付莉

（湖南省湘潭水文水資源勘測局 湖南湘潭 411100）

基于GIS的中小河流水文監(jiān)測與預(yù)警

付莉

（湖南省湘潭水文水資源勘測局 湖南湘潭 411100）

當(dāng)前，GIS技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于中小河流領(lǐng)域，主要作用用于中小河流的監(jiān)測與預(yù)警。本文主要針對GIS技術(shù)在山洪災(zāi)害以及水資源管理上的應(yīng)用做了簡要分析，旨在表明GIS技術(shù)在中小河流水文中的發(fā)展必然性。

中小河流；監(jiān)測與預(yù)警；發(fā)展必然性

概述

地理信息系統(tǒng)（GIS），是一個當(dāng)前發(fā)展較快的一個信息科學(xué)分支，它的主要研究對象是地球的空間數(shù)據(jù)，主要研究方法是通過對地形等基礎(chǔ)資料的采集，存儲，結(jié)合數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行良好的顯示和分析。這門涉及信息技術(shù)、測繪科學(xué)、地圖科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)等綜合性的學(xué)科被廣泛應(yīng)用于資源調(diào)查、環(huán)境評估、災(zāi)害預(yù)測、國土管理、城市規(guī)劃、郵電通訊、交通運(yùn)輸、軍事公安、水利電力、公共設(shè)施管理、農(nóng)林牧業(yè)、統(tǒng)計(jì)、商業(yè)金融等幾乎所有領(lǐng)域。主要作為獲取、處理、管理和分析地理空間數(shù)據(jù)的重要工具，它與計(jì)算機(jī)地圖制圖在許多方面有相同之處，但其特色是在處理非圖形的屬性數(shù)據(jù)與分析圖形單元的拓?fù)潢P(guān)系方面具有強(qiáng)大功能，并且它所用的數(shù)據(jù)分析方法具有很強(qiáng)的專業(yè)化特征，因此已成為地理學(xué)的重要技術(shù)手段之一[1]。根據(jù)水利部印發(fā)的《全國水利信息化發(fā)展“十二五”規(guī)劃》中“水文業(yè)務(wù)管理”部分和水利部水文局編制的《中小河流供水預(yù)報(bào)及服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)指導(dǎo)意見》的要求，從水文業(yè)務(wù)管理的實(shí)際需要出發(fā)，也需要開發(fā)針對中小河流的水文監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)。面向?qū)ο蟮膅is技術(shù)可有效地發(fā)揮其作用。

1 GIS在中小河流水文監(jiān)測中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于管理領(lǐng)域已發(fā)生了翻天覆地的變化，而GIS技術(shù)的日趨成熟更給計(jì)算機(jī)在決策支持和信息管理方面提供了更為廣闊的發(fā)展空間。最近這幾年，GIS（Geography Information System）技術(shù)在水文與水資源領(lǐng)域使水利管理在辦公自動化方面產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，尤其是在中小河流監(jiān)測與預(yù)警領(lǐng)域，GIS通過強(qiáng)大的空間分析能力，監(jiān)測數(shù)據(jù)以多媒體形式呈現(xiàn)，分析結(jié)果以直觀的圖表呈現(xiàn)，提供對山洪的動態(tài)監(jiān)測、預(yù)警，水利狀況的查詢和統(tǒng)計(jì)，以及對山洪爆發(fā)模擬分析和蔓延變化趨勢分析為決策者提供有力科學(xué)依據(jù)。它通過分析信息的空間分布，監(jiān)測信息的時序變化，比較不同的空間數(shù)據(jù)集，實(shí)現(xiàn)對空間信息及其它各類信息的標(biāo)準(zhǔn)化管理與信息交換，使大量抽象、枯燥的數(shù)據(jù)變得生動、直觀和易于理解，并根據(jù)應(yīng)用目的進(jìn)行各種形式的專題表圖輸出。在此主要從以下幾個方面來綜述水文和水資源領(lǐng)域中GIS的應(yīng)用。

1.1 GIS技術(shù)獲取部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

GIS技術(shù)結(jié)合信息管理技術(shù)綜合集成屬性信息和空間信息，對數(shù)量繁多的站點(diǎn)以及河流進(jìn)行統(tǒng)一管理。中小河流河段冗長，站點(diǎn)密集，每處河段和站點(diǎn)均采用人工測繪成本將非常高，因此利用GIS強(qiáng)大的空間分析能力，從公開的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如GOOGLEEARTH中KML格式的數(shù)據(jù)，對海量的中小河流域水文一些參數(shù)進(jìn)行提取驗(yàn)證，如河道的長度、坡度、分水嶺線、土壤分布及土地利用等。在基礎(chǔ)地圖上通過坐標(biāo)將各處站點(diǎn)標(biāo)記于圖上準(zhǔn)確位置。

1.2 GIS技術(shù)與日常監(jiān)測

中小河流日常監(jiān)測結(jié)合了水文站地理位置分布、水系分布屬性、水文地質(zhì)、歷史水文數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報(bào)等眾多信息進(jìn)行了采集，可通過GIS地圖查詢水文站點(diǎn)分布、查看實(shí)時或者歷史水文數(shù)據(jù)、查看水文報(bào)警點(diǎn)地理位置、查看儀器設(shè)備的工作狀況、利用GIS技術(shù)還可通過定位跟蹤設(shè)備，在圖形上顯示跟蹤系統(tǒng)巡檢人員的巡檢路線軌跡，起到考勤和監(jiān)督的作用。

