(四川省雅安水文水资源勘测局，四川 雅安，625000)

引言

由于我国的区域气候特点与自然地理要素之间有着明显的差异，导致水资源分布失衡，因此，合理进行水资源信息化管理对人类与自然和谐相处具有重要意义。水文工作的基本资料就是水文数据，但传统意义上的水分数据一般是通过文字、表格的形式装订成册进行保存管理，但这样的管理模式给水文数据收集、应用、处理带来了诸多问题，比如数据信息处理繁琐、采集的信息量庞大以及数据类型错综复杂等[1]。这些问题的出现会严重影响水文工作的进展，可能会导致相关数据回馈的内容不准确，以及工作效率下降。

地理信息系统[2]是基于计算机软硬件设备的支持下形成的空间信息系统，同时也是当今信息技术包含的一项重要内容。利用计算机分析和解决一部分地理空间生成的信息同时采用可视化的方式输出，进而为决策者和管理者提供更优质的服务[3]，这是GIS技术的核心内容。因此，在水文水资源领域使用GIS技术，收集海量水文数据以及存储、分析、处理和显示这些数据，从而为水文水资源规划管理、水资源保护、水文地质调查、水文模型构建和防洪减灾等提供高效准确的决策依据和技术支持。

1 GIS技术发展现状

加拿大Roger F.Tomlinson科学家在1963年第一次创建了适用于自然资源规划与管理的地理信息系统；在1969年，成立了第一个环境研究机构(ESRI)，经过不断的发展，该机构发展成了全球性的GIS技术供给商。20世纪70年代以后，国外许多国家陆续把GIS技术应用于各个方面，比如美国的地质勘查机构研发出典型的地理信息编制；法国则建设了地理数据库系统和深层地球物理信息编制；1974年，日本成立了地理调研机构，研发出数字地面信息编制。从20世纪80年代至今，伴随着计算机在价格上的下调，计算机技术便被深入推广和使用，在图形存储设备、输入设备、输出设备快速发展的基础上，GIS技术也不断更新换代，对人们的生产、生活都产生了巨大影响。

与其他国家相比，我国GIS技术开发应用的时间虽然比较晚，但发展速度十分迅猛。经过中国科学院遥感所的细心专研，全国第一个GIS研究室[4]在1980年正式成立；与此同时，遥感所的专家们还对“数字地球原型”取得了一定的研究成果；经过30多年的不懈努力，中国地理研究学能力有了很高的提升，陆续研发出各种GIS软件，比如北京大学的Superstar、北京超图的SuperMap、武汉测绘科技大学GIS研究中心的GeoStar以及武汉中地的MapGIS等等。现如今GIS正朝着产业化的方向发展，二维GIS、三维GIS、移动GIS、WebGIS、组件式GIS的推广和使用给人们的生产和生活都带来了很大便捷。相信在不久的将来，GIS技术在现实生活中的应用范围会越来越广，同时智能化、集成化、网络化将会成为其未来的发展趋势。

2 GIS在水文水资源领域的应用现状

随着信息化技术的快速发展，在一定程度上也拓展和深化了GIS在水资源与水文领域的使用范围，使GIS技术在水文水资源领域能够充足地发挥出对空间数据采集、分析、处理、存储以及可视化的功能。

2.1 GIS在水资源规划管理方面的应用

科学合理地利用和分配水资源是非常重要的。目前，我国的水资源十分匮乏，已对社会经济的发展产生了不利影响。使用GIS可以勘察和管理区域内地下水储水层的开采程度、空间分布状况以及地质构造；与此同时，GIS能够灵活地整合水资源的各种动态信息，利用GIS搭建与水资源有关的系统平台，比如河道防汛体系、区域水资源策划监管体系等，采用这些系统可以使水资源监管和计划更加科学化、标准化。

关于GIS在水资源规划管理方面的研究及应用，WenMing Zhang[5]等人提出了基于网络的决策支持系统与地理信息系统的原型应用于区域水资源的规划和管理，是GIS、DSS和WEB技术相结合的产物，能够方便决策人员与管理人员加强区域水资源的计划和监管，从而强化用水方式，不仅能够满足与获取利益有关的人的需求，同时水资源还能得到保护。A.V.Suresh Babu[6]等人使用GIS等一系列空间信息技术分析出灌溉性能的标准，评测灌溉基础设施的搭建，进而加强对水资源、灌溉基础设施的监管。Sami Khemiri[7]等人利用遥感技术和地理信息系统对突尼斯中部地区卡塞林西部的含水层展开脆弱性评价，为研究区域地下水管理和可持续土地利用提供了科学合理的依据。

