水文信息处理系统在新疆地区的应用对比研究

刘 越

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 乌鲁木齐 835000)

新疆地处我国西北内陆，水资源短缺是制约这一地区的主要问题之一。建立完善的水文信息分析处理系统不仅能提高流域水资源的科学管控，还能为流域地区的节水改造、防汛抗旱等提供重要的监测数据，以便做出合理的决策[1- 2]。

目前，处理水文信息的方法较多，如DEM法、Mapinfo法、GPRS网络法、webgis法等[3- 8]，由于这些方法方法针对的侧重点、适用的地区环境不同，程序的处理方法也有较大差别，因而对水文信息和数据处理结果也会产生差异，其中尤以DEM法和Mapinfo法最为常用。如何选择合适的水文信息处理系统对于该地区的水文信息化建设至关重要。本文以新疆克孜河、叶尔羌河及皮里青河为例，对比分析DEM和Mapinfo法应用于该地区流域水文信息处理的效果，可为该地区水文信息化建设提供理论支撑和指导。

1 两种水文信息系统简介

1.1 基于ArcGIS的DEM提取法处理系统

ArcGIS为用户提供一个可伸缩的、全面完整的GIS软件平台，用户可收集、组织、管理、分析、交流和发布地理信息。ArcGIS中基于DEM(Digital Elevation Model，数字高程模型)法，可以从数据中提取等高线、特征点、特征线等基本信息，包含了丰富多样的地形地貌和水文信息，可反映不同分辨率下地形特征。一般而言，DEM水文信息分析法处理水文信息步骤为：①收集流域地区资料，包括等高线、特征点、特征线等；②基于DEM法提取流域地区的地形形态；③提取流域河网信息；④绘制流域分水岭；⑤水文信息参量计算；⑥计算结果的分析和验证。

1.2 Mapinfo法处理系统

MapInfo是一种数据可视化、信息地图化的桌面解决方案。通过该系统，可以将与水文信息相关的空间数据和属性数据有机结合，通过Mapinfo系统处理，将等值线、雨水信息、流域信息等实时地以自动化、图形化的形式直观表达出来，便于用户分析和作出决策。该方法与DEM法类似，一般遵循以下分析步骤：①收集水文信息原始数据；②对数据进行储存和采集，即地图矢量化；③水文信息参量计算；④站点实时信息直观显示；⑤分析验证和做出决策。

2 两种方法处理效果对比

2.1 流域面积

DEM系统在基于D8方法、最小坡度及最小给水面积阈值的原则基础上，通过填洼和削峰、栅格处理、矢量化处理等关键步骤后，会将不同河网信息提取出来，并通过分水岭提取，即可得到相应的流域面积；Mapinfo系统将原始数据提取过后进行矢量化处理，并通过等值线、等值面、频率等信息分析，得到相应的流域面积并将其它水文信息实时直观显示。以克孜河卡拉贝利水文站、叶儿羌河卡群水文站、克里雅河努努买买提兰干水文站数据为例，将1∶25万的电子等高线数据分别输入两种系统，得到的流域面积与实测值的对比见表1。从表中可以看出，利用DEM法得到的流域面积较MapInfo法得到的流域面积更接近于实测面积，最大相对误差仅为1.61%，平均相对误差为1.4%，而MapInfo法最大相对误差为4.09%，平均相对误差为3.52%，可见，DEM系统在流域模拟精确上要高于MapInfo系统。

表1 不同方法提取流域面积精确度对比

2.2 水位

图1 两种方法水位计算值与实测值对比

以2016年每月实测水位数据为例，分析得到水文站实测值与系统计算得到的水位对比，如图1所示。从图中可以看出，DEM法和MapInfo法均能较好地预测流域水位的变化趋势，但通过仔细对比可以发现，DEM系统预测精度要高于MapInfo系统，其在三条流域地区的平均误差率仅为1.8%，而MapInfo法计算得到的平均误差率为2.63%。

2.3 流量

对克孜河、叶儿羌河[9]及克里雅河[10]的年平均流量和径流量数据分析，得到实测值与两种水文系统处理方法计算值的对比，如图2所示。从图中可以看出，两种水文信息系统得到的年均流量和年均径流量变化趋势一致，且得到的年均径流量和流量值大小与实际值相差不大，但DEM法得到的计算值与实测值平均误差率仅为0.68%，而MapInfo得到的计算值与实测值平均误差率为1.66%。可见，在DEM水文系统在预测和计算流量方面的精确度要稍高于MapInfo系统。

图2 两种方法流量计算值与实测值对比

2.4 降雨量

以三条流域的季平均降水量为例，分析得到计算值与实测值之间的关系，如图3所示。从图中可以看出，DEM法和Mapinfo法分析得到的季度平均降雨量与实测值十分接近，表明两者对于预测分析流域的降雨量具有较高的精度，且两者的平均误差率均小于1%(DEM法计算误差率0.83%，Mapinfo法计算误差率0.67%)。

图3 两种方法降雨量计算值与实测值对比

3 结语

水文信息化建设是各地区进行流域科学管理的重要前提，对于流域的防洪抗旱，节水灌溉等均具有重要意义。基于ARCGIS的DEM分析法和Mapinfo法能够实现对原始数据强大的处理和运算能力，不仅解决了水文信息统计分析时大量的计算工作，还可以大大提高计算速度和准确度，同时较传统的人工计算更直观形象。本文通过对两种方法在新疆部分流域的应用对比分析，以流域面积、水位、流量和降雨量等计算参数为对象得出：DEM水文处理系统较Mapinfo具有更高的精度和准确度，更适用于改地区的水文信息化建设，可为该地区水文信息化建设提供理论支撑和指导。

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