利科技,2013，41(09):226-227.

1007-7596(2014)11-0239-03

2014-05-15

趙一敏(1980-)，男，河北蔚縣人，工程師，從事水文分析計(jì)算與水文水資源方面研究。

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