2.2 GIS在区域水资源保护方面的应用

在现实生活中，把自然灾害与人类活动对某个流域水资源生态环境造成的影响虚拟化地呈现出来使用的就是GIS技术，不仅如此，该技术还能分析出时间流逝后某水域水资源发生变化的趋势[8]。通过知晓某个区域的事故发生地、周围环境受到污染的范围、排放程度以及污染源排放物质等有关信息后，倘若该区域发生水污染事件，就可以利用GIS技术根据虚拟勘测污染源的状态及时分析出受其影响的范围，其不仅有助于保护水资源的生态环境[9]，还给管理人员提供了决策依据与技术支持。

Xie Hualin[10]等人参照GIS搭建了生态空间特殊的识别方式，提出了生态空间重要性的综合指标，同时把兰州市作为例子论证其为生态恢复、生态安全以及环境可持续发展提供了相关的理论指导。

Simon Nadeau[11]等人利用魁北克某地区勘测到的三个地貌参数来评价含水层潜力，同时分析出开采砂石的方法，为地下水资源的监管提供了强有力的技术支持。

Donglin Dong[12]等人把天津市作为案例，在分析水丰度、开采度等影响因素后，结合GIS技术采用层次研究方案把风险因素进行分类，并实施了开采地下水参照其风险开展全面的评测，这也是维护地下水资源的工具。

2.3 GIS在防洪减灾方面的应用

近年来，GIS在防洪减灾中也得到了广泛的应用，主要体现在防洪决策支持系统或信息管理系统的平台、洪涝灾害风险分析与区划、灾情评估、城市防洪等4个方面。其手段主要是利用洪水演进的真实数据分析洪水情况，同时采用GIS技术开展灾情数据的提取与分析、洪水的危险性评估、灾后重建等，最大程度上降低洪水灾害导致的人员、物资消耗，是开展防洪指导决策强有力的辅助工具[8]。此外，还可以建设暴雨分布预警、险情自动警报系统、防洪指挥系统等，这些系统在一定程度上会推进提高防汛工作自动化的进程。

Pathak[13]等人采用GIS和遥感技术分析出伴随时间的改变某种特殊灾害的表现形式，同时在预防、救援以及重建等灾害管理各个阶段都采用了这种技术。不仅如此，它还是有效管理灾害的重要工具。

Guangming Yu[14]等人在地理信息系统和遥感的支撑下建设了LFBC模型，这种模型结合极端洪水的发生概率，在一定程度上可以用来防治区域灾害和减灾对策、洪灾损失评估以及区域发展规划提供数据支持。

JunPing Liu[15]以Kaomen海堤为例，分析出基于GIS的海事方面的信息管理系统，在抗洪减灾的过程中发挥了不可替代的作用，满足海事工作信息化管理的要求。

2.4 GIS在水资源监测评价方面的应用

GIS把现实、遥感与虚拟技术等其他的新型技术相互结合，在使用计算机的过程中可以把生态环境、土壤植被的分布状况、气象水文水资源空间分布等相关数据通过虚拟化的形式展现出来，真正实现对地表水资源有一个合理的评价，同时给地下水资源的合理开发与保护提供科学依据[16]。GIS在水资源勘测评价方面应用范围十分广泛，比如河海大学毛新伟开展了水文资源勘测数据监管平台的应用研究，谢碧云等人进行了长江流域水资源勘测信息服务系统研究。

在国外，Norsaliza Usali等人[17]探讨了地理理信息系统和遥感技术在勘测水质参数如悬浮物、溶解有机物、浮游植物、浊度等方面的应用，是政府在制订与水质有关政策时使用的重要工具。Mohamed O等人[18]使用ArcGIS和ERDAS Imagine软件规划出了伊斯梅利亚地区地下水潜在风险图，该图可用于评估地下水对农业、工业和家庭污染的脆弱性，以及检测地下水资源可能会受到的污染。Ajay Singh等人[19]利用GIS技术与遥感技术在评估和监测土壤盐碱化区域提供了一个良好的选择，以及在灌溉农业水资源问题管理中的作用。

2.5 GIS在水文模拟方面的应用

近年来，GIS技术在降雨——径流分析模型模拟、水沙数值模拟、地下水资源计算与分析模型、河道演变模拟、数值模拟模型、地下水和土壤水模拟、水污染过程模拟、水质与生态环境综合评价模型和洪水模拟等多个方面的研究取得了较大进展。GIS把相关流域数据与原有的水文模型有机结合起来，从而模拟出虚拟的现实流域，可应用于降雨径流时空变化、洪水预报、水库规划、产汇流计算等多个方面。

