GIS技术在水文预报中的应用—以长春新立城水库为例

赵晓敏 李本怀

（1.长春市石头口门水库管理局，吉林长春 130524；2.吉林省水文水资源局长春分局，吉林长春 130500）

GIS技术在水文预报中的应用—以长春新立城水库为例

赵晓敏1李本怀2

（1.长春市石头口门水库管理局，吉林长春 130524；2.吉林省水文水资源局长春分局，吉林长春 130500）

介绍了GIS技术的基本功能，结合长春水库的实例对GIS技术在水库洪水预报调度系统的应用做了简单探讨，以便于对水文情报预报中 GIS技术及其组件系统的应用进行研究。科学技术的不断发展也带动着水文情报预报技术的发展，当前的水文预报工作已经向自动化和网络化放行转变，GIS作为一种集综合分析和数据空间处理为一体的新技术，如今已经被广泛应用于各类信息系统的设计与实现。本文主要的研究方向就是GIS技术在洪水预报中的应用，GIS现已成为水利预报中最为强而有力的一项工具。笔者以长春水库文水预报调度系统的开发为例，对 GIS在水文预报中的应用情况和发展趋势作相关的分析。

GIS技术；水文预报；长春；应用研究

1 GIS在水文预报中应用的重要性

1.1 地理信息系统类型与开发技术

GIS是地理信息系统（Geographic Information System）的简称，准确地说 GIS 是一种系统，他主要是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统。一般而言，GIS在系统设计方面比较注重对空间数据的收集、管理、处理、分析、建模以及显示等处理模块，这一系列的运用模式能使复杂的规划和管理问题得到简化，进而为深入的分析和决策提供理论基础。

地理信息系统可以根据系统基本功能分为两大基本类型，分别为工具型地理信息系统和应用型地理信息系统，前者主要包括以GIS为工具对数据进行输入、存储、处理、分析以及输出等处理。后者则是注重具体的应用，主要包括地理信息系统和区域综合地理信息系统，需要根据具体的专业、领域或工作内容对GIS进行应用设计。

上文中提到的工具型GIS软件目前在国际上的发展已经比较成熟，但是其提供的功能却比较有限，尤其在二次开发语言的功能方面尤为薄弱，除此之外，工具性GIS还具有程序移植性差和难以满足应用型GIS的开发需求等问题。在应用型GIS技术的开发中，应用的主流技术为GIS功能组件的集成开发，其主要以COM和ActiveX技术为基础，GIS组件是被直接嵌入到通用可视化开发环境中去的。

MapX是一种具有较强地图分析能力的ActiveX控件产品，它的主要功能为绘制专题地图绘制、绑定数据、图层化、栅格图像、选取对象、地图编辑以及链接远程空间服务器等。由于它是一种基于Windows操作系统的标准控件，因此对大多数标准的可视化开发环境都能提供支持，例如Visual C++、PowerBuilder以及Visual Basic、Visual等程序语言。这就方面了工作人员，他们能够使用自己熟悉的开发语言将地图功能嵌入到应用系统中，进而实现 MapInfo Professional拥有的大多数地图编辑功能和空间分析功能[1]。

GIS与计算机硬件、计算机操作系统，建设元数据库，挖掘数据，管理数据库以及自动化成像等技术都有着紧密的联系，且由于上述的各中技术都处于不断发展变化中，因此也给GIS注入了变化活力，使其发生深刻的变化。GIS在水利行业的应用程度和发展趋势不仅取决于GIS技术本身的发展，水利行业数字化的进程推动情况对其也有巨大的影响。只要坚定不移地遵循以信息化带动水利现代化的建设战略方针，就能实现GIS在水利行业越来越广泛应用，其产生的影响也会不断扩大进而成为管理和决策的支撑技术。

1.2 GIS应用于水文预报的重要性

目前GIS技术在我国的应用还是非常广泛的，具体包括在减灾防汛、水环境以及水土保持等水文领域的应用。关于GIS在上述的几种水文领域中的应用描述如下。

在减灾防汛的领域之中，使用GIS技术能够对城市的积水状况和退水状况进行准确预报，并实现对现有排水设施情况的管理和更新以及对排水设施进行设计和规划。在对城市绿地的面积和位置进行规划的过程中，GIS技术可以对暴雨的空间特征、街道积水以及暴雨的分布等情况进行可视化的显示和储存，且其具有高分辨度、多层次、高频率地更新数据以及维护和管理数据等优点。

