GIS技术在水文信息化方面的应用探讨

GIS技术在水文信息化方面的应用探讨

黄新平1陈红兵2覃好芬2

黄新平1陈红兵2覃好芬2

（湖北省宜昌市水文水资源勘测局湖北宜昌443003）

摘要：GIS是管理和研究空间数据的技术系统，它可迅速获取满足应用需要的信息，能以地图、图形或数据的形式表示处理结果，当前GIS技术被广泛应用在水文领域。本文对GIS技术于水文水资源中应用的情况进行了归纳、总结，并进一步预测其发展的趋势。

关键词：地理信息系统；水文资源；水污染；控制规划

引言

随着水文研究技术和计算机科学的发展，水文科学正经历着一场全所未有的革新，对于水文研究的技术手段也发生了根本性的变化。GIS在水文水资源中得到综合应用，这使得水文研究的工作正逐渐走向网络化、系统化。在日益激烈的信息革命浪潮的冲击下、水危机和水资源日趋枯竭越来越被广泛关注的形势下，于是围绕水问题的综合研究对于水文资料的准确、快速获取、空间信息的分析、图形图像的处理、时空分布等特性的要求变得更加迫切。然而GIS技术空间的特性及管理能力、水资源的时空分布特性和对海量数据的处理，决定了GIS技术涉及水问题诸多领域如水资源调查、水的循环、水的质量与数量状况评价、地表水与地下水的调度、水资源有效合理的利用及水质监测等方面可以发挥重要的作用。

1.地理信息系统简介

地理信息系统是指在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学理论，将各种地理信息以及它的载体（文字、数据、图表等）进行输入、检索、存贮、修改、运算、量测、输出、分析等的技术系统，能够为规划、决策、管理提供服务。一个完整的地理信息系统一般由硬件、空间数据库、软件平台和管理操作人员4个要素组成。地理信息系统的功能主要表现在3个方面：①具有采集、管理、分析和输出等多种地学空间信息能力，并具有动态性和空间性；②以地学决策和地学研究为目的，以地学模型方法为手段，具有多要素综合、区域空间分析和动态预测的能力，产生高质量、高层次的地学派生信息；③借助计算机支持空间数据的管理，并由计算机的程序模拟专门的或常规的地学分析模型或方法，并作用于空间数据，从而产生有用的信息，并准确、快速地提供科学决策依据。

2.GIS技术在水文信息化方面的应用

GIS在水文信息化的管理和检测方面都有重要的应用，例如，雨情信息、旱情信息、灾情信息等方面的信息采集和处理，如图1所示。下面对个方面进行详细的叙述。

2.1水污染控制规划

水污染控制规划为区域环境规划重要的组成部分。但总量控制为水污染控制规划的重要内容，是从根本上解决的方法。在水污染控制规划之中，各功能区的城市排排水管道分布图、水域单元的水质分布分布等可采用地图的形式管理和存储;污染物的种类及数量、国民经济统计资料则可用兼容的数据库形式管理和存储。下图是基于GIS的区域水污染控制规划方案。

2.2水文情报预报

GIS被应用于水文情报预报系统主要体现在以下几点

(1)空间信息分析和信息查询。在水文情报的预报系统之中，一般采用数值化电子地图作为背景，应用数据库管理技术和GIS，从而实现水情信息的检索、查询、分析计算和显示。

(2)确定模型参数。流域水文的模型的大多数参数都与流域的地理信息有关，如河道的坡度、长度，流域的土壤分布、土地利用面积、坡度及重心等参数，均可采用GIS根据地理信息的分析直接确定。流域地貌单位线、流域下渗能力等模型参数可采用GIS根据地理信息进行间接地分析和计算。

(3)开发分布式水文模型。GIS能够提供详细和准确的地理信息空间分析的资料，因此根据流域下垫面条件可以将流域划分成满足分辨率要求的规则的栅格或不规则的多边形单元，从而充分考虑降雨和下垫面条件等要素在空间不均匀的分布情况。

(4)数字高程模型的应用。数字高程模型除了可应用在流域的汇流计算外，还能够与水力学模型应用在一起，准确、客观、快速地对灾情进行评估和分析，如分洪水量、蓄洪区淹没的范围的计算等。

(5)开发分布式水文模型与数字高程模型。GIS能够提供详细的地理信息空间的分析资料，因此根据下垫面条件划分流域成为若干多边形单元，并建立分布式水文模型，同时充分考虑降雨和下垫面条件等要素不均匀的分布在空间。利用GIS建立起数字高程模型便可自动生成流域水系，为分布式水文模型的研制和开发提供了牢固的基础。