1.3 GIS技術(shù)與水資源管理

水資源管理信息系統(tǒng)（WRMIS）是緊密結(jié)合水資源空間與屬性數(shù)據(jù)庫構(gòu)建起來的用于水資源規(guī)劃與管理的一種信息系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對水資源信息的查詢檢索、綜合分析、動態(tài)預(yù)測和評價(jià)、信息輸出等功能。通過結(jié)合GIS技術(shù)對管理信息系統(tǒng)的開發(fā)，可實(shí)現(xiàn)圖形和屬性數(shù)據(jù)的雙向查詢，使水資源數(shù)據(jù)管理走向更加系統(tǒng)、科學(xué)的道路。中小河流流域水資源管理系統(tǒng)以地理信息系統(tǒng)、監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫為開發(fā)平臺，面向流域的、可視化的、動態(tài)的信息系統(tǒng)。系統(tǒng)以基礎(chǔ)地圖為背景建立流域基礎(chǔ)地理信息基礎(chǔ)庫，在空間數(shù)據(jù)庫中增加水庫、湖泊、取排水口、污染源等要素及地表水體、污染源、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等基本情況表，地表水水體監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，污染源監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，以圖管站點(diǎn)、以圖管流域，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化以圖管水。

2 GIS技術(shù)在中小河流水文分析與預(yù)警方面的應(yīng)用

2.1 GIS技術(shù)與水文模擬

GIS和水文模型的集成能提供許多傳統(tǒng)水文模型所無法提供的詳細(xì)的水資源評價(jià)信息，可最大限度地減少用戶選擇模型參數(shù)的主觀性，可節(jié)省分析時間，減少研究開支。實(shí)現(xiàn)時首先通過GIS對水文數(shù)據(jù)和相關(guān)屬性等進(jìn)行預(yù)處理，將水文計(jì)算模塊植入GIS系統(tǒng)，最后進(jìn)行模型結(jié)果的后處理，從而完成水文模擬的全過程。在中小河流水文監(jiān)測中，充分挖掘水文監(jiān)測數(shù)據(jù)的時間維度進(jìn)行河道演變模擬、水沙數(shù)值模擬、洪水模擬、降雨一徑流分析模型模擬、水污染過程模擬、水質(zhì)與生態(tài)環(huán)境綜合評價(jià)等諸多模擬動態(tài)變化過程，實(shí)現(xiàn)區(qū)域水資源的空間分析、管理模式區(qū)劃。

2.2 GIS技術(shù)與水文監(jiān)測、預(yù)警

GIS作為基礎(chǔ)平臺，充分利用查詢、分析及可視化模擬功能，并在山洪災(zāi)害的監(jiān)測評估運(yùn)行中發(fā)揮了巨大而獨(dú)特的作用。針對中小河流水勢特征，建立洪水災(zāi)害動態(tài)空間數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫集合了氣象數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等，進(jìn)行統(tǒng)一管理和維護(hù)[2]。根據(jù)氣象水文和基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)，率定水文預(yù)報(bào)模型，利用空間分析與網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)在GIS系統(tǒng)中模擬出洪峰大小和出現(xiàn)的時間。在基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)完備的情況下可根據(jù)洪水預(yù)報(bào)模型輸出的水位，基于數(shù)字高程模型計(jì)算淹沒范圍，當(dāng)達(dá)到相應(yīng)臨界值時，GIS即會產(chǎn)生預(yù)警，當(dāng)預(yù)警產(chǎn)生后，基于GIS的洪水監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)以預(yù)警方式提示防汛部門。

3 GIS技術(shù)在中小河流水文監(jiān)測中的發(fā)展趨勢

GIS技術(shù)發(fā)展至今能為水文提供很好的服務(wù)，基本能滿足用戶需求，但是隨著數(shù)據(jù)規(guī)模的愈發(fā)龐大，信息系統(tǒng)需要結(jié)合云計(jì)算，采用更復(fù)雜的計(jì)算模型，以期達(dá)到更快的預(yù)警速度，更高的預(yù)警精度。同時，GIS技術(shù)是一門與GPS、GS技術(shù)緊密相關(guān)的學(xué)科，將GIS、GPS和RS技術(shù)配合使用，借助模型的建立能很好地用于水文監(jiān)測、山洪預(yù)警和應(yīng)急事件?；凇?S”技術(shù)的模型能幫助人們了解不同參數(shù)間的相互作用，并能提供山洪動態(tài)監(jiān)測、預(yù)警、水文狀況的查詢與統(tǒng)計(jì)?！?S”技術(shù)的相互集合將會使水利行業(yè)將會走向系統(tǒng)互操作、數(shù)據(jù)多元化、系統(tǒng)模塊化、系統(tǒng)智能化、平臺網(wǎng)絡(luò)化、應(yīng)用社會化的道路。在未來的發(fā)展中，充分的發(fā)掘水文歷史數(shù)據(jù)，GIS技術(shù)將會實(shí)現(xiàn)四維GIS、時態(tài)GIS、網(wǎng)絡(luò)GIS、開放GIS[3]。

[1]吳小芳，胡月明，徐智勇，黃茂軍，賴厚貴．基于GIS的水文信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].水文，2007（8）：71～79．

[2]黃娟.基于GIS的洪災(zāi)預(yù)警與淹沒評估系統(tǒng)研究[D].南京：南京信息工程大學(xué)，2008.

[3]張弘剛，王虹，徐東晶．水文和水資源領(lǐng)域GIS應(yīng)用綜述[J].吉林地質(zhì)，2013，32（1）：129～132．

P338

A

1004-7344（2016）09-0097-01

2016-2-24

付莉（1989-），女，助理工程師，本科，水文與水資源工程專業(yè)，主要從事水文勘測工作。