周野一，王 丹

（紅河州水利水電工程地質(zhì)勘察咨詢規(guī)劃研究院，云南 蒙自 661100）

0 引言

GIS 技術(shù)是一種以地理空間為基礎(chǔ)，通過地理模型分析法實(shí)時(shí)提供多種空間以及動(dòng)態(tài)地理信息的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)[1]。GIS HAWR 技術(shù)是近幾年才發(fā)展起來的空間信息分析技術(shù)，對(duì)解決資源環(huán)境問題有重要作用。美國是最早開始應(yīng)用的國家，1980 年以后，該技術(shù)逐漸被廣泛應(yīng)用于更多的領(lǐng)域，如計(jì)算機(jī)、遙感、GIS 綜合使用。GIS 技術(shù)在多領(lǐng)域被廣泛使用，主要包括水資源規(guī)劃、管理、優(yōu)化等。近年來，該項(xiàng)技術(shù)在水資源流域中展現(xiàn)了驚人的發(fā)展速度，從技術(shù)在水資源規(guī)劃、管理、優(yōu)化資源到調(diào)查、規(guī)劃、評(píng)價(jià)、管理，其中，從決策等方面是重要技術(shù)改變方法之一。如今，GIS 技術(shù)的優(yōu)勢越來越明顯，尤其在資源和環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域具有技術(shù)先導(dǎo)作用。

1 GIS 技術(shù)在水資源中的運(yùn)用

GIS 技術(shù)在水資源中的運(yùn)用主要體現(xiàn)在以下方面：水資源管理、流域面雨量計(jì)算、地下水資源勘測、水文模擬、水情預(yù)報(bào)等[2]。

1.1 水資源管理方面

GIS 技術(shù)在水資源管理上，是水資源空間分布重要方法，水資源空間分布和調(diào)配，主要是地下水資源。大量研究表明：GIS 技術(shù)在水資源管理上，科學(xué)規(guī)劃水資源空間分布和調(diào)配，為實(shí)現(xiàn)技術(shù)在地下水源管理上行之有效，組建規(guī)模為根本，效果顯著[3]。在GIS 基礎(chǔ)上成立水資源管理信息系統(tǒng)，能夠?yàn)樗Y源管理提供快速且全面的信息支持。上述研究建立系統(tǒng)，目的是改善我國水資源不合理應(yīng)用情況，同時(shí)促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，成為研究的史無前例的典范。

目前，我國的GIS 水資源管理信息系統(tǒng)水平較高，與國外先進(jìn)國家進(jìn)行對(duì)比，沒有太大差異，主要具備以下特點(diǎn)：基礎(chǔ)電子地圖基數(shù)數(shù)據(jù)高，系統(tǒng)數(shù)據(jù)分布全；專業(yè)電子地圖是數(shù)字化與HAWR 專業(yè)地理數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)相融合的，專業(yè)電子地圖詳細(xì)使用，信息領(lǐng)域更為專業(yè)精細(xì)；遙感信息庫和基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)完滿結(jié)合再到解譯步驟得出眼科測試數(shù)據(jù)；屬性數(shù)據(jù)看對(duì)分區(qū)查詢對(duì)象書記描述，在GIS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中具有基礎(chǔ)屬性；軟件系統(tǒng)為基于上述的基礎(chǔ)和專業(yè)電子地圖、遙感信息庫、屬性數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，運(yùn)用GIS 水資源管理信息系統(tǒng)開發(fā)與水資源管理有關(guān)的其他軟件系統(tǒng)。同時(shí)軟件系統(tǒng)中包含管理空間和屬性數(shù)據(jù)，包括兩者相互結(jié)合管理信息等。

