暢成喜（黃河水利委員會上游水文水資源局，甘肅蘭州 730030）

GIS技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中的有效運用

暢成喜
（黃河水利委員會上游水文水資源局，甘肅蘭州 730030）

地理信息系統(tǒng)（GIS）是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的空間數(shù)據(jù)分析、處理為一體的地理信息系統(tǒng)。本文主要介紹GIS在水文水資源領(lǐng)域中六方面的主要運用：水資源方面、地下水資源勘查方面、流域面雨量計算方面、水文模擬方面、水文模擬與信息查詢、防洪預(yù)警及洪水預(yù)報管理方面。

GIS技術(shù) 水文水資源 運用地理信息系統(tǒng)（GIS）是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的空間數(shù)據(jù)分析、處理為一體的地理信息系統(tǒng)。由于GIS技術(shù)的空間特性、對于水資源的管理與處理能力以及水的時空分布特性，在流域水資源空間數(shù)據(jù)的獲取、分析、管理、模擬、顯示等方面GIS技術(shù)發(fā)揮了重要的作用。

1　GIS技術(shù)及特點

隨著計算機技術(shù)、遙感技術(shù)、地理科學(xué)及信息科學(xué)的發(fā)展狀況而產(chǎn)生了GIS，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、管理和分析功能，并形成可視化輸出。GIS技術(shù)的核心是對空間數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理與分析的空間數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)，該空間數(shù)據(jù)的主要來自于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、遙感圖像數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)等。GIS技術(shù)具有管理、處理海量數(shù)據(jù)能力、能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的提取、轉(zhuǎn)化及編輯功能，進行數(shù)據(jù)集成、重構(gòu)和轉(zhuǎn)換等工作，可以對相應(yīng)數(shù)據(jù)信息進行檢索與查詢，實現(xiàn)空間操作并對此進行相應(yīng)地分析，輸出檢測結(jié)果，更新數(shù)據(jù)等［1］。

2　GIS技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域的主要運用

2.1水資源開發(fā)與管理規(guī)劃方面的運用

目前，我國已經(jīng)逐漸建立了相當多有效地GIS水資源管理系統(tǒng)，不僅應(yīng)用于地表水的調(diào)查過程中，而且通過科學(xué)合理的手段對開發(fā)地下水進行高效地調(diào)查、精確地分析，對水資源做出科學(xué)合理的規(guī)劃、使其充分利用。由于GIS系統(tǒng)能夠明確顯示個地區(qū)的水環(huán)境狀況及質(zhì)量變化趨勢，且水資源的分布、蓄量、需求、后期預(yù)測等都與地理位置有關(guān)，所以通過GIS技術(shù)可以檢測流域內(nèi)水資源分布和蓄量、查詢和管理水資源與人口分布和社會經(jīng)濟關(guān)系、對河段上下游水質(zhì)空間進行分析并找出污染源，從而規(guī)劃水資源的應(yīng)用。

2.2地下水資源勘查方面的運用

對于水資源科學(xué)合理地開采、規(guī)劃以及管理而言，地下水資源的勘查是非常重要的一個環(huán)節(jié)。其目的主要是勘察清楚該區(qū)域內(nèi)主要含水層的空間、地質(zhì)分布結(jié)構(gòu)以及含水層的導(dǎo)水性、每個含水層之間的水力聯(lián)系和含水層邊界等特性。對于在地表水資源的空間分布和配置這兩個層面來說，運用GIS技術(shù)能夠比較全面地快速地掌握地表水的補給、地下水的埋深和蘊藏量等相關(guān)信息。以此運用相對比較準確的空間數(shù)據(jù)和成果細化模型來反映該區(qū)域內(nèi)地下水資源的結(jié)構(gòu)特性和其規(guī)律，進而為地下水資源的充分合理采用、布局規(guī)劃與管理提供了科學(xué)全面的決策支撐，使得地下水資源管理越來越規(guī)范。此外，在地下水資源勘查方面，GIS主要是用于建立有關(guān)水文水資源地質(zhì)結(jié)構(gòu)資料、地下水動態(tài)資料以及開發(fā)狀況等方面的空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，而且運用此軟件可以對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行有效地檢索、查詢與分析，對地下水動態(tài)的發(fā)展走向做出科學(xué)合理的推測，進而可以對地下水資源規(guī)劃管理的空間起到?jīng)Q策作用［2］。

2.3流域面雨量計算方面的運用

流域面雨量為水資源管理、城市供水、防汛抗洪、水庫調(diào)度等的決策起到輔助支持，且其在水文水資源管理中是一個必不可少的參數(shù)，測算流域面雨量經(jīng)常運用的有逐步訂正格點法、泰森多邊形法、三角形法、算術(shù)平均法、等雨量線法等多種算法，但是實踐證明，流域內(nèi)站網(wǎng)密度影響流域面雨量的計算精確程度，即隨著站網(wǎng)密度越大，精度就越高。也就是說，這些計算方法都是要在一定條件下才能更加準確地計算面雨量。而為了彌補這些傳統(tǒng)方法在計算上的缺陷，GIS逐漸被運用到流域面雨量計算中，例如：大連理工大學(xué)為了解決傳統(tǒng)計算方法所存在的缺陷，便對模糊優(yōu)選神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和GIS技術(shù)流域面流量智能預(yù)報模型進行了分析與研究，GIS相對比較有效率、預(yù)測結(jié)果都比較精確，從而說明了利用GIS技術(shù)對流域面雨量計算的準確性和先進性。利用GIS技術(shù)是在不受主觀因素的影響、數(shù)據(jù)數(shù)量限制的情況下計算流域面雨量的，從而這樣在很大程度上提升了此區(qū)域邊界分析的質(zhì)量。

