GIS技術(shù)在水文水資源管理中的應(yīng)用探微

葛啟 黃河水利委員會山東水文水資源局

為了能緊跟信息化社會發(fā)展的趨勢，提升水文水資源信息化建設(shè)水平，將GIS技術(shù)應(yīng)用到水文水資源的各個領(lǐng)域，開展指定區(qū)域降水量計算、地下水勘察等多項工作。從傳統(tǒng)形式的高消耗、低效率模式逐步向統(tǒng)籌規(guī)劃和信息化方向轉(zhuǎn)變，在實際開展水文研究與保護工作期間就能夠緊緊結(jié)合水資源的特點，對水資源的各項信息數(shù)據(jù)進行細(xì)致分析，有利于全面提升水資源利用率。本文從GIS技術(shù)內(nèi)容以及發(fā)展趨勢入手展開闡述。

一、GIS技術(shù)與水文水資源的分析

（一）GIS技術(shù)

GIS技術(shù)是伴隨著地球地理信息專業(yè)發(fā)展起來的新技術(shù)手段，其主要由空間數(shù)據(jù)處理和空間數(shù)據(jù)管理兩個部分組成，借助遙感、GPS定位等獲得各種信息數(shù)據(jù)。GIS技術(shù)在地球地理信息的監(jiān)測中具有豐富的功能優(yōu)勢。GIS技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對所監(jiān)測數(shù)據(jù)的動態(tài)化管理，這一特點正好符合水文水資源發(fā)展的特征。其次，GIS技術(shù)還有具有多要素綜合分析的功能，其能夠借助通信技術(shù)、計算機技術(shù)等對于數(shù)據(jù)展開更加精準(zhǔn)科學(xué)的處理，從而為水文水資源的研究決策提供有效參考。

（二）水文水資源

水文水資源領(lǐng)域是以水資源為重點，展開水資源變化、運動、分布等方面的專業(yè)研究。通過把握水資源的變化規(guī)律，從而預(yù)測水資源可能產(chǎn)生的各種安全隱患，并且結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡乩淼刭|(zhì)信息進行有效的災(zāi)害預(yù)防，達(dá)到減少水資源災(zāi)害的同時，更好地發(fā)揮水資源的生產(chǎn)生活服務(wù)功能。

二、GIS技術(shù)內(nèi)容以及發(fā)展趨勢

GIS技術(shù)是在開展地理信息研究工作期間較為常見的一項技術(shù)，主要是將計算機技術(shù)作為操作載體，對不同類型的信息數(shù)據(jù)進行收集、整理、分析后，為信息數(shù)據(jù)賦予相應(yīng)的空間意義，再將其轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H研究期間需求的各項地理信息。在對水文水資源進行研究期間，通過對GIS技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠有效解決傳統(tǒng)水文監(jiān)測和管理工作中存在的各種問題，也能為地表信息研究人員提供技術(shù)支持，對于全面提升水資源保護效率具有重要幫助。

隨著社會整體發(fā)展水平的逐步提升，GIS技術(shù)在未來應(yīng)逐步向標(biāo)準(zhǔn)化、多維化方向轉(zhuǎn)變，并要積極構(gòu)建特色鮮明的空間數(shù)據(jù)庫以及具有融合性的專業(yè)模型等。GIS軟件的各項功能應(yīng)不斷增多，不僅需要通用功能，還需具備水文水資源領(lǐng)域的針對性功能，進而增強GIS軟件應(yīng)用平臺以及數(shù)據(jù)格式的規(guī)范性。此外，還需要著重開發(fā)三維立體空間水文水資源分析的軟件，將地理信息方面的信息數(shù)據(jù)更加立體地展現(xiàn)出來。在實際構(gòu)建具有特色性和鮮明性的空間數(shù)據(jù)庫期間，需構(gòu)建多個不同數(shù)據(jù)庫模塊，像構(gòu)建流域經(jīng)濟情況數(shù)據(jù)庫、區(qū)域降雨量數(shù)據(jù)庫等。在未來發(fā)展趨勢下，GIS應(yīng)用模式在實際構(gòu)建期間還需要充分考慮水文現(xiàn)象等各方面的因素，在形成具有較強融合性專業(yè)模型的同時，有助于提升水文水資源分析的全面性。

三、GIS技術(shù)在水文水資源管理中的具體應(yīng)用

（一）GIS技術(shù)在地下水勘察中的應(yīng)用

能否準(zhǔn)確開展地下水勘察工作，對于能否提升水文水資源管理效率具有重要幫助。開展地下水勘查工作的主要目的是為了明確指定區(qū)域地下部分含水層的分布規(guī)律、地下水流、含水層的實際連通程度以及邊界、地質(zhì)狀況等內(nèi)容，其主要是為了提升地下水規(guī)劃管理效率的重要工作內(nèi)容。在實際利用GIS技術(shù)對地表水進行勘察的過程中，在GIS技術(shù)的輔助下，能夠更加精準(zhǔn)地了解地表水的來源、儲存量等各項狀況，進而獲取非常精準(zhǔn)的空間數(shù)據(jù)。通過對獲取的各項空間數(shù)據(jù)進行利用，構(gòu)建空間模型，能夠更加直觀、詳細(xì)地表現(xiàn)出地表水實際分布規(guī)律。