1.2 流域面雨量計(jì)算方面

流域面雨量在HAWR 管理中具有重要作用，江河流域面雨量分為小雨、中雨、大雨、暴雨和大暴雨等六個(gè)等級(jí)，有助于相關(guān)部門及時(shí)采取正確措施。計(jì)算流域面雨量的方法有多種，面雨量指描述整個(gè)區(qū)域或流域內(nèi)單位面積上的平均降水量的物理量，以客觀反映降水情況，常見計(jì)算方法有算術(shù)平均法、等值線法等。大量數(shù)據(jù)證實(shí)，要準(zhǔn)確計(jì)算面雨量，必須根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的計(jì)算方法，可每種方法均具有局限性[4]?？偟膩碚f，面雨量精度計(jì)算受各方面影響，根據(jù)不同需求進(jìn)行針對(duì)性應(yīng)用科學(xué)合理適宜的方法是關(guān)鍵。本文所講面雨量受多種因素影響，如地形、測站分布地區(qū)、流域內(nèi)站網(wǎng)密度、面積等。在流域內(nèi)站網(wǎng)密度干擾下，內(nèi)站網(wǎng)密度和精度成正比。在地形平坦、流域面積小、測站分布均勻的情況下適合使用算術(shù)平均法面雨量測量是更為實(shí)用有效的方法。等雨量線法精度上來說占據(jù)優(yōu)勢，但實(shí)操性不強(qiáng)，技術(shù)領(lǐng)域理解晦澀難懂，操作時(shí)需有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐和對(duì)數(shù)據(jù)的理解分析能力，具備復(fù)雜性特點(diǎn)，無法便捷應(yīng)用到日常生活中。個(gè)點(diǎn)法操作上也是很難實(shí)施的，同時(shí)成效性不強(qiáng)，雖然能反映降水連續(xù)性，都不是最佳的方法。

將GIS 技術(shù)運(yùn)用在流域面雨量計(jì)算中，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法沒有的部分，流域面雨量的計(jì)算主要是為各級(jí)政府組織防汛抗洪和水庫等決策提供依據(jù)，幫助水利部門提供洪水預(yù)報(bào)參數(shù)，而GIS技術(shù)可借助防汛決策支持系統(tǒng)展開災(zāi)情評(píng)估與洪澇災(zāi)情風(fēng)險(xiǎn)分析，從此證明GIS 的面流量計(jì)算方法行之有效。

用GIS 技術(shù)對(duì)降雨量分布數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不僅有助于提高工作效率，獲得令人滿意的效果，同時(shí)與其他技術(shù)相比，GIS 不會(huì)受人為因素干擾，也不受數(shù)據(jù)量限制，進(jìn)而提升工作質(zhì)量。

1.3 地下水資源勘測方面

地下水資源主要指存在地下能夠被人類利用的水資源，是全球水資源的重要組成部分，且同地表水資源和大氣水資源有緊密聯(lián)系，可相互轉(zhuǎn)化，對(duì)其進(jìn)行勘察有助于評(píng)價(jià)水質(zhì)和水量，除此之外還包含水層之間水力聯(lián)系，同時(shí)包含水層邊界等特征[5]。

運(yùn)用GIS 技術(shù)在地下水資源空間分布以及調(diào)配兩方面，通過對(duì)地下水埋深、地表水供給、儲(chǔ)藏量等信息，獲取空間數(shù)據(jù)和建立成果細(xì)化模型，明確放映區(qū)域地下水資源一般特點(diǎn)規(guī)律，在進(jìn)行地下水資源規(guī)劃、管理、保護(hù)、開發(fā)時(shí)更具備科學(xué)合理和全面決策做有力依據(jù)，從而對(duì)地下水資源進(jìn)行規(guī)范化管理，確保實(shí)施的有效性。

GIS 技術(shù)地下水資源應(yīng)用是指獲取水文地質(zhì)一般資料、地下水動(dòng)態(tài)資料和水開采情況等空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)軟件系統(tǒng)，能夠可視化查詢與檢索某些數(shù)據(jù)，預(yù)測地下水資源的管理情況。

1.4 水文模擬方面

GIS 技術(shù)在水文模擬方面應(yīng)用，主要靠模擬：GIS 數(shù)字地形和數(shù)字高程根本，建立流域水文信息參數(shù)數(shù)字化系統(tǒng)。GIS 經(jīng)過明確流域特點(diǎn)和傳統(tǒng)水文模型融合，應(yīng)用流域水文模擬在現(xiàn)實(shí)生活中。

GIS 技術(shù)在水文模擬方面采取多種水文模型，主要包括TOPMODEL、IHDM、SHE、不規(guī)則三角形網(wǎng)格模型等[6]。其中，在水文模擬方面，不規(guī)則三角網(wǎng)格完全分布方式成為最常見的應(yīng)用方式，主要原因是僅有5%～10%的原始棚格節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，主要用于描述流域地形水文特征。

能夠通過GIS 技術(shù)和水文模擬模型的關(guān)系如下：GIS 動(dòng)態(tài)分布降雨徑流流域、GIS 分布式流域水文物理、參考作物蒸散量分布式、變動(dòng)生態(tài)產(chǎn)流。

