張超，朱元彩，韓旭

（1.徐州市偉思水務(wù)科技有限公司，江蘇徐州，221006；2.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院信電工程學(xué)院，江蘇徐州，221116）

0 引言

水資源環(huán)境分為水文和水利兩個(gè)方面，其中水文主要是自然狀態(tài)下，水的運(yùn)動(dòng)、變化等現(xiàn)象以及與環(huán)境的相互作用，通過(guò)將GIS 用于水文管理分析，能夠提高人們對(duì)自然界中水資源及其活動(dòng)現(xiàn)象的利用效果。因此，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)深入分析該技術(shù)的應(yīng)用方法，并采取有效措施，增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用效果，促進(jìn)該領(lǐng)域的發(fā)展[1]。

1 本文應(yīng)用的背景項(xiàng)目情況

本文產(chǎn)生的項(xiàng)目背景主要涉及6 市28 個(gè)縣區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道，項(xiàng)目主要通過(guò)前期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和測(cè)量確定項(xiàng)目實(shí)施方案，收集25 個(gè)區(qū)域性骨干河道、18 座中型水庫(kù)防洪保護(hù)區(qū)DEM數(shù)據(jù)、水情和降雨、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、歷史洪災(zāi)、水庫(kù)河道斷面等數(shù)據(jù)。利用以上數(shù)據(jù)建立流域內(nèi)河道水庫(kù)一維和編制區(qū)域二維耦合模型，提取淹沒(méi)區(qū)域淹沒(méi)水深、歷時(shí)等數(shù)據(jù)繪制風(fēng)險(xiǎn)圖并對(duì)項(xiàng)目流域內(nèi)的水文水資源進(jìn)行綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，使技術(shù)人員能夠了解水庫(kù)河道等水域存在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，以利于采取相應(yīng)的防治措施，保護(hù)水域生態(tài)環(huán)境。項(xiàng)目區(qū)域處于亞熱帶季風(fēng)氣候下，項(xiàng)目流域最大橫跨在773km 左右、最大縱跨在441km 左右、流域水面積為20.24*104km2、多年平均降雨量為1080～2760mm，同時(shí)，受環(huán)境影響，流域地區(qū)存在臺(tái)風(fēng)、暴雨、洪澇等災(zāi)害多發(fā)的情況，并且高溫多雨。在項(xiàng)目運(yùn)行中，為了得到更加詳盡的流域信息，技術(shù)人員需要采用GIS 技術(shù)，來(lái)增強(qiáng)水文水資源綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)項(xiàng)目結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 水文水資源項(xiàng)目管理分析中的GIS 技術(shù)應(yīng)用

2.1 指標(biāo)體系建設(shè)

在水文水資源管理分析中，GIS 技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在項(xiàng)目指標(biāo)數(shù)據(jù)的處理、以及OWA-GIS 法分析綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)兩個(gè)方面。在此過(guò)程中需要先建立一套完善的指標(biāo)體系，為后續(xù)的指標(biāo)數(shù)據(jù)處理操作提供條件。在指標(biāo)體系建設(shè)中，技術(shù)人員需要基于現(xiàn)有的研究成果指標(biāo)[2][3]，結(jié)合GIS技術(shù)條件，來(lái)綜合考量各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)的可獲取性，然后甄選出合適的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，并采用DPSIR 模型將選定的指標(biāo)構(gòu)建成一個(gè)完整的指標(biāo)體系，保證管理分析工作的準(zhǔn)確性。為此，技術(shù)人員結(jié)合相關(guān)性較高、具有代表性、已發(fā)表的文獻(xiàn)，并從中提煉、總結(jié)出了高頻指標(biāo)，而且針對(duì)存在測(cè)量?jī)?nèi)容重疊現(xiàn)象的指標(biāo)進(jìn)行了整合，并根據(jù)現(xiàn)有的GIS 技術(shù)條件，甄選了一些代表性強(qiáng)、價(jià)值高、測(cè)量可行性高的指標(biāo)，最后基于DPRSIR 模型，利用甄選出的指標(biāo)，構(gòu)建了一個(gè)水文水資源綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理分析指標(biāo)體系。該體系主要由21 個(gè)指標(biāo)，以及驅(qū)動(dòng)力、壓力、狀態(tài)、影響、響應(yīng)這五個(gè)準(zhǔn)則層次構(gòu)成，如表1。

表1 流域水文水資源綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理分析指標(biāo)體系表

2.2 指標(biāo)數(shù)據(jù)分析處理

指標(biāo)數(shù)據(jù)的分析處理中，技術(shù)人員需要采用GIS 技術(shù)，從三維立體的角度，獲取指標(biāo)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)加以處理，得出后續(xù)OWA-GIS 法分析環(huán)節(jié)所需的指標(biāo)數(shù)據(jù)體系，增強(qiáng)水資源水文分析管理工作的準(zhǔn)確性。在此過(guò)程中，技術(shù)人員需要建立一個(gè)GIS 平臺(tái)，然后結(jié)合配套測(cè)量設(shè)施，得出該流域的地圖數(shù)據(jù)、影響數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取。在此過(guò)程中，技術(shù)人員可以采用地圖操作的形式，通過(guò)觀察GIS 平臺(tái)提供的二維、三維可視化數(shù)據(jù)展示，來(lái)全面、明確地掌握各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，同時(shí)，技術(shù)人員還要借助基于GIS 技術(shù)的多源空間數(shù)據(jù)無(wú)縫集成技術(shù)，將得出的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)格式，再采用Kriging 法進(jìn)行插值，并借助流域矢量邊界進(jìn)行裁剪。接著，選用自然間斷點(diǎn)分級(jí)法，將經(jīng)上述操作得出的指標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分級(jí)賦值，完成指標(biāo)數(shù)據(jù)分析處理環(huán)節(jié)。

