基于GIS的中小河流水文監測與預警

付莉

（湖南省湘潭水文水資源勘測局 湖南湘潭 411100）

基于GIS的中小河流水文監測與預警

付莉

（湖南省湘潭水文水資源勘測局 湖南湘潭 411100）

當前，GIS技術已經被廣泛地應用于中小河流領域，主要作用用于中小河流的監測與預警。本文主要針對GIS技術在山洪災害以及水資源管理上的應用做了簡要分析，旨在表明GIS技術在中小河流水文中的發展必然性。

中小河流；監測與預警；發展必然性

概述

地理信息系統（GIS），是一個當前發展較快的一個信息科學分支，它的主要研究對象是地球的空間數據，主要研究方法是通過對地形等基礎資料的采集，存儲，結合數據庫的應用對空間數據進行良好的顯示和分析。這門涉及信息技術、測繪科學、地圖科學、系統科學等綜合性的學科被廣泛應用于資源調查、環境評估、災害預測、國土管理、城市規劃、郵電通訊、交通運輸、軍事公安、水利電力、公共設施管理、農林牧業、統計、商業金融等幾乎所有領域。主要作為獲取、處理、管理和分析地理空間數據的重要工具，它與計算機地圖制圖在許多方面有相同之處，但其特色是在處理非圖形的屬性數據與分析圖形單元的拓撲關系方面具有強大功能，并且它所用的數據分析方法具有很強的專業化特征，因此已成為地理學的重要技術手段之一[1]。根據水利部印發的《全國水利信息化發展“十二五”規劃》中“水文業務管理”部分和水利部水文局編制的《中小河流供水預報及服務系統建設技術指導意見》的要求，從水文業務管理的實際需要出發，也需要開發針對中小河流的水文監測與預警系統。面向對象的gis技術可有效地發揮其作用。

1 GIS在中小河流水文監測中的應用

計算機技術應用于管理領域已發生了翻天覆地的變化，而GIS技術的日趨成熟更給計算機在決策支持和信息管理方面提供了更為廣闊的發展空間。最近這幾年，GIS（Geography Information System）技術在水文與水資源領域使水利管理在辦公自動化方面產生質的飛躍，尤其是在中小河流監測與預警領域，GIS通過強大的空間分析能力，監測數據以多媒體形式呈現，分析結果以直觀的圖表呈現，提供對山洪的動態監測、預警，水利狀況的查詢和統計，以及對山洪爆發模擬分析和蔓延變化趨勢分析為決策者提供有力科學依據。它通過分析信息的空間分布，監測信息的時序變化，比較不同的空間數據集，實現對空間信息及其它各類信息的標準化管理與信息交換，使大量抽象、枯燥的數據變得生動、直觀和易于理解，并根據應用目的進行各種形式的專題表圖輸出。在此主要從以下幾個方面來綜述水文和水資源領域中GIS的應用。

1.1 GIS技術獲取部分基礎數據

GIS技術結合信息管理技術綜合集成屬性信息和空間信息，對數量繁多的站點以及河流進行統一管理。中小河流河段冗長，站點密集，每處河段和站點均采用人工測繪成本將非常高，因此利用GIS強大的空間分析能力，從公開的基礎數據如GOOGLEEARTH中KML格式的數據，對海量的中小河流域水文一些參數進行提取驗證，如河道的長度、坡度、分水嶺線、土壤分布及土地利用等。在基礎地圖上通過坐標將各處站點標記于圖上準確位置。

1.2 GIS技術與日常監測

中小河流日常監測結合了水文站地理位置分布、水系分布屬性、水文地質、歷史水文數據、天氣預報等眾多信息進行了采集，可通過GIS地圖查詢水文站點分布、查看實時或者歷史水文數據、查看水文報警點地理位置、查看儀器設備的工作狀況、利用GIS技術還可通過定位跟蹤設備，在圖形上顯示跟蹤系統巡檢人員的巡檢路線軌跡，起到考勤和監督的作用。

