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摘要：本文首先介绍了地理信息系统的基本概念及原理，然后分析了水文水资源对地理信息系统的要求，最后分析了地理信息系统在水资源管理、水土保持及防汛减灾中的应用。关键词：地理信息系统；水资源管理；水土保持；防汛减灾前言近年来，地理信息系统技术在水文水资源上的应用不断深入，很好地支持了水文水资源的信息采集、管理、水文模拟和描述各种水文要素如河道、流域、水文网络、水文地理信息等。地理信息系统（GIS）是一种兼容存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。它在最近30多年里取得了惊人的发展，现已广泛应用于资源调查、区域发展规划、公共设施管理、交通管理等领域，成为一个跨学科、多方向的研究领域。地理信息系统是一种特殊的信息系统，与其它一般的信息系统相比，GIS具有空间特性。它在分析和处理问题中都使用空间数据和属性数据，并通过数据库管理系统将两者联系在一起共同管理、分析和应用，从而提供了一种基于地理对象的新思维方法。GIS强调空间分析，通过空间分析模型来分析空间数据，它的成功应用依赖于空间分析模型的研究和设计。1水文水资源对地理信息系统的要求地理信息是水文水资源的重要基础信息之一，85%以上的水文信息都跟地理信息相关。传统的对地理信息的手工处理方式已经被科学技术的进步所淘汰，水文水资源需要运用先进的信息管理手段来提高工作效率，推进信息化建设进程。地理信息系统技术为水文水资源信息管理的标准化、网络化、空间化提供了有效的工具。建设水文信息系统时，要以地理信息系统为框架。由于国家政策上的引导，加上国内水文用户的技术储备和技术需求都达到了一定的层次，同时又借助世界上最先进和成熟的地理信息系统技术，所以地理信息系统技术最近几年在国内水文行业应用情况的发展势头迅猛，应用水平甚至超过了某些传统领域。由于水文水资源行业的特点，要求在开展信息化工作、建设信息化系统时，要着重考虑以下几个方面：（1）系统要具有良好的可扩展性。由于经费、现阶段的应用需求，以及当前信息技术的发展等各种条件的制约，使得任何一个水文水资源信息系统在设计和规划之初，都无法一步到位。因此，要从宏观、长远、发展的角度来统筹规划。系统建设初期，应以实现常用的迫切的基本功能为主，以后再逐步进行功能扩展，逐渐将系统建成功能完善的决策支持系统。因此，要求基于地理信息系统的系统建设要具有良好的可扩展性，由初级搭建到构架完善，可以无缝扩展，系统数据和程序能够平滑移植。（2）系统要以数学模型和决策分析为支撑。仅仅应用地理信息系统仅进行简单的浏览、查询和空间数据显示是没有太大意义的，水文行业更迫切需要的是深层次的，带有辅助决策支持的系统。这就要求地理信息系统平台具有强大的空间分析功能，以便对各种水文数据进行深层次的研究与分析，使系统起到辅助决策的作用，为有关部门提供科学的计算结果和决策依据。（3）系统界面友好、工具丰富。图文并茂的界面是地理信息系统的特点，在系统拥有强大功能的同时，也要求使用简单，易于操作。系统要提供丰富的数据编辑工具和专业的制图功能。（4）系统要应用先进技术，并具有良好的开放性。水文信息化系统建设过程中要涉及到计算机技术、数据库技术、通信技术、GIS技术、遥感技术、GPS技术以及网络技术等，从长远、整体、可持续发展的角度看，系统的技术先进性与开放性问题十分重要。因此要求地理信息系统平台一定要遵循国际通用标准，并结合最先进的IT技术，既保证系统的先进性、可发展性，又保证系统的资源共享和开放。（5）系统要能够管理海量数据。由于行业的特殊性，水文信息系统综合数据库是由水文数据库、实时水雨情库、工程信息库、社会经济信息库、基础地形图库、动态影像库、历史数据库、方法库、超文本库等多个数据库组成。庞大的数据量要求地理信息系统具有海量数据管理功能，同时还要求具有高效、安全、分布式管理等功能特点，确保系统基础的稳定性。（6）系统要支持综合信息的网络发布。在网络技术和环境日趋成熟和完善的时代，水文部门要借助网络技术，充分利用网络资源，实现资源共享，这就要求地理信息系统支持Browser/Server模式，支持Internet/Intranet技术，能够结合最先进的网络技术，提供综合信息的网络化服务。2地理信息系统在水文水资源中的应用水文建设是关系着国计民生的重要工作，随着技术的不断发展，地理信息系统在水文行业的应用也越来越深入、广泛。目前，地理信息系统在我国水文行业的应用已经颇具规模，在水资源管理、防汛抗旱、水土保持监测、水环境监测评估、水文地质、农田灌溉等应用领域中得到了广泛的应用并产生很大影响。2.1地理信息系统在水资源管理中的应用水资源是国家发展中的三大战略资源之一，水资源可持续利用已成为我国经济社会发展的战略问题。但由于人类对水资源规律认识的不足以及常规的规划和管理手段的局限性，对水资源实现综合全面的管理难度很大。随着计算机技术的发展尤其是地理信息系统技术的逐步成熟，开发基于地理信息系统的综合水资源管理系统成为可能。水资源管理是对水资源的开发、利用、治理、配置、节约和保护等方面在系统层次上的定量分析和综合集成。一方面它提供了进行流域国土规划和经济布局规划的水资源基础，另一方面它通过对水量时空分配的再调整和水环境标准的制定，协调了防洪除涝、节水灌溉、城镇供水、水利发电、水土保持等专项规划之间的关系，在人类开发利用水资源的全过程中占有重要地位。