GIS在水文水资源领域的应用简介
地理信息系统(GIS)是专用于地理空间信息处理和管理的计算机技术系统。它把现实世界中对象的空间位置和相关属性有机地结合起来，满足用户对空间信息的管理，并借助其特有的空间分析功能和可视化表达，进行各种辅助决策。水资源和水环境及其相关数据均具有空间分布特性，这决定了GIS可以在该领域发挥重要作用。GIS能支持与水文和水环境有关的地理空间数据的获取、管理、分析、模拟和显示，以解决复杂的水资、水环境规划和管理问题。应用GIS对水资源和水环境进行规划与管理，在国内外越来越广。GIS在水文水资源领域的应用主要集中在以下几个方面：（l）地表水与地下水模拟 地表水模拟包括对地表水体如湖泊、河流等降水-径流关系的描述。降水-径流模拟需要众多参数来描述局部的地形地貌、土壤类型和土地利用等。GIS的数据编辑和处理功能可有效快捷地处理流域的特征参数。其强大的图形处理能力可以将流域内所有的特征用图形充分地显示出来。GIS在地下水模拟分析中的用途主要是模型输入数据的准备，地下水模型的有限元格网设计，模拟结果的可视化分析及最终结果的输出。 （2）非点源污染模拟特里伊格尔顿
电算化软件
非点源污染研究需要综合和显示各种空间信息，因而非常适合在GIS支持下进行。非点源模型与GIS对接能大大简化模拟工作。由GIS建立的数据库可自动制作模型输人参数和处理时空系列数据、表格和文本
信息。利用GIS对空间数据的处理能力及模型的模拟能力，可研究不同的土地利用方式对流域水文和水质的影响，为制订满足水环境保护要求的土地利用规划提供依据。对于非点源污染模拟而言，分布过程模型和GIS集成应用，可支持和加强所选定流域空间分布处理过程能力，提高对空间变化的认识，减少因空间数据均化而引起的不确定性。
（3）排水系统模拟
GIS的网络分析功能可用来分析流域降水-径流特征，描绘流域汇流的等流时线。利用水文模拟程序结合GIS的网络分析功能可模拟城市区域或农业流域的排水情况，从而对排水系统的排水能力进行评估。利用该项功能还可为新建排水系统的设计提供参数。
（4）水环境评价和规划
GIS具有叠置分析、包含分析、距离分析、缓冲区分析、三维分析等功能，它们均可用于水环境评价和规划。如在污染源分析和水源保护区划分中，可利用GIS缓冲区分析功能划定缓冲区，然后将缓冲区与其它信息作叠置分析，以确定受污染源影响或影响水源保护的因素。
（5）突发性水污染事故应急响应
GIS的空间数据集成和网络分析功能与水质模拟技术结合，可对突发性水污染事故造成的污染情况进
行模拟，以便能及时确定受影响的范围和对象，采取适当的措施控制其不利影响。
（6）流域集成研究利用
GIS的数据和模型集成功能，可对流域内多种与水环境有关的现象和过程进行集成模拟，这样
便于考察它们的综合影响。如USEPA开发的BASINs系统能够对流域内的点源和非点源进行集成研究。
（7）洪水预报和洪泛区管理
GIS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GIS结合水文和水力学模型用于洪水淹没范围预测。如GIS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HEC-1或HMS等地表径流模型的输人文件。将地表径流模拟计算成果与河道断面信息结合，输入到HEC-2或RAS等水力学模型中，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GIS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，可预测洪水的影响，便于采取应急措施。
（8）地表水或地下水数据库的集成
GIS通常用来作为地表水或地下水数据库集成的工具。集成既包括同一个数据库的不同数据层之间的集成，也包括不同的数据库之间的集成。对各种有关地表水或地下水数据的集成是对流域水资源和水环境实施综合管理所必须的。
GIS技术在城市防洪排涝中的应用简介
随着水利行业信息化建设的推进，国内已有部分城市将周边水域分布及本地区水文信息运用数据库技术进行组织、存储、处理、分析，在一定程度上提高了应对城市洪涝灾害的水平。同时可以发现，对于与空间定位密切相关、层次性强、变化快、数据形式多样的各种信息仅以数据库技术来组织分析，而不对空间分布相关特性进行分析而形成的决策措施有着明显的局限性。因此，现代城市防洪排涝形势迫切需要凭借GIS技术的优势分析处理大量复杂的空间信息，以达到预报准确，决策科学，措施高效。
（ 1）制作城市专题地图