1.3 GIS技術與水資源管理

水資源管理信息系統（WRMIS）是緊密結合水資源空間與屬性數據庫構建起來的用于水資源規劃與管理的一種信息系統，能夠實現對水資源信息的查詢檢索、綜合分析、動態預測和評價、信息輸出等功能。通過結合GIS技術對管理信息系統的開發，可實現圖形和屬性數據的雙向查詢，使水資源數據管理走向更加系統、科學的道路。中小河流流域水資源管理系統以地理信息系統、監測數據管理系統以及數據庫為開發平臺，面向流域的、可視化的、動態的信息系統。系統以基礎地圖為背景建立流域基礎地理信息基礎庫，在空間數據庫中增加水庫、湖泊、取排水口、污染源等要素及地表水體、污染源、鄉鎮等基本情況表，地表水水體監測數據庫，污染源監測數據庫，以圖管站點、以圖管流域，實現遠程可視化以圖管水。

2 GIS技術在中小河流水文分析與預警方面的應用

2.1 GIS技術與水文模擬

GIS和水文模型的集成能提供許多傳統水文模型所無法提供的詳細的水資源評價信息，可最大限度地減少用戶選擇模型參數的主觀性，可節省分析時間，減少研究開支。實現時首先通過GIS對水文數據和相關屬性等進行預處理，將水文計算模塊植入GIS系統，最后進行模型結果的后處理，從而完成水文模擬的全過程。在中小河流水文監測中，充分挖掘水文監測數據的時間維度進行河道演變模擬、水沙數值模擬、洪水模擬、降雨一徑流分析模型模擬、水污染過程模擬、水質與生態環境綜合評價等諸多模擬動態變化過程，實現區域水資源的空間分析、管理模式區劃。

2.2 GIS技術與水文監測、預警

GIS作為基礎平臺，充分利用查詢、分析及可視化模擬功能，并在山洪災害的監測評估運行中發揮了巨大而獨特的作用。針對中小河流水勢特征，建立洪水災害動態空間數據庫，該數據庫集合了氣象數據、水文數據、基礎地理數據、社會經濟數據等，進行統一管理和維護[2]。根據氣象水文和基礎地形數據，率定水文預報模型，利用空間分析與網絡分析技術在GIS系統中模擬出洪峰大小和出現的時間。在基礎地形數據完備的情況下可根據洪水預報模型輸出的水位，基于數字高程模型計算淹沒范圍，當達到相應臨界值時，GIS即會產生預警，當預警產生后，基于GIS的洪水監測預警系統以預警方式提示防汛部門。

3 GIS技術在中小河流水文監測中的發展趨勢

GIS技術發展至今能為水文提供很好的服務，基本能滿足用戶需求，但是隨著數據規模的愈發龐大，信息系統需要結合云計算，采用更復雜的計算模型，以期達到更快的預警速度，更高的預警精度。同時，GIS技術是一門與GPS、GS技術緊密相關的學科，將GIS、GPS和RS技術配合使用，借助模型的建立能很好地用于水文監測、山洪預警和應急事件。基于“3S”技術的模型能幫助人們了解不同參數間的相互作用，并能提供山洪動態監測、預警、水文狀況的查詢與統計。“3S”技術的相互集合將會使水利行業將會走向系統互操作、數據多元化、系統模塊化、系統智能化、平臺網絡化、應用社會化的道路。在未來的發展中，充分的發掘水文歷史數據，GIS技術將會實現四維GIS、時態GIS、網絡GIS、開放GIS[3]。

[1]吳小芳，胡月明，徐智勇，黃茂軍，賴厚貴．基于GIS的水文信息系統的設計與實現[J].水文，2007（8）：71～79．

[2]黃娟.基于GIS的洪災預警與淹沒評估系統研究[D].南京：南京信息工程大學，2008.

[3]張弘剛，王虹，徐東晶．水文和水資源領域GIS應用綜述[J].吉林地質，2013，32（1）：129～132．

P338

A

1004-7344（2016）09-0097-01

2016-2-24

付莉（1989-），女，助理工程師，本科，水文與水資源工程專業，主要從事水文勘測工作。