由于水的流动性特点，在流域内一个点上的扰动会影响到周边和下游地区，因此在进行水资源综合管理的过程中，必须基于相应的环境模型分析各项管理战略和开发方案的环境影响，同时结合当地的自然和社会条件，以及各方对水资源功能的要求进行综合、分析和比较，最终拟定水资源管理的最优方案。在进行水资源规划和管理过程中，需要运用各种环境过程模型，如稳态和动态水流模型、多维水质模型和污染扩散模型等。这些模型大都具有明显的空间特性，但这些环境模型在对空间数据的操作尤其是在结果显示方面仍显困难，而空间分析和空间数据管理正是地理信息系统的优势。地理信息系统可以为这些环境模型提供整体的基于GIS逻辑原理的空间操作规范，用以反映具有空间分布特性的模型研究对象的移动、扩散、动态变化及相互作用过程。在地理信息系统中，基本概念是空间位置、空间分布和空间关系，而基本研究对象是被抽象成点、线、面的空间实体及其相关属性。与之相对应，在环境模型中，基本概念是物质、能量及其运动转化，而基本研究对象是诸如水、人口等明显具有空间分布特性的环境要素。地理信息系统和环境模型在概念和研究对象上的相似性、互补性，使得二者的结合既合理又具有实用价值。在长江流域水资源管理系统的建设过程中，地理信息系统作为基础的数据平台对数字化地图等空间数据和水文信息等属性数据进行统一的管理，同时，地理信息系统还为长江流域规划项目中所采用的水量模型和水质模型等提供了统一的数据接口，将各个环境模型很好的衔接和协调起来。地理信息系统强大的图形处理和输出能力更为水资源管理决策提供了直观的数据支持。从长江水资源管理系统实际的应用情况来看，地理信息系统技术在长江流域水资源相关空间数据的获取、管理、分析、模拟和显示等方面起到了不可替代的作用，在评价水资源规划方案和进行复杂的水资源管理决策方面也起了重要的支持作用。2.2地理信息系统在水土保持中的应用我国七大江河流域的水土流失和土壤侵蚀问题是关系着流域生态环境、经济发展，甚至是七大江河流域实现可持续发展的大问题。水土流失的类型包括水蚀、风蚀、冻融侵蚀等各种类型，并且有大量的滑坡、泥石流等山地灾害。可见，流域的水土保持工作是一个长期而艰巨的任务。水土保持工作中常用的基础数据包括土地利用现状、植被、土壤、地质、坡度、高程、降水量等数据，其中土地利用现状、植被、土壤、地质等专题图可以通过遥感技术来获得，分类矢量化以后作为地理信息系统的数据图层；坡度、高程等指标可以通过地形图提取。因此，利用地理信息系统强大的空间数据存贮、分析功能进行水土保持监测是当前发展的必然趋势。水土保持监测包括土壤侵蚀和治理情况两个大的方面。通过地理信息系统与遥感技术的有机结合，分层次建立水土保持本底信息库，对治理区按年度监测各项指标，建立动态的监测管理信息系统，用相应的评价模型对土壤侵蚀和治理效果进行动态分析。具体做法可利用高分辨率遥感数据获得治理动态变化的指标，利用全球定位系统进行定点定位，确保各项监测指标在不同的时间序列上地理位置一致。监测成果以数据库、图像库、视频文件等多种方式表达、各地方监测点通过网络上报统计数据，逐级汇总，最后上报到监测中心。监测中心通过水土保持监测网站向社会定期发布水土保持成果或向国家相关部门上报，实现最终的监测目标。当前，全国已经建立了很多基于地理信息系统的水土保持管理系统，如长江流域水土保持动态监测系统等。2.3地理信息系统在防汛减灾中的应用我国是自然灾害频发的国家，随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，灾害造成的损失也越来越严重，仅洪涝灾害在最近几年造成的损失就高达每年平均千亿元左右。国家和各级政府对防洪减灾十分重视，各生产和科研部门也投入了大量人力和物力研究防洪减灾的工程和非工程措施。在非工程措施中，不少流域先后都建设了防洪决策支持系统，在地理信息系统技术和先进的通讯手段的支持下，进行洪水预报、调度、灾害损失评估、减灾措施和水利工程效益分析等。将地理信息系统与图像处理、航空摄影及遥感等技术结合，可对洪灾损失及灾后重建计划进行评估。也可利用地理信息系统结合水文和水力学模型用于洪水淹没范围预测。如地理信息系统空间分析扩展模块可用于分析和存储流域地貌特征，提取有关参数，作为地表径流模型的输入文件。将地表径流模拟计算成果与河道断面信息结合，输入水力学模型中，即可预测给定位置的水深。将计算出的水面高程数据输入到地理信息系统中，并覆盖在地形表面，从而确定出洪水可能的淹没范围。再将此淹没范围图与有关基础设施、土地利用、人口密度等其它专题图综合进行分析，可以预测洪水的影响，便于采取应急措施。当前，全国已经建立了很多基于地理信息系统的防汛减灾系统，比如防洪规划信息管理系统、长江防洪智能应急响应系统等。3结语地理信息系统技术的应用促进了水文水资源领域的发展，反之，水文水资源领域对地理信息系统技术的需求又促进了地理信息系统的发展，同时也应认识到水文水资源、地理信息系统是不断发展的概念，随着技术的进步和社会需求的变化，其含义也会发生相应的变化。随着“数字地球”、“数字水利”概念的提出和工程水利向资源水利，传统水利向现代水利、可持续发展水利的转变，水利信息化是必经之路，因此地理信息系统技术与水文水资源紧密结合的应用前景将非常远大。