GIS技术在水文水资源领域的应用现状与展望

摘要：地理信息系统是一个发展迅速并在很多领域得到广泛应用的技术，其应用前景与发展空间也非常广阔。水文水资源领域引入gis地理信息系统，为水文水资源管理、查询、分析和模拟提供了一条加快捷有效的途径。基于此，本文就GIS技术在水文水资源领域的应用现状及展望进行分析与研究。

关键词：GIS技术；水文水资源；应用；现状

中图分类号：TV文献标识码： A

引言

地理信息系统是一种以处理空间数据为基础的应用技术，而地质信息的特点决定了使用GIS技术的优越性，从而使该项技术在水资源领域中得到了广泛地应用。地理信息系统在水文水资源中的综合应用，也使得水文水资源研究工作逐渐走向系统化、网络化。

一、地理信息系统技术

GIS是地理信息系统（GeographicInformationSystem）的简称，借助计算机技术，通过对地球表层空间的地理信息进行采集、储存、管理、运算及分析来辅助科研的系统。

GIS的主要构成核心是处理空间数据的子系统，这是它作为地理科学研究工具的关键所在，该子系统分要分为两部分，空间数据分析及处理。数据主要来自遥感图像、统计数据和实测数据等。GIS主要功能有四个方面：一是对具有典型的空间性和动态性的数据信息的采集、分析管理和输出；二是对区域空间分析和动态预测能力，尤其是在地学模型的应用方面更具备优势；三是借助计算机通信技术以及遥感技术对数据进行管理，提高数据信息的可靠性，从而为决策提供参考依据。当前GIS技术正不断地向着集成化和智能化的方向发展，相信在未来能够为水资源及水文的研究提供更有效的信息和资料。

图1地理信息系统技术组成

二、GIS技术在水资源领域应用现状

GIS技术在水资源领域的应用现状主要包括5个方面:GIS技术在地下水资源评价中的应用、GIS技术在水质模型中的应用、GIS技术在防洪减灾中的应用、GIS在水利工程方面的应用和GIS在地表水与地下水的联合研究中的应用。

（一）GIS技术在地下水资源评价中的应用

地下水问题具有明显的时空维，地下水模拟强调地下水在介质中的运动情况。GIS应用在地下水模拟中，可用来获取、操作、显示与地下水模型有关的空间数据和预期的成果，使模型进一步细化，从而深入认识地下水在含水层中的赋存、运动情况，为合理开采、保护地下水提供基础。

（二）GIS技术在水质模型中的应用

GIS能够通过各种数据模型和数据结构将多源的地理数据进行统一存储和管理。水质预测模型建立之初所需的大量相关的地形、水、土壤、气候以及经济、人口等统计数据，可以通过建立GIS数据库的空间特征数据和属性特征数据管理。

蒋海琴等结合江苏省环保信息系统的建设，对WebGIS与一维水质模型集成的关键技术问题进行了讨论，阐明了模型计算中评价河段截取、空间离散及空间数据重采样的方法和过程，对实现水环境模型的跨平台操作和数据信息共享做出了尝试。

罗畏以基于投影寻踪的水质评价模型为基础，结合GIS技术进行水质分析和评价，以太湖为实验区域，根据2000年该区域的水质监测数据做了实例分析，验证了新理论和方法的可行性。

（三）GIS技术在防洪减灾中的应用

我国是一个地理条件复杂、自然灾害频发的国家。每年因洪涝灾害造成的经济损失非常严重。近年来，我国的防洪工作逐步实现了从“以洪水为敌”的控制洪水向体现水资源特性的洪水管理转变。新技术在防洪减灾领域得到广泛应用，GIS新技术与传统的防洪减灾技术的相结合，使水利防汛工作迈向了新的纪元。

（四）GIS在水利工程方面的应用

在水利工程应用中，GIS强大的空间分析功能和图形显示功能为工程设计和研究成果的可视化表达提供了有力的现代化手段。

通过GIS可以将施工过程通过图像的方式动态的显示出来，而GIS先进的空间分析功能可以为水利施工过程提供便利的分析工具，通过数字地形模拟，可以用离散分布的平面点来模拟连续分布的地形，进而进行坡度坡向分析、断面图分析等，从此实现水利工程信息的科学、高效的管理。

此外，GIS的可视化表达功能可以对每一施工过程进行模拟和全程监测，为设计人员提供直观形象的信息支持，为决策者提供精确、科学的可视化分析手段，为优化施工过程提供技术支持。

