GIS在菏泽市水资源管理可视化中应用

赵永才

（鄄城县水务局，山东 鄄城 274600）

GIS即 Geographic Imformation System，是加拿大著名的测量学家Roger R Tomlinson提出了的融测量学、地理学、拓扑学、系统科学、计算机科学为一体的新兴边缘科学，意在计算机、数据库、人工智能等软硬件技术支持下构建对地理事象予以信息采集、管理、分析、空间信息可视化、信息发布的决策系统。

1 GIS在水资源管理中的可视化应用

1.1 基于GIS的水文水资源信息管理

GIS不仅能够管理属性信息，还能够编辑、管理、处理、维护空间信息，这是GIS区别于其他信息系统的关键特征。GIS的信息管理这项基本功能应用于水文水资源管理中，可实现对水文信息以及以水文信息为载体的相关信息进行查询、检索、特殊处理，从而达到对目标信息进行汇总整理、属性描述、分析决策的功能。按照信息化处理流程，主要包含3个方面：1）信息获取。水文水资源离散信息中针对天然水的有地理位置、形状、数量、范围、时间等信息，如某水文站监测数据所包含的经纬度坐标、高程、河段位置、流域范围、流量大小等数据。2）信息管理。水文水资源要素实体及其属性信息的编辑是水资源管理的重要内容之一，如历史数据的更新均需要对其进行重新赋值、要素重构、新建拓扑关系等。3）信息应用。将相关的目标信息予以可视化表达。

1.2 基于GIS的水文模拟可视化

应用GIS水文模拟功能将气象水文监测数据作为主要资料予以输入，辅以数字地形和数字高程模型测算径流过程，从而实现水文过程模拟。GIS作为地理空间信息可视化集成平台，通常沿用其 TOPMODEL、IHDM、SHE、TIN 等子模块对流域特征进行提取。常见的应用GIS的水文模拟模型主要有动态分布式降雨径流模型、分布式流域物理水文模型、作物蒸散量模型、流域生产动态模型。为说明GIS在水文模拟可视化中的应用，以30 m分辨率的DEM数据为基础，在ArcGIS10.2的平台上应用掩膜分析工具提取镶嵌好的菏泽市数字高程模型，然后应用Hydrology模块，提取流域分布。

1.3 基于GIS的水文资源数据库

水文水资源信息数据库是水文信息化建设的重要内容之一。地理空间实体具有空间性、拓扑关联性，GIS系统以特定的数据组织结构将地理数据予以存储和建立空间索引，从而形成了空间数据库。水文水资源信息系统中包含多种实体要素，按照数据类型一致的原则将数据层予以划分，从而进行分层组织存储。根据水文水资源要素类、要素集、对象表、几何网络关系，在此基础上利用ArcCatalog建立Geodatabase空间数据库。

1.4 基于GIS的水环境评价与规划

水污染控制是水资源保护的重要工作，对于排污管网、功能水域的空间分布、承载量等信息可用地图式信息进行管理，以便在环境建设、城市规划布局中对其加以防范和规避。在水环境监测方面，可应用GIS空间分析、查询等功能，如对于发生的电源污染，获知排放强度、径流通径等信息后可应用缓冲区分析、空间插值、SWAT等模块预测失控场的分布特征，在此基础上采取应急解决措施。

2 基于GIS的菏泽市水环境承载力评价

2.1 数据来源

以时域为2011—2015年的各指标平均值为基础，以菏泽市县域为评价单元。鉴于时间序列和相关指标需要，从《中国统计年鉴》（2012—2016）、《山东统计年鉴》（2012—2016）、《菏泽统计年鉴》（2012—2016）中提取基础数据。基本数据处理、熵权计算在Excel 2016中进行，水资源承载力可视化在ArcGIS10.2中进行。

2.2 评价方法与过程

1）构建水生态环境承载力评价指标体系。将影响水生态环境的因素划分为3个层次：经济社会、水资源然环境、人类活动，指标如表1所示。

2）采用熵权法计算权重，并归一化正负指标，计算菏泽市县域水生态承载力指数。

式中

指标归一化方式如下：

正向指标：yij=（xij－minxj）/（maxxj－minxj）

负向指标：yij=（maxxj－xij）/（maxxj－minxj）

表1 衡水市生态安全评价指标体系

3）水生态承载力评价与GIS可视化。单项指标表征某一因子对水资源安全的作用程度，运用综合指数法，将各项指标标准化值与指标贡献值加权求和则能量化反映区域水资源安全综合水平。

2.3 可视化结果

图1 基于GIS的菏泽市水环境承载力可视化

如图1所示，菏泽市以县域为单元的水生态承载力呈现空间差异。就社会系统而言，郓城、定陶、巨野承载力较好，而菏泽市区最差，其他县区居中；就自然环境系统来讲，东明、曹县的环境承载力居于较高水平，巨野和成武相对较差；就人为响应系统来说，定陶的承载力最差，其次为巨野、成武，再次是市区、东明、郓城，最好的是曹县、单县和鄄城。综合来看，菏泽市各县水生态承载力依次为菏泽＜成武＜巨野＜定陶＜单县＜鄄城＜东明＜郓城＜曹县。其中市区水环境承载力居于最低等级；成武、巨野为第二等级；定陶、郓城、东明、鄄城属于第三级；郓城、曹县属于第四级，该结果可为水环境保护、生态规划、水源涵养提供决策依据。

[1]吴曦.基于Grass GIS水文分析算法并行化研究与实现[D].南昌大学,2016.

[2]张亮.基于GIS的忻州市水文地质空间信息系统研发[D].中国地质大学（北京）,2014.