GIS在水文水资源领域的应用进展

时间：2024-07-28

赵一敏

(河北张家口水文水资源勘测局，河北张家口 075000)

GIS在水文水资源领域的应用进展

赵一敏

(河北张家口水文水资源勘测局，河北张家口 075000)

GIS技术是管理以及研究水文空间数据十分重要的应用系统，可以使用图形、地图以及数据的形式直接快速满足以及得到需要的信息以及结果，直接推动着我国水文水资源领域的研究以及开发工作。文章主要论述了GIS技术在水文水资源领域之中应用以及未来的发展趋势。

GIS技术；水文水资源；环境管理；应用

0 引言

GIS的中文全称是地理信息系统，在当前的应用及其广泛，其主要特点是有着极强的数据管理能力以及便捷的空间数据综合功能，所以大到政府的宏观决策小到城市建设之中都有利用。因为我国地域辽阔，在夏季会受到亚热带季风气候的影响，往往导致南涝北旱，同时我国也存在着水资源严重不足的问题，因此就要求有一个系统的治水方法，可以有效解决当前水资源的问题。因为GIS技术的发展，不仅仅推动了我国水利事业的发展，同时也对水文资源产生重要的影响。

1 GIS在水文水资源中的应用

GIS技术在水文水资源之中具有广泛的应用，下面就对在具体领域之中的应用进行简要介绍。

1.1 水文情报预报以及防洪减灾

GIS技术具有较好的数据整合能力，那么就便于水文情报预报系统的设计以及应用，使用GIS技术将会实现大范围之内水文信息的提取、整合以及编辑，可以有效地预报后期的水文资源。GIS技术的作用还表现在可以准确确定模型的参数，对于参与数据以及模型设计的精确度有效提升，加大推进水文模型的开发质量。值得一提的是应用数字高程模型，可以将水力学模型融合，那么就会处于客观的角度对水文信息进行高效的检测[1]。并且GIS技术可以为水文情报预报提供相当重要的资料，对于促进各方面技术的发展就具有积极的影响，GIS技术也在众多骨干河道以及大中型水库的洪水预报方案的编制之中以及应用过程之中获得了较好的效果，因为水文水资源的优势，国家防汛指挥系统编制了一套全国余量等值线图软件，有效实现了我国中小河流治理水文站点的布置。某地GIS在防洪减灾之中的应用见图1。

图1 某地GIS在防洪减灾之中的应用

1.2 对水资源的开发

在进行地表水资源空间分布调查之时，通常水文部门大多使用GIS技术，应用此技术可以更加精确以及高效的调查地表水资源[2]。并且不仅仅对于地表水进行调查，并且对于地下水也可以进行高效的调查。GIS技术可以科学的对大量级的开采地下水进行分析，并且做好地下水资源的保护工作。

1.3 在水土保持中的应用

我国在进行了多年的经济建设，对于生态环境也产生了严重的破坏，导致水土流失，水土流失的种类比较多，主要包括有水蚀、风蚀以及冻融侵蚀等。水土流失还会导致泥石流、滑坡等次生灾害的发生。进入新时期以来，我国投入了大量的精力和技术在治理水土流失上，在我国的两条母亲河长江和黄河两岸进行治理工程，在一些水体流失较为严重的区域建立了监测站点，使用遥感以及GIS技术进行系统管理，重点使用GIS技术对数据进行监测以及在第一时间作出分析，那么这样给治理水土流失提供了便捷。

1.4 在区域水资源管理之中的应用

以GIS技术为导向建立水资源管理信息系统，可以在第一时间为水资源管理提供全面而准确的信息支持[3]。我国学者就以MapInf作为开发平台，使在我国流域之内的全部的河流以及附近的行政区划、水文展望以及重要城市全部纳入检测范围，使之成为了一个有机的整体，在此基础上搭建我国水文站网管理信息系统，如此提升了我国水文管理水平以及优化水文展望。

当前有相关的研究者对水文空间流域的信息分布式以及多级次存储结构，同时使用ArcSDE/ArcInf。作为GIS平台建立数字流域空间信息系统将其利用在河流水资源管理之中。当前也已经完成了在GIS支持之下对特定河流水资源管理系统，那么就可以实现对于城市水资源利用的量化模拟、科学有序管理以及进行计算。

当前在灌区水资源管理之中同样也广泛使用到了GIS技术。从21个世纪70年代，美国的田纳西流域管理局率先使用GIS技术处理以及分析种种流域数据，来为流域管理提供帮助，实现高效的管理。GIS技术已经得到了广泛的应用，也被广泛应用于国外的水资源管理中。对灌区之内的水资源进行管理，比较先进的是美国德克萨斯州LwerRi、GrandeValley的8个灌区已经开发了将GIS作为基础的灌区管理系统。

1.5 GIS在水资源在环境管理之中的应用

1.5.1 水污染控制规划

当前我国在经济发展的同时，对于水资源也产生一定的污染，走上了先发展后治理的欧美国家发展的老路。水污染对我国人民的生命健康安全产生严重的影响，在获得经济发展带来的实惠的同时，也饱受了因为水污染带来的痛苦，因此做好水环境的治理是当前我国可持续发展的重要组成部分。为了更好做好水环境的保护，应该做好水污染控制规划。做好水污染规划主要工作是做好总量控制。