2.4水文模擬方面的運用

在水文模擬方面，很多參數(shù)與地理結(jié)構(gòu)信息相關(guān)，如流域的河長、坡度、寬度和土地的利用面積等，為了能夠更準確地利用地理信息對水文水資源進行模擬，可以基于GIS數(shù)字地形模型與高度模型，在此基礎(chǔ)上建立流域水文信息參數(shù)的數(shù)字化模擬系統(tǒng)。從而GIS技術(shù)將從此系統(tǒng)中提取的流域特性與傳統(tǒng)水文模型相結(jié)合，實現(xiàn)流域水文模型的模擬。

在GIS流域水文模擬方面有相當多的模型被應(yīng)用，但是通過運用GIS進行對水文模擬的常見模型主要有：

（1）GIS分布式流域水文物理模型。基于GIS數(shù)字地形和數(shù)字高程系統(tǒng)建立了該模型，其主要用于模擬較小流域的降雨徑流時空變化過程。（2）GIS動態(tài)分布式降雨徑流域模型。建立此模型的目的是為了能夠詳細地分析降雨量及下墊面空間分布的不均衡性這兩方面的因素對徑流的影響。所以，運用GIS技術(shù)建立了一個動態(tài)分布式降雨徑流的流域模型，此模型的主要用途是對破面產(chǎn)匯流與河道匯流的數(shù)據(jù)模擬。（3）參考作物蒸散量的分布式模型。此模型是在DEM的基礎(chǔ)上建立的，主要考慮到流域空間的不確定性［3］。

2.5水文模擬與信息查詢方面的運用

（1）實現(xiàn)水情信息檢索與空間信息分析功能。以數(shù)字化電子地圖為主要背景的水文情報預(yù)報系統(tǒng)，通過運用GIS技術(shù)對水情信息進行相應(yīng)的檢索、查詢、分析與預(yù)算，從而實現(xiàn)預(yù)報的效果。（2）分布式水文模型的開發(fā)。通過利用GIS技術(shù)對地理信息空間分布提供相對比較詳細的分析資料，并根據(jù)流域下墊面的地理條件和數(shù)值分析，對達到流域滿足分辨率要求的情況進行區(qū)分，并要充分考慮一些因素的不均勻分布狀況，如空間內(nèi)降雨、下墊面等。（3）確定流域水文模型參數(shù)。該模型的主要參數(shù)有：該流域內(nèi)河道的長度坡度、流域的坡度、重心等。這些參數(shù)都與流域的地理結(jié)構(gòu)信息有關(guān)，并且能夠直接通過GIS技術(shù)來對所有的地理結(jié)構(gòu)信息分析確定，而且GIS也可以間

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接的計算流域地貌單位線、流域下滲能力等地理信息。除此之外，可以通過利用GIS的數(shù)據(jù)編輯和處理功能，有效快速地處理流域的特征參數(shù)。并且通過其圖形處理能力可以將流域內(nèi)幾乎所有的特征用圖形完全顯示出來。

在水文模擬分析方面，GIS技術(shù)主要作用是為水文模型輸入數(shù)據(jù)作好充分準備，為地下水模型的有限元格網(wǎng)設(shè)計、模擬結(jié)果的可視化分析和最后結(jié)果的輸出提供科學(xué)依據(jù)［4］。

2.6防洪預(yù)警及洪水預(yù)報管理方面的運用

將GIS技術(shù)和實時水雨情信息數(shù)據(jù)庫有機聯(lián)接，并將此技術(shù)與圖像處理、航空攝影和遙感等技術(shù)相銜接，可以實現(xiàn)對河道和水庫的水位、遙測站運行故障等實時水情在電子地圖上及時報警。同時也可以運用GIS技術(shù)與水文和水力學(xué)模型相結(jié)合來預(yù)測洪水淹沒范圍。如當某水庫水位超出定義的不同等級水位時，那么電子地圖上相應(yīng)的水庫立即變化相對應(yīng)等級的顏色，并報警；同時可以根據(jù)自身的需求和地理條件設(shè)置報警方式，如：手機短信報警、聲音報警等。在洪水預(yù)報管理方面，可以通過利用GIS空間分析擴展模板來剖析流域地形特征，獲取相關(guān)數(shù)值，此數(shù)值將會作為地表徑流模型的輸入?yún)?shù)。將此模型的計算結(jié)果與河道斷面信息結(jié)合，運用到水力模型中，就能預(yù)測該區(qū)域的水深。并將此水深輸入到GIS中，就能預(yù)測出洪水淹沒范圍。再根據(jù)其他專題圖和淹沒范圍圖進行整理分析，從而推測出洪水可能造成的影響，便于采取預(yù)防措施。

3　結(jié)語

在水文水資源的運用中，GIS為水文水資源的開采、運用和保護提供了科學(xué)、合理、有效的依據(jù)。GIS地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用為水文水資源應(yīng)用科學(xué)的起到了推動作用。

［1］梁永萬.GIS在水文水資源研究領(lǐng)域中的應(yīng)用分析［J］.信息技術(shù)，2012（22）：125.

［2］趙娟.GIS技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望［J］.吉林水利，2014（10）：46.

［3］王華月.基于GIS技術(shù)的水文水資源應(yīng)用研究［J］.氣象水文海洋儀器，2014（4）：27.

［4］王宏彥，崔麗潔.GIS技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用［J］.東北水利水電，2002（10）：38.