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GIS技术在水文监测系统中的应用
RSS 打印 复制链接 发布时间:2017-11-25 09:39:24

       摘 要 论文对GIS技术在水文监测系统开发进行了详细分析,特别结合HEC-HMS 模型进行了讨论,给出了系统开发的途径。 

  【关键词】GIS 水文 监控 系统开发 

  1 引言 

  地理信息系统简称GIS,是一个当前发展较快的信息科学分支。它的主要研究对象时地球的空间数据,主要的研究方法是通过对敏感资料的采集、存储,然后结合数据库应用进行良好的显示、分析,从而利于人们的查询、分析。这门科学属于交叉科学,集合了信息科学、空间科学、地球科学、软件工程等等多门学科为一体。20世纪90年代以来,GIS得到了十分广泛的应用,主要的领域涉及到了资源环境、公路交通、军事、城市规划。同样在水文领域,根据水利部印发的《全国水利信息化发展“十二五”规划》中“水文业务管理”部分和水利部水文局编制的《中小河流洪水预报及服务系统建设技术指导意见》的要求,从水文业务管理的实际需要出发,也需要开发河流的水文监测系统。 

  2 GIS在水文监测的应用 

  GIS在水文监测中应用主要包含:1.根据可视化的数字地图,使得GIS和数据库管理技术达到水情信息查询、检索、显示和分析的最后目的。2.模型参数的确定主要指的是流域水文一些参数,如河道的长度、坡度,流域的坡度、重心、土壤分布及土地利用面积等。3.将流域划分为满足分辨率要求的许多不规则多边形单元或规则的栅格,来考虑下垫面条件和降雨等要素在空间的不均匀分布。4. DEM 直接应用倒流域汇流计算,与此同时需要实现快速、准确灾情分析。 

  3 水文模型 

  3.1 传统水文模型 

  这种模型输入比较分散,而且输出是集中的。这种模型通过输入流域上各点的降雨过程,感知出口流量。由于属于历史发展不成熟的产物,只能简单刻画,跟真实模型结构匹配性非常差。 

  3.2 现代HEC-HMS 模型 

  该模型是美国陆军工程师团(USCE)水资源研究中心所研发的,它隶属于一种分布式的模型。这个模型里通过径流模拟系统,把流域产、汇流计算方法放到整体部分,就能够达适应不同的流域的确切情况。这个模型能够根据采样到的不同净雨、直接径流过程和基流计算各个子流域,应用相异的演算方法计算洪峰。考虑了不同流域的空间分布不均匀特性。其人机交互的接口非常友善,具有很好的可视化效果,最终的计算通过过程线、时间序列等等手段进行呈现。我们需要做的是构建HEC-HMS系统,并且输入相关的水文数据,这主要包含数字的地图、网络的相关参数、流域内部整体分布等等。这里面包括河道、子流域命名,以及地图的单位转化,图标的标注还有坐标的配准。 

  4 GIS水文监测开发 

  4.1 开发方式 

  这里考虑到GIS的有关应用包含三种的主要开发方式,下面进行简要对比分析:(l)完全的独立性质的开发。这种开发就是不去参考或者依靠其它GIS的工具或者软件,这里面数据采集、编辑乃至处理分析完全都是自己独立实现。可以说工作量巨大,虽然能减少商业软件购置的投入,但是由于开发周期长,人工成本高总体成本难以保证,再者缺乏经验也可能造成项目的拖沓或者失败,产品也无法像商业化商品那么性能良好。(2)采用二次开发,利用一些成熟的商品,这里所谓的一些先关商业软件有ARC/INFO、MAP/NFO或者MGE等等。该方法兼顾了易用性和效率,开发起来难度也较小。(3)组件形式的GIS。组件化的软件设计方法是当前很流行的,但是总的说来这要求产品本身功能及其强大,像水文系统这种小众产品,无法找到相应的合适的组态软件。所以开发缺乏灵活性,从虽然开发难度、成本降的很低,但是未必适用。综上,本文对水文监测系统应用二次开发形式。 

  4.2 GIS水文数据模型 

  地理信息系统(GIS)中的水文数据模型是GIS在水文水资源应用中的核心和基础。水文数据模型能够准确表达水文地理空间、对水文现象进行空间分析、提供支持和决策,为各种水文信息的管理提供了一种规范格式。Arc Hydro数据模型(Arc Hydro Data Model)把GIS和水文地理知识结合起来的水文地理数据模型,该模型基于通用面向对象地理数据模型(Geodatabase)并具有时间序列功能。为用来描述流域地形地貌特征的水文要素的空间、属性和时间数据提供有效的存储框架,并用水的运动路径反应水文要素之间的关系。 

  5 详细开发概要 

  5.1基于DEM进行流域分析 

  从DEM提取流域特征,采用带根的树状图来描述流域结构。在这个结构中,主要包括两个部分,一部分是结点集,一部分是界线集。沟谷结合点和沟谷源点共同组成一个沟谷结点集。所有的沟谷段组成沟谷段集,形成一个沟谷网络;所有的分水线段组成分水线段集,形成一个分水线网络;沟谷段集和分水线段集共同组成界线集。这样图形化的建立了沟谷网络、分水线网络和子汇流区的相关关系。 

  5.2 ArcGIS Hydrology水文分析 

  ArcGIS水文分析模块建立地表水的运动模型,辅助分析地表水流从哪里产生以及要流向何处,再现水流的流动过程。这里主要实现:1.Flow Direction:水流方向提取,ArcGIS中采用D8单流向法来进行水流方向分析。2.Sink:洼地计算。洼地区域是水流方向不合理的地方,可以通过水流方向来判断那些地方是洼地,然后再对洼地进行填充。3.Fill:洼地填充。4.Flow Accumulation:汇流分析。在地表径流模拟过程中,汇流累积量是基于水流方向数据计算而来的。5.Flow Length:水流长度。水流长度通常是指在地面上一点沿水流方向到其流向起点(终点)间的最大地面距离在水平面上的投影长度。 

  6 结语 

  地理信息系统为水资源及环境的保护提供了直观、科学、可靠的依据,本文对其开发方式方法进行了详细描述,对协助水文学科有关理论方面的研究可以起到重要作用。 

  参考文献 

  [1]徐中华,李云峰,王疆霞.GIS技术在水资源领域的应用与发展[J].水利科技与经济,2005(09). 

  [2]王强,李大治.浅析GIS技术在水资源评价中的应用[J].今日科苑,2008(16). 

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