（二）地下水水質(zhì)評價及污染物分析

地下水自我再生的能力相對較差，自我調(diào)節(jié)功能不足，當(dāng)?shù)叵滤l(fā)生污染事件時，很難恢復(fù)到原有的水平。因此，為減少地下水污染，必須通過人為干預(yù)的方式來進行，而這就需要在地下水管理工作中加強對地下水資源污染物含量的分析和監(jiān)測。GIS擁有強大的信息處理、分析和儲存功能，逐漸在地下水管理中占據(jù)了重要地位，它可以極快地對提取的地下水水質(zhì)的數(shù)據(jù)進行處理分析，從而轉(zhuǎn)換為可為地下水監(jiān)測和管理工作服務(wù)的檢測結(jié)果。同時，GIS還可以通過建立相應(yīng)的地下水水質(zhì)評價模型，大大提高了地下水水質(zhì)評價工作的精確性。此外，GIS在監(jiān)測地下水礦物質(zhì)及含量、評估地下水重金屬污染狀況等方面發(fā)揮了重要作用，結(jié)合GIS的數(shù)據(jù)分析和管理功能，可以對不同區(qū)域的地下水水質(zhì)進行綜合對比，獲得可視化的區(qū)域地下水質(zhì)量狀況分布圖。近年來，基于GIS開發(fā)的巖溶地下水環(huán)境測評系統(tǒng)，已根據(jù)地下水監(jiān)測系統(tǒng)完成了巖溶地下水的測量工作，為我國地下水的管理和監(jiān)測工作提供了更加有力的技術(shù)保障。

（三）在水資源控制規(guī)劃中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，水資源質(zhì)量控制是水文水資源應(yīng)用中最基礎(chǔ)的一環(huán)，只有加強水資源的管控工作，才能有效防止水資源污染。GIS技術(shù)的可視化功能可以將監(jiān)測區(qū)域的水資源情況完全展示到一張地圖中，還能夠?qū)崿F(xiàn)水質(zhì)的監(jiān)測和預(yù)報。比如，GIS技術(shù)可以聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，借助各種傳感器設(shè)備對于水污染分布數(shù)據(jù)參數(shù)進行監(jiān)測處理，建立起專門的數(shù)據(jù)庫，形成水污染控制模型，為區(qū)域環(huán)境水污染的控制管理提供幫助。

（四）GIS技術(shù)在水資源可持續(xù)發(fā)展中的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代化城市的進一步發(fā)展，城市在水文水資源的應(yīng)用中都需要導(dǎo)入技術(shù)手段，并做好統(tǒng)籌規(guī)劃。如，在城市地下水管理中，做好地下水位的監(jiān)測對于該城市的公共交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、城市建筑施工項目發(fā)揮具有重要的作用。而GIS技術(shù)正是可以介入到城市的地下水位、水管網(wǎng)信息管理中。如，GIS技術(shù)能夠展開空間數(shù)據(jù)的處理，實現(xiàn)對信息數(shù)據(jù)的編輯、采集和提取等，由此為城市建設(shè)起合理的官網(wǎng)建設(shè)方案。

（五）GIS技術(shù)在水文情報預(yù)報及防洪減災(zāi)中的應(yīng)用

相對于其他技術(shù)，GIS能夠整合時間數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，從而進行系統(tǒng)性分析。在水文情報預(yù)報工作中，GIS技術(shù)可以實施監(jiān)測不同區(qū)域的水文情報并進行精準(zhǔn)預(yù)測，還能對手機到的各種水文信息進行分析處理，從而提高了水文情報預(yù)報工作的實時性和動態(tài)性。比如，通過利用GIS技術(shù)對水文模型的各項參數(shù)進行精準(zhǔn)性預(yù)測，在精準(zhǔn)數(shù)據(jù)和優(yōu)質(zhì)模型設(shè)計的狀況下，能夠全面提升水文模型質(zhì)量。特別是在數(shù)字高程模型中對GIS技術(shù)進行應(yīng)用，能夠?qū)⑺W(xué)相關(guān)的技術(shù)與之進行融合，有助于增強水文信息監(jiān)測的真實性。