1.4.1 GIS 動(dòng)態(tài)分布式降雨徑流域模型

GIS 動(dòng)態(tài)分布式降雨徑流域模型是在GIS 技術(shù)基礎(chǔ)上成立的，重點(diǎn)分析降雨、下墊面空間分布不均勻性徑流過程干擾因素。所以，借助GIS 技術(shù)成立動(dòng)態(tài)分布式降雨徑流模板是針對(duì)坡面產(chǎn)匯流和河道匯流數(shù)值模擬。

1.4.2 GIS 分布式流域模型水文模型

GIS 分布式流域模型，水文模型基礎(chǔ)是GIS 技術(shù)數(shù)字地形和高程系統(tǒng)，主要應(yīng)用在不大流域降雨徑流時(shí)空變化期間。

1.4.3 參考作物蒸散量分布式模型

參考作物蒸散量分布式模型基礎(chǔ)是DEM 的成立，同時(shí)在次基礎(chǔ)上考慮變異性流域空間。

1.4.4 變態(tài)生態(tài)產(chǎn)業(yè)流模型

LL—I 分布式降雨徑流模型展開變動(dòng)生態(tài)產(chǎn)業(yè)流模型，可提升模擬預(yù)報(bào)精準(zhǔn)度，適合各種各樣的具備水文特點(diǎn)地區(qū)產(chǎn)匯流計(jì)算。

1.5 水情預(yù)報(bào)方面

GIS 技術(shù)在水情預(yù)報(bào)應(yīng)用方面總的主要概況為查詢水情和分析空間信息、確定流域水文模型參數(shù)。運(yùn)用GIS 技術(shù)聯(lián)合查詢水情信息與對(duì)空間信息展開分析，對(duì)此分析管理數(shù)據(jù)庫技術(shù)、背景是數(shù)值化地圖，目的是實(shí)現(xiàn)以下信息：檢索水情、查詢水情、分析水情、計(jì)算水情。確定流域水文模型參數(shù)主要包括對(duì)以下有關(guān)地理信息確定分析：河道和流域的坡度長度以及重心等。除此之外，GIS 地理信息不直接通過分析計(jì)算流域地貌單位線、流域下滲能力等。

1.6 水污染控制策劃

區(qū)域環(huán)境策劃重要組成部分為水污染控制關(guān)鍵，因?yàn)榭茖W(xué)有效水污染控制可以改善當(dāng)下生活、工業(yè)廢水污染、河流污染等水質(zhì)量污染問題。水污染控制中最主要內(nèi)容為總量控制，是從根本上解決水污染問題[7]。

有效規(guī)劃水污染控制包括了以下形式的儲(chǔ)存管理內(nèi)容：地圖和可用兼容數(shù)據(jù)庫。地圖形式存儲(chǔ)管理分布包括：每個(gè)功能區(qū)水域單元水質(zhì)、城市排污管網(wǎng)?？捎眉嫒輸?shù)據(jù)庫形式存儲(chǔ)管理包括：居民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)情況、污染物種類及數(shù)量。

以下是在GIS 技術(shù)基礎(chǔ)上區(qū)域水污染控制預(yù)案：水污染控制規(guī)劃對(duì)象→水污染控制規(guī)劃數(shù)據(jù)→（數(shù)據(jù)庫及管理信息系統(tǒng)、水污染控制規(guī)劃模型庫）→面向用戶的信息系統(tǒng)→用戶所需要的數(shù)據(jù)、圖表信息→（數(shù)據(jù)庫及管理信息系統(tǒng)、水污染控制規(guī)劃模型庫）。

1.7 供水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)

現(xiàn)階段開發(fā)供水管網(wǎng)GIS 應(yīng)用開發(fā)程序的方法為獨(dú)立、單獨(dú)和集成的二次開發(fā)。單獨(dú)開發(fā)是獨(dú)立完成應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，不會(huì)依賴GIS 工具軟件。單獨(dú)二次開發(fā)是全部憑借GIS 工具軟件完成語言開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)，集成再次開發(fā)是不僅應(yīng)用了GIS 工具軟件還包括可視化開發(fā)平臺(tái)，兩者聯(lián)合應(yīng)用程序開發(fā)商可使功能強(qiáng)大，進(jìn)行結(jié)合二次開發(fā)。

集成地圖技術(shù)的應(yīng)用是指在傳統(tǒng)與高級(jí)語言介入后完成GIS 軟件開發(fā)。實(shí)現(xiàn)城市供水管網(wǎng)功能包括信息查詢、編輯、有關(guān)水利計(jì)算以及優(yōu)化選泵等。積累與分析系統(tǒng)運(yùn)行資料，科學(xué)有效規(guī)劃改造管網(wǎng)和泵站提供依據(jù)、建設(shè)改造投資。采用調(diào)度系統(tǒng)分析用水供給關(guān)系，制度合理供水配泵方案。