A.A Devendran[20]提出，由于现实世界里地表特征是实时变化着的，怎样才能分析出它们发生改变的来源以及它们基于GIS的变现中的操作形式尤为关键，比如运用泛义上类似却不能肯定的评估手段解决掉因使用SWAT模型似的水文模型存在的不稳定性。在W.C.Zhang[21]的文章中涉及到在网络自行形成的地理空间流域评测GIS系统可以自行转换有关数据的程序，其中主要涵盖了在流域站点收集到的水文和气象数据资料、遥感数据、水文气象站地理位置数字地图以及土地的使用或覆盖情况，在这个基础上为了便于用户理解，该成果还会提供一个可视化的工具。M.Varga等人[22]在使用GIS方法上讲述了在操作过程中对农村流域的模拟仿真的动态过程模型，并利用这个模型在匈牙利巴拉顿湖某流域的盆地进行检验，在支持对不同类型土地使用情况开展研究的同时，还可以将环境因素考虑的很全面。

3 GIS在水文水资源领域中的发展趋势

GIS技术是一个综合环境下的数据平台，同时其还是针对于不同区域的信息资源和信息技术展开调解的目标技术。现如今，GIS技术可以实现由多种功能、多个层次与多样化的目标相互融合形成的空间决策支撑体系以及创建评估模型。该技术应用于水文资源领域的功能也在实时更新。

3.1 空间决策支持系统是GIS应用的重要分支

GIS的新型系统与常规决策支持系统上诞生出来的系统则是空间决策支持系统(SDSS)，从近些年的发展来看，其发展前景十分广阔。现如今，GIS技术在空间数据的分析与监管上表现都很良好，但同时，该系统本身缺乏针对繁琐对象空间解决能力的问题也呈现出来，比如：功能分区、区域规划等问题的决策能力，该应用对满足社会经济发展的需要存在一定的困难。所以，在空间决策支持系统方面使用GIS技术还有很大的提升空间。

3.2 GIS是数值模拟技术发展的重要手段

现如今大部分主流GIS应用软件都是把数据库作为核心内容，同时把应用模型和模型管理技术以及应用模型同GIS技术有机地结合起来，这种研究将会是未来的发展趋势。这些复杂繁琐的应用模型将能够给社会经济发展提供有价值的信息，可以推进GIS技术渐渐发展成高效精准的决策支持体系。

3.3 多维GIS技术是在水资源领域应用的发展方向

最近几年，三维GIS在研究水资源方面逐渐变成了热点的专研项目，但由于矿山和地下水文等真实的三维现象，很多的GIS软件都不能对其开展合理化的分析，只有SGM系统和IVM系统等极少数的GIS软件可以对真三维现象开展分析，但在几何建模与功能分析上仍存在着一定程度上的缺陷。因此，三维GIS技术的发展具有广阔的应用前景。

在开展水资源研究时，着重分析某一时间的水文地质情况，即把时间序列补充在三维上，将会产生四维GIS，其对暴雨、水灾、地震、泥石流和滑坡等自然灾害都具有十分重要的意义。只有将三维模型与获取时间序列数据的能力有机结合，才能最大程度上满足社会发展的需要，在三维GIS发展成熟的基础上，才能更加完善四维GIS的建设。

3.4 人工智能化的GIS技术是构建智慧水文的重要技术支撑

随着计算机信息技术飞速发展，水资源监控、水利普查、防汛抗旱、水利建设等为水利行业存储了大量的数据资源，水利大数据正一步步向我们走来。如何合理地监管这些海量的数据资源，充分挖掘数据中隐藏的信息，给水利建设提供参照和支持，这将是非常有意义的事情。

在“智慧水文”建设的框架下，需要以GIS为核心的“智慧采集”技术，“智慧分析”技术和“智慧显示”技术作为重要技术支撑，构建智慧水利“一张图”，形成水文信息共享与服务的统一门户，进一步提升水文整体服务能力。

4 结语

当今时代在信息技术快速发展的大环境下，GIS技术也得到了一定程度上的发展，其功能将更加强大、应用空间也会更加广泛，同时GIS技术在水资源管理与专研中实际应用的成效将更显著。创建一种GIS与水资源综合性较强的信息系统是一件非常困难的事情。GIS技术不仅在水资源合理利用中的作用很显著，还在对水资源展开管理与专研领域的发展具有必不可少的推动性作用。同时，水资源领域的专研与监管对GIS技术方面的需求具有明显的推动作用。伴随着科学技术的进步和社会需求的不断改变，越来越多的人都能意识到地理信息系统与水资源科学是一个十分关键的且持续发展的概念，它们所蕴含的意义也将随之发生改变。

水文是国民经济发展的一项重要的公益性事业，是水利建设的“尖兵”，防汛抗旱的“耳目”，新时代对水文的发展提出更丰富的业务要求，赋予水文更多样化的监测、预警、预报责任。因势而谋，瞬时而为，在科技发展如此迅速的今天，以政府、公众需求为导向，将GIS、云计算、物联网、大数据、移动互联网等新一代信息技术与传统水文有机结合，无缝衔接，实现水文对内对外的资源共享和智能化应用，加快调优水文服务产品结构，调精水文服务品质结构，不断探索需求牵引、科技引领的“智慧水文”应用服务新模式。