基于GIS的中小河流水文监测与预警

付莉

（湖南省湘潭水文水资源勘测局 湖南湘潭 411100）

基于GIS的中小河流水文监测与预警

付莉

（湖南省湘潭水文水资源勘测局 湖南湘潭 411100）

当前，GIS技术已经被广泛地应用于中小河流领域，主要作用用于中小河流的监测与预警。本文主要针对GIS技术在山洪灾害以及水资源管理上的应用做了简要分析，旨在表明GIS技术在中小河流水文中的发展必然性。

中小河流；监测与预警；发展必然性

概述

地理信息系统（GIS），是一个当前发展较快的一个信息科学分支，它的主要研究对象是地球的空间数据，主要研究方法是通过对地形等基础资料的采集，存储，结合数据库的应用对空间数据进行良好的显示和分析。这门涉及信息技术、测绘科学、地图科学、系统科学等综合性的学科被广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。主要作为获取、处理、管理和分析地理空间数据的重要工具，它与计算机地图制图在许多方面有相同之处，但其特色是在处理非图形的属性数据与分析图形单元的拓扑关系方面具有强大功能，并且它所用的数据分析方法具有很强的专业化特征，因此已成为地理学的重要技术手段之一[1]。根据水利部印发的《全国水利信息化发展“十二五”规划》中“水文业务管理”部分和水利部水文局编制的《中小河流供水预报及服务系统建设技术指导意见》的要求，从水文业务管理的实际需要出发，也需要开发针对中小河流的水文监测与预警系统。面向对象的gis技术可有效地发挥其作用。

1 GIS在中小河流水文监测中的应用

计算机技术应用于管理领域已发生了翻天覆地的变化，而GIS技术的日趋成熟更给计算机在决策支持和信息管理方面提供了更为广阔的发展空间。最近这几年，GIS（Geography Information System）技术在水文与水资源领域使水利管理在办公自动化方面产生质的飞跃，尤其是在中小河流监测与预警领域，GIS通过强大的空间分析能力，监测数据以多媒体形式呈现，分析结果以直观的图表呈现，提供对山洪的动态监测、预警，水利状况的查询和统计，以及对山洪爆发模拟分析和蔓延变化趋势分析为决策者提供有力科学依据。它通过分析信息的空间分布，监测信息的时序变化，比较不同的空间数据集，实现对空间信息及其它各类信息的标准化管理与信息交换，使大量抽象、枯燥的数据变得生动、直观和易于理解，并根据应用目的进行各种形式的专题表图输出。在此主要从以下几个方面来综述水文和水资源领域中GIS的应用。

1.1 GIS技术获取部分基础数据

GIS技术结合信息管理技术综合集成属性信息和空间信息，对数量繁多的站点以及河流进行统一管理。中小河流河段冗长，站点密集，每处河段和站点均采用人工测绘成本将非常高，因此利用GIS强大的空间分析能力，从公开的基础数据如GOOGLEEARTH中KML格式的数据，对海量的中小河流域水文一些参数进行提取验证，如河道的长度、坡度、分水岭线、土壤分布及土地利用等。在基础地图上通过坐标将各处站点标记于图上准确位置。

1.2 GIS技术与日常监测

中小河流日常监测结合了水文站地理位置分布、水系分布属性、水文地质、历史水文数据、天气预报等众多信息进行了采集，可通过GIS地图查询水文站点分布、查看实时或者历史水文数据、查看水文报警点地理位置、查看仪器设备的工作状况、利用GIS技术还可通过定位跟踪设备，在图形上显示跟踪系统巡检人员的巡检路线轨迹，起到考勤和监督的作用。

1.3 GIS技术与水资源管理

水资源管理信息系统（WRMIS）是紧密结合水资源空间与属性数据库构建起来的用于水资源规划与管理的一种信息系统，能够实现对水资源信息的查询检索、综合分析、动态预测和评价、信息输出等功能。通过结合GIS技术对管理信息系统的开发，可实现图形和属性数据的双向查询，使水资源数据管理走向更加系统、科学的道路。中小河流流域水资源管理系统以地理信息系统、监测数据管理系统以及数据库为开发平台，面向流域的、可视化的、动态的信息系统。系统以基础地图为背景建立流域基础地理信息基础库，在空间数据库中增加水库、湖泊、取排水口、污染源等要素及地表水体、污染源、乡镇等基本情况表，地表水水体监测数据库，污染源监测数据库，以图管站点、以图管流域，实现远程可视化以图管水。

2 GIS技术在中小河流水文分析与预警方面的应用

2.1 GIS技术与水文模拟

GIS和水文模型的集成能提供许多传统水文模型所无法提供的详细的水资源评价信息，可最大限度地减少用户选择模型参数的主观性，可节省分析时间，减少研究开支。实现时首先通过GIS对水文数据和相关属性等进行预处理，将水文计算模块植入GIS系统，最后进行模型结果的后处理，从而完成水文模拟的全过程。在中小河流水文监测中，充分挖掘水文监测数据的时间维度进行河道演变模拟、水沙数值模拟、洪水模拟、降雨一径流分析模型模拟、水污染过程模拟、水质与生态环境综合评价等诸多模拟动态变化过程，实现区域水资源的空间分析、管理模式区划。

2.2 GIS技术与水文监测、预警

GIS作为基础平台，充分利用查询、分析及可视化模拟功能，并在山洪灾害的监测评估运行中发挥了巨大而独特的作用。针对中小河流水势特征，建立洪水灾害动态空间数据库，该数据库集合了气象数据、水文数据、基础地理数据、社会经济数据等，进行统一管理和维护[2]。根据气象水文和基础地形数据，率定水文预报模型，利用空间分析与网络分析技术在GIS系统中模拟出洪峰大小和出现的时间。在基础地形数据完备的情况下可根据洪水预报模型输出的水位，基于数字高程模型计算淹没范围，当达到相应临界值时，GIS即会产生预警，当预警产生后，基于GIS的洪水监测预警系统以预警方式提示防汛部门。

3 GIS技术在中小河流水文监测中的发展趋势

GIS技术发展至今能为水文提供很好的服务，基本能满足用户需求，但是随着数据规模的愈发庞大，信息系统需要结合云计算，采用更复杂的计算模型，以期达到更快的预警速度，更高的预警精度。同时，GIS技术是一门与GPS、GS技术紧密相关的学科，将GIS、GPS和RS技术配合使用，借助模型的建立能很好地用于水文监测、山洪预警和应急事件。基于“3S”技术的模型能帮助人们了解不同参数间的相互作用，并能提供山洪动态监测、预警、水文状况的查询与统计。“3S”技术的相互集合将会使水利行业将会走向系统互操作、数据多元化、系统模块化、系统智能化、平台网络化、应用社会化的道路。在未来的发展中，充分的发掘水文历史数据，GIS技术将会实现四维GIS、时态GIS、网络GIS、开放GIS[3]。

[1]吴小芳，胡月明，徐智勇，黄茂军，赖厚贵．基于GIS的水文信息系统的设计与实现[J].水文，2007（8）：71～79．

[2]黄娟.基于GIS的洪灾预警与淹没评估系统研究[D].南京：南京信息工程大学，2008.

[3]张弘刚，王虹，徐东晶．水文和水资源领域GIS应用综述[J].吉林地质，2013，32（1）：129～132．

P338

A

1004-7344（2016）09-0097-01

2016-2-24

付莉（1989-），女，助理工程师，本科，水文与水资源工程专业，主要从事水文勘测工作。