专题地图是指将专题信息或普通地图的某些要素在地理底图上完备的表示出来的地图。将GIS 技术应用于专题地图的制作，可以大大提高制图的精度和效率，突出表现某一专题的大量信息，能有效避免传统地图制作的多种缺点。在专题地图制作过程中，GIS可以交替使用矢量处理和栅格处理技术，使制图快速精确。针对城市汛期防洪任务可以制作大比例尺雨量统计分布图、水库蓄水地表吸水能力分
布图；针对排涝救灾相关任务可以制作城市排水设施工程图、街道地形地势三维模型图等。详细建立多种专题地图并按层存储，通过不同的专题信息建立不同的图层，用户需要哪方面的信息便可以快速的将该图层在同一张地图中叠加观察，方便有效。同时通过遥感技术及导航定位技术等相关领域实现定期数据更新，建立快速应急反应机制，保证地图性息的实时性，为应对城市洪涝灾害提供完备的信息支撑。
（2）暴雨致洪预报及涝情预测
汛期或短期强降雨来临之前，利用GIS技术对气象数据进行分析得到准确的地区面雨量参数可为城市及周边流域的防汛抗洪、水库调度提供可靠的决策依据。同时可通过GIS空间拓扑分析对市区各分片区域蓄水渗水和地面硬化程度的统计数据建立区域模型，结合周边江河水库蓄水能力综合评价，即可对可能出现的内涝灾害作科学预测。其中暴雨面雨量的计算方法很多，包括逐步订正格点法、等雨量线法、泰森多边形法等。但利用GIS技术计算面雨量参数是一种较新的算法，有独特的优势。通过长江流域面雨量及中央气象台数据对比分析表明，当某一地区监控站密度越大，参考数据越多，计算所得面雨量精度越高，这刚好发挥了GIS技术的系统整合优势。通过建立基于地理信息系统的面雨量模拟预报模型，能够既好又快的处理分析雨水空间分布数据，可有效对暴雨致洪及城区内涝等级做出预测分析，最大限度地减少暴雨洪涝等自然灾害带来的损失，同时也有助于提高防汛抗洪等方面的决策服务水平。
（3）城市用地规划及排涝工程建设
城市内涝现象出现的主要原因就是排水系统建设滞后及城市硬化程度的盲目提高。将GIS技术应用于城市用地适宜性分析及工程建设网络规划中效果十分理想。通过地理信息系统的网络分析功能对自然、政治、经济、文化等诸要素进行定量分析，可以对城市用地规划作合理分配。从而减少城市硬化面积，合理增加土地蓄水渗水能力。采用矢量图像和栅格图像的缓冲分析设置各节点周围公共绿地、水利网络的科学分布数据，再通过叠加分析求各地区的相交部分，从而建立起理想的城市用地规划模型。同时需要结合地下排水系统整体规划合理设计，对污水雨水两大排水系统加强重视投入。发挥GIS技术的空间分析优势，充分考虑工程建设的系统性和前瞻性，科学改造排水管网，建立城区排涝泵站，全面建设包括点（排涝泵站）、线（排水管、沟）、面（地面雨水调蓄设施）、地下（地下雨水调蓄设施）对策在内的全方位城市雨水调蓄工程体系。
（4）救灾力量调度及路径优化
在应对城市洪涝灾害中，基于GIS的抢险救灾应急系统不仅为决策层提供信息服务，更可贵的是为救援力量提供巨大的技术支撑。当涝情发生时GIS技术可将全市的监控数据实时筛选，对积水的路段和居民区实现可视化显示，通过建立缓冲模型划出警戒等级，为及时疏导交通和居民提供依据。与此同时，系统自动更新道路通过能力，利用数据库中的信息再综合分析评价救援力量与救援目标之间的道
路堵塞因素、单双线因素、积水因素等，快速生成最优化开进路径。对包括武警官兵、排涝水泵、就生器材等在内的救援力量合理调度安排，实现快速反应、及时到达、高效救援的目标。
利用遥感进行水资源调查的方法与步骤
应用遥感技术对水资源调查的步骤主要包括：图像处理、图像解译和结果验证三个步骤。 遥感图像处理过程, 需要对水资源特征进行判读、提取和融合, 形成准确翔实的基础属性数据, 包括图形数据和属性数据, 并对数据进行相应的统计分析, 以获得水资源的现状数据和动态变化情况。主要采用多波段组合的方法；
图像解释过程包括图像几何校正、无缝镶嵌和水域解译与提取等过程。首先几何校正就是将图像
数据投影到平面上, 使其符合地图投影的过程, 几何校正最重要的是控制点的选取和确定控制点的数量。在遥感图像和地形图上分别选择同名控制点, 以建立图像与地图之间的投影关系, 这些控制点应该选在能明显定位的地方, 如河流交叉点等。其次建立整体映射函数, 根据图像的几何畸变性质及地面控制点的多少来确定校正数学模型, 建立起图像与地图之间的空间变换关系。其次，当影像图是包含两景以上的卫星图像时, 必须对图像进行数字镶嵌, 以获取制图范围内的完整图像。最后对图像进行解译。遥感图像的初步解译阶段, 水资源较自然地理环境中的其它地形物, 具有低反射率和强烈吸收红外
波谱的特性，在初步解译中, 从遥感图像中读取不同地物(河流、植被、城市等)各波段的灰度值，对同种地物同种波段的采样点作平均值统计, 采用波谱间关系法分析不同地物在各个波段的相对关系, 便于水资源的计算机解译。在不同地物光谱特征曲线解译过程中, 应该遵循一个原则：先易后难，即先主要河流后支流, 先1 级干流后2 级支流(依此类推)的顺序进行。初步解译阶段在遥感图像中先的流域的主要河流, 再从图像中到支流, 初步解译阶段除了能解译河流外, 还能解译水利工程中的大、中、小水库、堤防、拦河闸、渠系等分布状况。