（五）GIS在地表水与地下水的联合研究中的应用

流域是由分水线所包围的河流集水区，在地域上具有明确边界的区域。流域地表水和地下水的统一调度和科学管理一直是水资源领域一个重要的实际问题，GIS的引入为这一问题的解决提供了有效的手段。

Maidment等(1993年)的研究成果表明:水文模型空间要素主要是由分水岭、排水渠道、湖泊和三角洲构成，并且水流状况也由这些要素所规定，而在地下水模拟、资源评价与管理工作中，这些地表水方面的高质量研究成果是非常宝贵和必不可少的，GIS为区域地表水与地下水的联合研究提供了高层次的综合环境和工作平台。

Maidment应用GIS做了比利时Voer流域的降水和径流相关情况的空间分析，为该流域的地表水与地下水的联合调度与管理提供了可靠的科学依据。

当前GIS技术已逐步应用到了水文水资源领域的各个方面。除上述几个方面外，GIS技术还在水资源管理、水污染控制规划、旱情分析预测、库区地质分析、水环境监测评估等多方面得到了成功的应用。

三、水文水资源领域GIS应用的发展趋势

（一）GIS应用规范和标准继续完善

在实际的情况下，一般GIS的应用与开发大多是分开进行的，各部门是要根据具体的生产以及需要而独立开发的。所以我国缺乏完整的技术规范体系和设计应用标准，开发平台的多样化以及数据格式的繁琐已经给我国的地理信息共享机制造成了较多的阻碍。虽然国内部分地区进行试点行业规范的相关工作已经展开，但是仍然存在缺乏国家层面的一致规范的问题。因此应加强GIS应用规范和标准继续完善。

（二）水资源及水文地理空间数据库更加完善

水资源及水文地理空间数据库作为GIS系统的关键，对于决策起到基础的作用，所以必须在保证提高GIS应用越来越标准、越来越规范的条件上积极进行基础数据库的建设，特别是对于具有水资源及水文领域特色的数据库，例如雨情和水情数据库以及水旱灾情数据库等等。除此之外，数据库中必须要有大量的流域内关于自然资源和社会经济环境的基本数据，而且要保证数据库中的数据采集能够具体并准确，且能够及时进行更新。

（三）GIS与水资源及水文专业模型能够充分融合

在目前我国的一些水资源及水文方面的模型中，虽然GIS大多数都具备关于水资源及水文信息的详细具体的数据，且具有存储、管理和输人输出功能，但是其核心主要还是仅限于数据方面，缺乏表达水文地理空间、水文现象空间分析的能力，缺乏有效支持决策的能力，特别是在基于GIS、RS的分布式水文模型方面表现的还远远不够。我们必须要结合当前的各类计算方法，利用各类软件逐渐过渡到以栅格为计算空间单元的分布式模型，能够充分利用GIS所具有的空间数据管理功能，从而实现水资源及水文的专业模型与GIS的紧密结合，这要作为我们的研究重点。

（四）软件向多维发展

目前社会上开发的GIS软件，多数都不具备真三维的分析的功能，在几何建模和分析方面都不能满足水文水资源时空动态变化的要求，如比较成熟的GRASS、SGM、IVM等系统，功能也明显不足。因此，急需开发一些具有三维甚至四维功能的GIS水文水资源空间分析软件。

随着水文水资源管理发展的要求及以计算机与空间技术的进步，GIS将从二维走向多维，从独立走向兼容与集成。

（五）完善基于GIS的灌区的地下水资源评价系统

灌区不同于一个完整的流域或行政区域，它是有可靠水源(地表水、地下水)和引、输、配水渠道和相应排水沟道的灌溉面积，是人类水事活动的产物。灌区地下水的循环不仅受自然因素的影响，而且还主要与地表水灌溉及地下水开采活动密切相关，因此，研发基于GIS的灌区地下水资源评价系统也非常必要。

结束语

当前，随着信息时代的来临，在水资源科研以及管理中应用GIS是一件非常具有前景的工作。但是如何建立一种综合性资源信息系统是我们目前面临的困难。但不管怎样，使用GIS能够促进水资源利用和管理领域的发展，因此我们必须要认识到水资源科学以及地理信息系统的发展变化的概念，技术的进步以及变化的社会需求必定使其含义也会发生深刻的变化。

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