除此之外，GIS在水文信息的评估方面也具有重大作用，包括对基础背景数据的管理、对空间和属性数据的查询、统计数据以及显示、检索等等。在水土保持功能实现方面，GIS的应用也是较为全面的。具体包括对土壤是否发生侵蚀进行判断、划分土壤侵蚀的程度、对土壤侵蚀量进行计算、对水土保持效益进行评价、研究泥沙输移状况以及模拟和预测土壤侵蚀过程等。进行水土保持工作实现时一般采用平台为建立的GIS模型，这一特点是区别GIS在其他领域中应用的最大标准[2]。

地理信息技术、遥感技术以及全球卫星定位系统等技术的使用为空间信息的管理分析、应用更新以及存储等方面都提供了强大的技术支持。RS技术实现图像信息的采集，GPS技术为处理环节提供位置信息，而GIS则负责最后阶段的技术手段处理，如图像处理和分析应用等等。这三项先进技术的联合使用能够为水文预报工作提供精确的数据资料，能够通过动态电子地图对不同水文领域的信息进行查看，同时还可以通过对人工神经网络的应用控制对洪峰流量以及降水等水文要素进行合理分析，为减灾防汛提供真实科学理论数据支持。

2 GIS技术在长春水库水文预报中的应用

以长春市为例，对GIS在城市水库洪水预报调度系统开发中的应用做简单的探讨，目的是为实现水库的安全运行和水资源的优化调度提供科学的理论依据，实现集数据处理、查询显示、洪水预报以及水库调度等功能为一体的计算机控制系统。

长春市新立城水库位于长春市东南部，与长春市中心相距16km，其主要功能为向长春市提供供水、防洪以及灌溉等综合服务。新立城水库坝址以上河长为90.2km，拥有总计为1970km2的控制流域面积，其基本河槽宽约10～20m，河深约3～5m，坡降千分之一至两千分之一，总库容约达5.92亿km3，设计供水量为8880万km3，洪水河滩宽1～3km。整个新立城水库略成长方形形状，拥有20.7km的平均宽度，流域内山地约占三分之二，其余为河谷低平地。

尽管新立城水库流域面积不大，但是由于防洪库容较小，且流域暴洪具有降雨历时久、强度大以及洪水陡涨陡落等特点，因此对水库流域的水文特性尽心深入研究显得尤为迫切，需要开发一个适用于长春新立城水库水文预报的计算机模型，以确保正常供水、水库安全以及下游防洪等功能的正常实现，提高水库运行调度和管理水平[3]。

在对长春市新立城水库进行水文预报降雨产流模型时，我们可以采用双抛物线改进型新安江模型，对地下径流汇流采用地下线性水库的方法，将递推数值滤波技术应用于对实测流量过程的分割，采用模拟慢退火法对模型进行最优率定。对历年暴雨之前的水库水位及降雨情况等数据进行提炼并分析，获得包括降雨量、水库水位以及泄流的流量过程等相关的水文资料，来对雨量进行观测并推断出全流域的平均降雨量。进行这样的模型研究时，需要注意的是由于数据的漏测和测定时间间隔长等因素，水库水位观测上的误差限制了流量过程线推流的质量，因此选取数据时就应当选取相对比较完整的挖场洪水进行本项研究。

尽管长春市的大部分地方都不同程度地发生过暴雨，但是大多数情况下都属于小范围局部暴雨，造成的危害性不大，而少数大范围区域性暴雨或特大暴雨由于其历时较长，雨量较大，因此往往对暴雨发生地或下游地区造成巨大的危害。有数据统计显示，长春历年来的大范围区域性暴雨或特大暴雨，发生地点多为饮马河中上游。此模型将1991年的特大暴雨投入了长春新立城水库的水文预报，将那次特大暴雨进行入库流量还原计算，并对这次特大暴雨预报情况进行分析[4]。

GIS技术在水文预报中的应用研究为地面径流汇流提供了一种有效的方法，它能有机地将流域地形分布特征和地面径流汇流机理进行结合，使得各参数都拥有很明确的物理意义。对长春新立城水库的流域水文预报进行的模型应用表明，GIS技术在水文预报工作中具有较高的精度，能够满足长春新立城水库运行调度和控制的要求，可以被投入到实际应用中去。

[1] 王光明,粱秀娟,肖长来,于景录.GIS技术在水文水资源领域中的应用现状与发展趋势[J].吉林水利,2009（6）

[2] 李志家.基于GIS的DEM和分布式水文模型的应用比较[J].水利学报.2006（08）

[3] 刘佳,于福亮.GIS在水文水资源领域中的应用进展[J].水电能源科学.2007（02）

[4] 郑作伟.GIS在水文情报预报中的应用[J].山东理工大学学报（自然科学版）.2007,（04）

P338

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1008-1305（2013）02-0064-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2013.02.019

赵晓敏（1978年-），女，工程师。