在防洪減災(zāi)工作中，GIS主要通過對水域信息統(tǒng)籌管理、風(fēng)險預(yù)測、災(zāi)情評估、區(qū)域劃分等方面提供相應(yīng)指導(dǎo)。并且通過利用GIS技術(shù)構(gòu)建防洪減災(zāi)信息化管理平臺，GIS技術(shù)充分發(fā)揮功能作用，能夠在較短的時間開展空間水文數(shù)據(jù)信息收集工作，并且能夠做好實時查詢、搜索、更新等工作，對于全面提升各項信息資源利用率具有較大幫助。GIS技術(shù)自身的空間分析功能能夠為實際制定防洪決策提供信息支持，并能為多種不同類型的應(yīng)用模型提供有效數(shù)據(jù)。在對各項數(shù)據(jù)參數(shù)進行優(yōu)化的狀況下，能夠精準(zhǔn)地進行評估，進而使防洪減災(zāi)決策具備數(shù)據(jù)化和可視化行為，為后續(xù)提升災(zāi)情調(diào)整和評估工作有效性創(chuàng)造條件。利用GIS技術(shù)開展災(zāi)害風(fēng)險評估工作，比如對洪水發(fā)生的概率和強度方面的數(shù)據(jù)進行模擬性的計算，對具體的危害性、危害程度等方面進行系統(tǒng)評估，并且對各項損失進行計算，不僅能夠充分考慮自然地理位置、社會環(huán)境等各項空間因素，也能逐步完善GIS防災(zāi)評估機制。

（六）GIS技術(shù)在指定區(qū)域降水量計算中的應(yīng)用

水文水資源管理工作多種多樣，區(qū)域內(nèi)的降雨量能夠為實際開展此項工作提供重要參考依據(jù)，很多的重大決策都將區(qū)域降雨量作為核心參考依據(jù)。在實際對指定區(qū)域降水量進行計算期間，應(yīng)用GIS技術(shù)具有重要意義。

一方面是區(qū)域降雨量的計算方式。最為常見的是三角形計算法、逐步定格計算法、多邊形計算法等方式。通過對這些計算方式的正確應(yīng)用，最終獲取的計算結(jié)果具有較強的精準(zhǔn)度，能夠符合實際要求。通常狀況下，區(qū)域降水量計算的精準(zhǔn)度與區(qū)域內(nèi)的站網(wǎng)密度具有較大關(guān)聯(lián)。如站網(wǎng)密度越高，實際計算的區(qū)域內(nèi)降雨量就越精準(zhǔn)。若指定區(qū)域的總體面積比較小，并且地勢相對來說比較平坦，以應(yīng)用算術(shù)平均法為主對指定區(qū)域的降水量進行計算。對于逐步定格法而言，其實際計算指定區(qū)域的降水量具有一定優(yōu)勢，且具有連續(xù)性，但也存在一定的弊端，如實際操作比較煩瑣，計算效率也比較低。

二是應(yīng)用GIS技術(shù)對指定區(qū)域降雨量進行計算的優(yōu)勢。應(yīng)用GIS技術(shù)具體的應(yīng)用優(yōu)勢體現(xiàn)在計算效率高、計算結(jié)果精準(zhǔn)性強等方面。在計算期間不會受到人為因素的影響，能夠降低產(chǎn)生計算誤差的概率，并且不會受到地理信息數(shù)據(jù)量的限制，在節(jié)省人力、物力資源的同時，能夠提升指定區(qū)域降雨量計算有效性。

四、GIS技術(shù)在水文水資源中的應(yīng)用趨勢

（一）信息標(biāo)準(zhǔn)化

GIS 技術(shù)應(yīng)用的核心在于數(shù)據(jù)信息，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)化采集分析與共享發(fā)揮數(shù)據(jù)的最大效力。近年來我國在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化與共享化層面做出不少探索，對推動數(shù)據(jù)信息標(biāo)準(zhǔn)化貢獻良多。但是 GIS 技術(shù)本身對數(shù)據(jù)信息的標(biāo)準(zhǔn)化要求極高，現(xiàn)有數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系尚不能滿足 GIS 技術(shù)對數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。例如 GIS 技術(shù)常應(yīng)用在具體事件的分析場景中，從中體現(xiàn)對現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的分析和處理。該過程重要非常細(xì)致的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)作為支撐，并為后續(xù)的數(shù)據(jù)公開共享奠定基礎(chǔ)。因此在今后的 GIS 系統(tǒng)開發(fā)中要充分融合更高標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)規(guī)范，進而滿足 GIS 在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)層面的需求。

（二）實現(xiàn)GIS技術(shù)的創(chuàng)新化應(yīng)用

當(dāng)前GIS技術(shù)在水文水資源勘查方面的應(yīng)用還存在一定的不足，如地下水勘探同地表水?dāng)?shù)據(jù)分析尚未形成整體。而隨著人類活動的頻繁，展開對水文水資源的應(yīng)用管理需要考慮到整體性，做好統(tǒng)籌規(guī)劃?；贕IS技術(shù)現(xiàn)有的水文模型功能、水文地理空間分布可視圖等功能，開展技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新成為未來GIS技術(shù)發(fā)展的重中之重。

五、結(jié)束語

綜上所述，GIS技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域管理中的應(yīng)用，極大地提高了我國水資源的利用率，為我國社會發(fā)展提供了水資源安全保障。如，GIS技術(shù)在水文情報和防洪減災(zāi)方面的應(yīng)用，可有效規(guī)避了各種水文災(zāi)害的發(fā)生。因此在未來的技術(shù)發(fā)展中，需要不斷地挖掘和發(fā)展GIS技術(shù)，實現(xiàn)兩者的持續(xù)發(fā)展。