1.8 管理水環(huán)境

水環(huán)境信息具備顯著的空間與層次特性，GIS 可明確展現(xiàn)不同地域水域環(huán)境，反應(yīng)水體環(huán)境質(zhì)量空間的變化方向。水環(huán)境管理信息系統(tǒng)由4 個(gè)基本功能組成，包括：水環(huán)境監(jiān)測、水環(huán)境分析管理、有關(guān)規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)、水環(huán)境輔助決策[8]。每級(jí)信息系統(tǒng)按照自身通過增添與之匹配的功能模塊。

GIS 水資源信息管理能夠明顯提升工作效率水平，具體表現(xiàn)為信息有效集成、方便、可視、行政管理部門全面介入、二次專業(yè)開發(fā)接口。GIS 成立優(yōu)質(zhì)的水資源管理系統(tǒng)、分析水資源系統(tǒng)模擬以及輔助決策支持。

1.9 防洪減災(zāi)

現(xiàn)在GIS 技術(shù)應(yīng)用在防洪決策分為主要系統(tǒng)：防洪決策支持、信息管理。GIS 在系統(tǒng)中主要作用是查詢、檢索、更新、維護(hù)空間數(shù)據(jù)管理，利了用空間分析能為防汛指揮提供依據(jù)。災(zāi)情評(píng)估，主要根據(jù)GIS 數(shù)據(jù)管理，為災(zāi)情級(jí)別進(jìn)行判別，并對(duì)不同級(jí)別采取不同的預(yù)防災(zāi)情無法扭轉(zhuǎn)。城市防洪，根據(jù)積水量測定，在遇見暴雨分布、積水借刀分布可視化顯示，在數(shù)據(jù)上可廣泛使用。

2 GIS 技術(shù)在水資源中發(fā)展趨勢

GIS 技術(shù)在水資源中應(yīng)用自如，是因?yàn)閷?duì)GIS 技術(shù)的了解和對(duì)水資源本質(zhì)了解，從而獨(dú)自創(chuàng)新，關(guān)于管理和功能方面有著自身發(fā)光之處，具備差異性和個(gè)案的分析結(jié)果，由此被公認(rèn)并普遍認(rèn)為是GIS 技術(shù)在水資源的應(yīng)用廣泛，應(yīng)用前景大，提升空間大[9]。

2.1 研究加強(qiáng)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

截至目前，GIS 技術(shù)軟件功能強(qiáng)大，但此軟件專業(yè)細(xì)分領(lǐng)域不全，像HAWR 就不夠細(xì)分后的專業(yè)性，綜合性強(qiáng)，但不精這也是這款技術(shù)軟件的缺陷[10]。故此研究HAWR 應(yīng)用GIS 技術(shù)軟件成為當(dāng)下的一個(gè)課題，考驗(yàn)GIS 技術(shù)軟件開發(fā)多元性和共享交流信息的不便捷。GIS 水資源應(yīng)用開發(fā)需完善技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)需要加強(qiáng)管理研究。

2.2 成立獨(dú)具特色的HAWR 地理空間數(shù)據(jù)庫

HAWR 特色地理空間數(shù)據(jù)庫具有全國代表性建立，可有效開展GIS 技術(shù)在HAWR 應(yīng)用基礎(chǔ)。想要建立數(shù)據(jù)庫主要方向?yàn)镠AWR 地理空間，其規(guī)模龐大必須按照以下步驟完成：①全國各大流域出發(fā)。②建立各大流域子數(shù)據(jù)庫。③匯聚成全國系統(tǒng)性數(shù)據(jù)庫。除此之外，應(yīng)注意子數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)內(nèi)容包括流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)、流域內(nèi)雨晴水情、流域內(nèi)水利設(shè)施、蓄滯區(qū)發(fā)布、水災(zāi)旱災(zāi)、流域內(nèi)其他自然資源、流域內(nèi)社會(huì)環(huán)境等數(shù)據(jù)[11]。

GIS 與普通決策通常支持兩種信息系統(tǒng)，并與HAWR 空間決策支持系統(tǒng)結(jié)合，可在開放過程中應(yīng)引導(dǎo)HAWR 相關(guān)管理部門積極配合，特別重視研發(fā)并運(yùn)用江河防洪決策支持系統(tǒng)。