2.3 準(zhǔn)則權(quán)重計(jì)算

OWA-GIS 法評(píng)估環(huán)節(jié)作為該水文水資源分析管理項(xiàng)目對(duì)GIS 技術(shù)應(yīng)用的重要體現(xiàn)，技術(shù)人員需要在該環(huán)節(jié)中準(zhǔn)則權(quán)重計(jì)算、次序權(quán)重計(jì)算這兩個(gè)主要步驟，充分發(fā)揮GIS 技術(shù)的效用，提高分析評(píng)估管理的效率和準(zhǔn)確度，增強(qiáng)項(xiàng)目落實(shí)效果。在準(zhǔn)則權(quán)重計(jì)算中，技術(shù)人員采用了專(zhuān)家打分法，基于已經(jīng)構(gòu)建完成的指標(biāo)體系，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的調(diào)查表，并邀請(qǐng)了多名業(yè)界專(zhuān)家，結(jié)合GIS 平臺(tái)所顯示的各項(xiàng)信息，進(jìn)行了調(diào)查表的填寫(xiě)。待填寫(xiě)完畢后，技術(shù)人員還要將調(diào)查得出的數(shù)據(jù)，進(jìn)行整理，并輸入相應(yīng)的綜合評(píng)價(jià)軟件（如yaahp 軟件）中，再利用軟件的群決策功能，計(jì)算出各個(gè)準(zhǔn)則指標(biāo)的權(quán)重，如表2。在此過(guò)程中綜合評(píng)價(jià)軟件主要負(fù)責(zé)應(yīng)用矩陣法，計(jì)算各個(gè)專(zhuān)家的判斷，并將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行算術(shù)平均，以獲得指標(biāo)權(quán)重值，為后續(xù)的評(píng)估環(huán)節(jié)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

表2 水文水資源分析管理項(xiàng)目的準(zhǔn)則權(quán)重計(jì)算結(jié)果表

2.4 次序權(quán)重計(jì)算

在該項(xiàng)目中，技術(shù)人員基于GIS 技術(shù)，采用了模糊量化模型，來(lái)計(jì)算次序權(quán)重。在此過(guò)程中，技術(shù)人員應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建出了GIS 水文水資源信息管理系統(tǒng)，借助“四水”循環(huán)轉(zhuǎn)化生態(tài)圈的智能感知監(jiān)測(cè)設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)、模糊量化模型，最終選定了7 種決策風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，即1000、10、3、1、0.5、0.1、0.0001，然后再借助監(jiān)測(cè)范圍全面覆蓋整體流域的GIS 水文水資源信息管理系統(tǒng)，進(jìn)行了多情境分析，增強(qiáng)了次序權(quán)重計(jì)算的準(zhǔn)確性。在計(jì)算中，設(shè)計(jì)者需要先按照指標(biāo)值的大小進(jìn)行重要性排序，設(shè)rk為重要性值，那么rk=1～21，設(shè)wk 為指標(biāo)的重要性等級(jí)，那么根據(jù)公式，其中n 為指標(biāo)數(shù)量，可以得出wk依次為21/231，20/231……1/231，最后基于此，即可計(jì)算出次序權(quán)重在各個(gè)決策風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)下的值，如表3。在次序權(quán)重值方面，α 小于1 時(shí)，可以認(rèn)定當(dāng)前水文水資源綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于可控范圍內(nèi)，α 大于1 時(shí)，則說(shuō)明該項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)危險(xiǎn)性較高，容易對(duì)流域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重、不可逆的影響[4]。

表3 項(xiàng)目流域水文水資源綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)次序權(quán)重表

2.5 OWA-GIS 評(píng)價(jià)結(jié)果

待指標(biāo)準(zhǔn)則權(quán)重與次序權(quán)重計(jì)算完畢后，技術(shù)人員還要利用遙感與地理信息系統(tǒng)結(jié)合應(yīng)用軟件（如IDRISI 軟件）中的MCE 模塊內(nèi)包含的OWA-GIS 算法，針對(duì)該項(xiàng)目流域的水文水資源綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)情況進(jìn)行分析，并將之前得出的21 個(gè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化分級(jí)賦值圖層、次序權(quán)重值導(dǎo)入到軟件中，最終得出OWA-GIS 評(píng)價(jià)結(jié)果。根據(jù)從軟件分析結(jié)果，在決策風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)為0.1 和0.0001 時(shí)，根據(jù)GIS 圖像顯示，項(xiàng)目流域的水文水資源總面積的99.99%以上處于1 級(jí)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，也就是說(shuō)流域在該決策系數(shù)下，基本上處于低風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。在系數(shù)為0.5 時(shí)，則有26.256%的流域面積處于低風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，待到系數(shù)為1 時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為3 級(jí)的流域區(qū)域，該區(qū)域面積占總面積的36.151%。當(dāng)系數(shù)為3 或10 時(shí)，項(xiàng)目流域中出現(xiàn)了面積占比0.017%的4級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，而在該系數(shù)下，決策者的態(tài)度比較悲觀，會(huì)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生重視，因此，決策風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小。當(dāng)系數(shù)為1000 時(shí)，高風(fēng)險(xiǎn)流域面積占整體比例的99.88%，決策者的態(tài)度極度悲觀，同時(shí)，對(duì)待風(fēng)險(xiǎn)也極度重視，此種情況下決策風(fēng)險(xiǎn)最小，但是由于該狀態(tài)屬于極端情況，所以決策的實(shí)效性也比較差[5]。