游离龈结果检验是指在初步解译和野外调查的基础上, 为确保解译标志、光谱曲线的准确性、一致性, 核查解译成果的可靠性, 调查疑难目标的真实性, 在怒江峡谷进行野外调查检验工作, 对疑难和代表性河段及流域分界线进行实地调查, 进一步完善修改解译成果。最好选择不同季节进行了调查范围的野外调查、光谱观测和验证工作, 遵循一个原则：即整个解译过程是“解译-验证-再解译”的反复过程，此项工作一直贯穿解译工作的全过程, 才能保证解译结果的精确可靠。
利用遥感数据估算流域蒸散发的原理与方法
蒸散发( Evapotranspiration, ET)，包括土壤蒸发和植被蒸腾，是水圈、大气圈和生物圈水分和能量交换的主要过程，也是水循环中最重要的分量之一。
利用遥感数据估算流域蒸散发的基本原理是：非接触大面积的遥感地表辐射和温度状况，直接提供了
土壤-植被-大气系统的界面能量信息；多光谱、多角度的遥感资料可反演蒸散发估算所涉及的下垫面特征参数；多时相的热惯量遥感可反映土壤和植被水分状况。
目前在人面积上应用遥感估算地表蒸散主要有二种方法，第一种是剩余法(或余项法)，用遥感表面温度结合气温以及一系列阻抗公式计算显热通量，将潜热通量作为剩余项，从能量平衡公式求出，这种方法精度比较高。第二种方法用温度一植被指数或微波土壤湿度观测来推算P-M公式中的表面阻抗，直接进行蒸散计算，方法简单，操作简便，因而比较实用。常用的遥感蒸散发模型有基于能量平衡原理的单层和双层模型，基于能量平衡原理的彭曼( Penman) 类模型，遥感经验模型。
遥感技术在水资源管理中的应用
遥感技术，在早期设计时就利用波谱信息采集的特性（最早主要用于水体和植被的调查）发展到今天已具备从紫外、可见光、红外、远红外直至雷达等各种波长构成的不同遥感波段。这些不同波段
的数据信息，再经过计算机的处理和信息提取之后，就会产生大量的各种专业信息，如对水体、植被、水系、地质、灾害、地结构造、水土流失、海岸侵蚀，以及全天侯的水情、水灾监测等。在水资源管理中的应用主要体现在以下几个方面：
（1）地表水体调查
通过遥感手段，可以快速获得广大地区的全面、客观、准确河流、水库、湖泊等地表水体信息。一些人迹罕至或人迹难至的地方，传统的观测几乎不可能。利用遥感技术可以克服传统手段高投入、长周期、低效率的缺点。
（2）地表水体动态监测
对同一地点所获取的不同时相的遥感影像对比分析，可以定性或者定量地确定地表覆盖特征和变化过程。如基于多个不同时相的遥感影像提取一个湖水面分布范围，这样就获得了这几年湖面动态变化的数据。同时结合气象站相同年间气象观测资料，湖出水口水位高程数据等水文资料，可以得到导致湖面变化的成因
（3）水文地质调查
美国共和党大会对不同时相的遥感影像进行分析处理，帮助人们直观地了解地质体和地质构造以及其他各种与水文地质条件有关的遥感可见地面现象，并可进而分析其所反映的水文地质条件及其变化，如浅部地下咸水、淡水的分布及其变化情况，盐渍化土壤的分布与演变，土壤沙化情况及其演变、水土保持现状及其变化，以及地下水的蒸发蒸腾、地面沉降等，最终用于研究调查区水文地质条件的全过程。宿迁网络问政
（4）水资源评价
利用遥感技术进行下垫面属性分类，计算其分类面积，选取经验参数及入渗系数。根据多年平均降水量，计算出多年平均地表径流深、入渗补给量。两者之和扣去重复计算的基流量即为多年平均水量，对国内某些流域进行估算的相对误差小于7％，尤其适用于无水文资料地区。此外，根据遥感资料提供的积雪分布、积雪量、雪面湿度，用融雪径流流域模型估算融雪水资源和流域出流过程的相对误差在10％左右。如水科院遥感中心运用TM/ETM+遥感数据对藏南地区积雪、植被和土地利用和水系流域分布等分析，进行水资源评估。
（5）水环境监测
水环境遥感监测的任务是通过对遥感影像的分析，获得水体的分布、泥沙、有机质、化学污染等状况和水深、水温等要素的信息，从而对一个地区的水资源和水环境等做出评价，为环境、水利、交通、航运等部门提供决策支持。应用遥感技术，可以快速监测出水体污染源的类型、位置分布以及水体污染的分布范围等。水体及其污染物的光谱特性是利用遥感信息进行水环境监测和评价的依据。
遥感技术在抗旱防洪监测中的应用。
（1）洪灾监测
遥感技术很早就开始用于洪涝灾害调查。1987～1989 年，水利部遥感技术应用中心、中国科学
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