2.3 HAWR 專業(yè)模型融合

目前存在的GISHAWR 專業(yè)模型實(shí)現(xiàn)了對(duì)HAWR 數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)、管理、輸入輸出，不僅對(duì)數(shù)據(jù)處理層面，還在表達(dá)大水文地理空間、分析水文現(xiàn)象空間、水文支持決策能力諸多方面，功能還有缺陷。在研究方向和重點(diǎn)方面有自己的看法，利用先進(jìn)的計(jì)算方法，重點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)管理技術(shù)以及軟件，建立集成HAWR 專業(yè)模型與GIS。

2.4 多維度發(fā)展的軟件系統(tǒng)

目前社會(huì)上開發(fā)GIS 軟件缺乏以下特點(diǎn)和要求：真三維分析功能、幾何建模、分析不具備HAWR 空間動(dòng)態(tài)變化信息，就是當(dāng)下比較成熟的先進(jìn)系統(tǒng)，雖然作用不顯著。由此可見，響應(yīng)HAWR 需求，急需開發(fā)具有三維，更需要思維功能的GISHAWR空間分析軟件。

隨著HAWR 發(fā)展要求，計(jì)算機(jī)技術(shù)為生活帶來的便利同時(shí)，從發(fā)展趨勢上來看由二維獨(dú)立到三維兼容集成[12]。

2.5 水污染事故應(yīng)急處理

GIS 技術(shù)將空間數(shù)據(jù)集成與網(wǎng)絡(luò)分析功能結(jié)合，利用水質(zhì)模擬技術(shù)詳細(xì)模擬發(fā)生水污染事故時(shí)的具體情況，方便及時(shí)確定受影響范圍對(duì)象，采取恰當(dāng)措施控制不良影響。如在松花江污染事故中，通過及時(shí)運(yùn)用地理信息技術(shù)，建立污染檢測與預(yù)警系統(tǒng)，行之有效觀察污染水帶流動(dòng)以及變化情況，確定給周圍地域造成的影響，明確污染變化進(jìn)展，可以直觀觀察其HAWR 的形式是電子地圖，它可以觀察其污染情況，可以科學(xué)精準(zhǔn)地預(yù)警預(yù)測。

GIS 技術(shù)在水資源的應(yīng)用上總的來說包括研究加強(qiáng)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、建立獨(dú)具特色的HAWR 地理空間數(shù)據(jù)庫、HAWR 專業(yè)模型融合、多維度發(fā)展的軟件系統(tǒng)、響應(yīng)突發(fā)性水污染事故應(yīng)急。

3 結(jié)語

我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，各行各業(yè)都離不開地下水，在我國三大產(chǎn)業(yè)里農(nóng)業(yè)更是離不開，主要應(yīng)用在灌溉方面。地下水水資源有著自身優(yōu)點(diǎn)才另更多的開發(fā)地下水資源，同時(shí)在追隨地下水資源給人們生活等方面發(fā)生著不同的改變，地下水應(yīng)用后還出現(xiàn)沼澤化、鹽漬化。過度不僅給生活帶來變化，還導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境破壞和國家經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展，在追求經(jīng)濟(jì)利益同時(shí)，出現(xiàn)地面沉降問題帶來生態(tài)迫害。GIS 技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，對(duì)于水文地質(zhì)工作帶來便利。

GIS 是一種地理信息軟件，有單獨(dú)使用的，可以對(duì)HAWR 等各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)位置有精確定位，和高級(jí)語言等二次開發(fā)后，可以將定位更精準(zhǔn)更清晰。并且應(yīng)用范圍廣泛，GIS 技術(shù)在HAWR 應(yīng)用在生活水資源監(jiān)管和污水治理、防洪等方面都有積極預(yù)防管理措施。根據(jù)GIS 技術(shù)在HAWR 應(yīng)用領(lǐng)域中和出現(xiàn)問題以及解決措施，可清晰的看出GIS 技術(shù)在HAWR 應(yīng)用中的發(fā)展趨勢為：由二維到三維，由單獨(dú)到集成方向發(fā)展，以解決污水和洪水等應(yīng)急的預(yù)防措施為發(fā)展方向。

綜上所述，了解GIS 技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的目的和GIS 技術(shù)的核心原理，處理好經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的關(guān)系，同時(shí)還要做好地下水合理開發(fā)利用的規(guī)劃，這不僅是對(duì)水資源不同領(lǐng)域的技術(shù)探索，同時(shí)也是保持經(jīng)濟(jì)穩(wěn)健發(fā)展的前提。