2.3防洪减灾

GIS技术应用在防洪决策应用中，主要主要提现在以下的四个方面[2]：

(1)防洪信息管理系统或决策支持系统的平台。在这些系统之中GIS的作用主要体现在：空间数据的管理，包括检索、查询、维护和更新，借助空间分析能力达到防汛指挥决策提供辅助的目的，提供各类应用模型数据，为模型优化参数，预测预报，防汛决策方案及信息的可视化表达。

(2)对灾情的评估。GIS是以背景数据管理被基础的平台，具有属性和空间数据检索、查询、灾情数据的提取、分析、辅助决策的工具和统计等作用，实现可视化的表达灾情。

(3)区划与分析洪涝灾害风险。洪涝灾害的分析主要是分析不同强度下的洪水发生概率以及其可能造成的危害和损失，包括洪水危险性的分析、损失评估和承灾体易损性的分析。通过GIS技术，将涉及以上三个方面诸多的地理、自然、社会因子且附加相应的权重进行空间叠加，是进行区划与分析洪涝灾害风险的有效手段。GIS技术在多边形合并，缓冲区的运用，数据层叠加方面充分发挥了重要作用。

(4)城市的防洪。GIS在城市的防洪中，城市的积水和退水的预测预报，排水设施的设计与规划，现有排水设备的管理，城市绿地面积的规划，分析降雨的时空特征，以街区为空间单元和以街道为统计单元的社会经济数据空间分布，积水街道分布及降雨分布的可视化显示，多层次、高分辨率、实时更新数据的存储和多源、管理和维护等方面被广泛应用。

(5)在水土保持方面。在水土保持中GIS技术的应用也较全面，几乎全过程都有应用。从是否发生土壤侵蚀的判断、侵蚀强度划分、侵蚀量的计算、泥沙输移和对水土保持措施的效益评价，直到预测与模拟土壤侵蚀过程结束，在技术上GIS始终起着举足轻重的作用。对比其他领域，水土保持中GIS与许多应用的模型紧密相关，即建模平台可直接采用GIS，这特点十分突出。170多个主要测站的全国水环境信息管理系统都包括在水利部门。这些信息管理系统以GIS技术作为支撑，这些系统主要包括：双向查询水质的参数，数据管理，某区域或流域的统计等不同等级之间水质的河段长或不同等级间的水质测站所占的比例等，改善和优化水质现状，各种可视化表达，优化取水点的位置，控制与管理污染排放，预测与模拟水质水量，以及更好的优化和处理突发污染事件等。

3.GIS技术在水文信息化方面发展的趋势

GIS经过30多年的发展，已经从存储信息的实现、数据库的建立、自动绘图、统计分析和检索查询等基本功能转向建立多层次、多目标、多功能的智能化的专家系统、专业化的评价及模型分析和空间决策的支持系统。作为协调不同信息源和不同领域信息的理想工具，GIS技术在水文水资源领域的应用发展趋势主要包括以下几个方面：①空间决策支持系统将成为GIS技术应用的一个重要分支;②GIS的应用将成为发展数值模拟技术的重要手段;③GIS技术的多维发展将是水文水资源领域应用的一个方向;④GIS与GPS、RS集成化并将伴随着水文水资源的不断发展。

企业集成技术的主流和先导的是XML与Java，Java是目前安全简单易用、非常卓越的跨平台的编程语言，再加上XML的数据转换格式，信息化的最佳解决方案是XML与Java的结合。GIS体系结构采用XML-Java技术的主要包括4层结构，如图3所示。

图3基于XML-Java技术的GIS开发模型

4.总结

地理信息系统在水文水资源领域被广泛的应用，这极大地提高了水文现代化水平。并把水文研究技术、地理信息系统和计算机技术结合起来为生产生活提供服务，这将是未来水文研究和发展的必然趋势。GIS向可视化、集成化、网络化、业务化、微机化和智能化发展，一系列的特征将增强水文水资源与GIS之间的融合，并GIS最终将被完善的应用于水文水资源领域中。随着科学技术的不断发展与进步，GIS不断发展会越来越成熟的应用于水文水资源领域中。GIS进入水文水资源领域，所带来的社会效益、环境效益和经济效益是巨大的。

参考文献：

[1]阎立，张福炎，丁秋林.信息化纵横[M].南京：南京大学出版社，2003.

[2]阎俊爱.城市智能型防洪减灾决策支持系统研究[D].天津大学，2003.作者简介

1.黄新平，男，本科，就职于宜昌市水文水资源勘测局，从事水资源、水文测验、报汛、整编方面的工作。

2.陈红兵，男，本科，工程师，就职于宜昌市水文水资源勘测局，从事从事水文预报、水资源评价、水环境监测及管理方面的工作。

2.覃好芬，女，本科，就职于宜昌市水文水资源勘测局，从事水资源、水文测验、报汛、整编方面的工作。