水污染控制规划是区域环境规划重要组成之一，为了更好做好水污染控制规划，其中最重要的是做好总量控制。在进行水污染控制规划之时，将会使用地图形式作为存储方式将功能水域单元水质分布以及城市排污网分布纳入存储范围。而兼容的数据库形式存储则将国民经济统计资料以及污染物的数量种类进行存储。GIS在某市水资源管理之中的应用见图2。

图2 GIS在某市水资源管理之中的应用

1.5.2 对水环境检测管理的作用

在对水环境检测管理上，甚至是环境监测上，管理人员则都是使用GIS系统来查询相关的资料，利用的是GIS技术对空间数据的分析以及管理能力。GIS系统会对空间数据进行分析和管理等功能获取与之有关的资料。这样就可以对水质的变化进行详细的解析，并且也会对水文水资源以后的发展趋势进行分析。

同时也可以对方案具体的实施效果及时掌握。一旦发生事故的话，则就可以利用该系统掌握事故发生之时的污染物排放情况以及当时的水文情况，并且利用GIS系统及时高效地预测出污染物分布的趋势，接着对症下药，依据分布的态势制定相关的解决措施。

1.6 缺点

GIS技术具有一定的优越性，比如说极强的数据存储、管理、输出输入的功能，然而其缺点也在于其工作原理是以数据作为工作的中心，所以进行决策的能力还有待提升，导致出现这个问题的原因在于GIS数据模型存在缺陷，对于地理空间的水文特征不能清晰精确地表达出来。目前使用的GIS软件功能还不够全面，缺少些专门进行研究水资源的软件，那么就要求开发者对其进行深层次的开发。则就给使用GIS的科研人员带来了相当多的不便之处，对于研究成果的可靠产生重要的影响，而没有办法彻底解决水资源管理问题。

2 发展趋势与展望

事物发展是一个曲折变化的过程，会不断出现新事物。应用GIS将会有效提高水资源的信息管理能力，并且也促进了水文水资源的研究工作。当前GIS应用以及开发之中存在着诸多的问题，严重的影响到了水流运动、水质的时间序列和附近空间环境的数据融合。

每一个开发单位水文的设计方式以及数据组织形式之间的差异也导致互动操作难度的增加，对于大范围建构水资源数据模型带来诸多的不便。在今后的发展之中，GIS的应用以及开发如何才较好同实际需求进行结合，有效地发挥出GIS的特点，这是当前亟需解决的问题。

2.1 继续深入研究GIS应用规范

在具体的操作之中，GIS的应用以及开发通常都是每一个部门依据实际的生产以及科研要求而进行开发的。因为我国在技术规范以及标准开发平台上还需要完善，所以在信息交流以及共享上存在诸多问题。在国内已经开始了行业规范的试点工作，但是依然存在不少的问题，所以还需要进行深入的GIS应用规范的研究。

2.2 不断完善水文水资源空间决策系统

近些年来GIS技术已经出现新的发展态势则是同常规决策支持系统之间进行有机的结合，此系统的优势在于其具有广阔的应用前景，对于日后的使用具有一定的推动作用。然而，其缺点在于，这种开发理念在开发上存在一定的难度，要求大量的资金以及人才的投入。因此，在大范围推广上存在一定的问题。当前则是使用在一部分地区试点，集中力量，一步一步实施。在得到成功的经验之中再进行推广。

依据我国水文水资源的实际来看，首先应该在长江和黄河这两条河流建设水文水资源空间决策系统，而这两条河流不管是从人文角度或者是自然角度讲都是最合适的地区，同时也对未来全面加强水资源信息网络建设有非比寻常的意义。

2.3 建立水文水资源空间决策支持系统

近些年来，出现了一种新型的信息系统--空间决策支持系统(SDSS)，其是在常规的决策支持系统以及GIS相互结合的基础之上而发展起来的。因为其开发的难度相对比较大，这就得需要大量的人力以及物力，务必得集中财力来充分的保障重点，逐步的进行实施，在其成熟之后再加大推广的范围与力度。从我们国家当前的状况来看，黄河的水资源调度系统以及黄河与长江的防洪决策支持系统更是刻不容缓，应该优先地进行建立并逐步地完善。

2.4 GIS与水文水资源专业模型的融合

在当前的一部分水文水资源的专业模型之中，尽管大部分的GIS对水文水资源信息具备了比较强的数据存储、管理以及输出输入的功能，但是其中主要就是以数据为中心，在表达水文地理的空间、水文现象空间分析以及支持决策的能力方面还是相差甚远，特别是体现在基于RS、GIS的分布式水文的模型之中。如何将现有的各种计算方法以及相应的软件逐渐地过渡到以栅格为计算空间单元的分布式的模型之上来，充分的利用GIS的空间数据管理功能，在最大程度上来充分地实现水文水资源专业模型以及GIS的集成，是今后研究的重点。