摘 要 論文對GIS技術(shù)在水文監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)行了詳細(xì)分析，特別結(jié)合HEC-HMS 模型進(jìn)行了討論，給出了系統(tǒng)開發(fā)的途徑。
【關(guān)鍵詞】GIS 水文 監(jiān)控 系統(tǒng)開發(fā)
1 引言
地理信息系統(tǒng)簡稱GIS，是一個當(dāng)前發(fā)展較快的信息科學(xué)分支。它的主要研究對象時地球的空間數(shù)據(jù)，主要的研究方法是通過對敏感資料的采集、存儲，然后結(jié)合數(shù)據(jù)庫應(yīng)用進(jìn)行良好的顯示、分析，從而利于人們的查詢、分析。這門科學(xué)屬于交叉科學(xué)，集合了信息科學(xué)、空間科學(xué)、地球科學(xué)、軟件工程等等多門學(xué)科為一體。20世紀(jì)90年代以來，GIS得到了十分廣泛的應(yīng)用，主要的領(lǐng)域涉及到了資源環(huán)境、公路交通、軍事、城市規(guī)劃。同樣在水文領(lǐng)域，根據(jù)水利部印發(fā)的《全國水利信息化發(fā)展“十二五”規(guī)劃》中“水文業(yè)務(wù)管理”部分和水利部水文局編制的《中小河流洪水預(yù)報及服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)指導(dǎo)意見》的要求，從水文業(yè)務(wù)管理的實際需要出發(fā)，也需要開發(fā)河流的水文監(jiān)測系統(tǒng)。
2 GIS在水文監(jiān)測的應(yīng)用
GIS在水文監(jiān)測中應(yīng)用主要包含：1.根據(jù)可視化的數(shù)字地圖，使得GIS和數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)達(dá)到水情信息查詢、檢索、顯示和分析的最后目的。2.模型參數(shù)的確定主要指的是流域水文一些參數(shù)，如河道的長度、坡度，流域的坡度、重心、土壤分布及土地利用面積等。3.將流域劃分為滿足分辨率要求的許多不規(guī)則多邊形單元或規(guī)則的柵格，來考慮下墊面條件和降雨等要素在空間的不均勻分布。4. DEM 直接應(yīng)用倒流域匯流計算，與此同時需要實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確災(zāi)情分析。
3 水文模型
3.1 傳統(tǒng)水文模型
這種模型輸入比較分散，而且輸出是集中的。這種模型通過輸入流域上各點的降雨過程，感知出口流量。由于屬于歷史發(fā)展不成熟的產(chǎn)物，只能簡單刻畫，跟真實模型結(jié)構(gòu)匹配性非常差。
3.2 現(xiàn)代HEC-HMS 模型
該模型是美國陸軍工程師團(tuán)（USCE）水資源研究中心所研發(fā)的，它隸屬于一種分布式的模型。這個模型里通過徑流模擬系統(tǒng)，把流域產(chǎn)、匯流計算方法放到整體部分，就能夠達(dá)適應(yīng)不同的流域的確切情況。這個模型能夠根據(jù)采樣到的不同凈雨、直接徑流過程和基流計算各個子流域，應(yīng)用相異的演算方法計算洪峰。考慮了不同流域的空間分布不均勻特性。其人機(jī)交互的接口非常友善，具有很好的可視化效果，最終的計算通過過程線、時間序列等等手段進(jìn)行呈現(xiàn)。我們需要做的是構(gòu)建HEC-HMS系統(tǒng)，并且輸入相關(guān)的水文數(shù)據(jù)，這主要包含數(shù)字的地圖、網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)參數(shù)、流域內(nèi)部整體分布等等。這里面包括河道、子流域命名，以及地圖的單位轉(zhuǎn)化，圖標(biāo)的標(biāo)注還有坐標(biāo)的配準(zhǔn)。
4 GIS水文監(jiān)測開發(fā)
4.1 開發(fā)方式
這里考慮到GIS的有關(guān)應(yīng)用包含三種的主要開發(fā)方式，下面進(jìn)行簡要對比分析：（l）完全的獨立性質(zhì)的開發(fā)。這種開發(fā)就是不去參考或者依靠其它GIS的工具或者軟件，這里面數(shù)據(jù)采集、編輯乃至處理分析完全都是自己獨立實現(xiàn)�？梢哉f工作量巨大，雖然能減少商業(yè)軟件購置的投入，但是由于開發(fā)周期長，人工成本高總體成本難以保證，再者缺乏經(jīng)驗也可能造成項目的拖沓或者失敗，產(chǎn)品也無法像商業(yè)化商品那么性能良好。（2）采用二次開發(fā)，利用一些成熟的商品，這里所謂的一些先關(guān)商業(yè)軟件有ARC/INFO、MAP/NFO或者M(jìn)GE等等。該方法兼顧了易用性和效率，開發(fā)起來難度也較小。（3）組件形式的GIS。組件化的軟件設(shè)計方法是當(dāng)前很流行的，但是總的說來這要求產(chǎn)品本身功能及其強大，像水文系統(tǒng)這種小眾產(chǎn)品，無法找到相應(yīng)的合適的組態(tài)軟件。所以開發(fā)缺乏靈活性，從雖然開發(fā)難度、成本降的很低，但是未必適用。綜上，本文對水文監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用二次開發(fā)形式。
4.2 GIS水文數(shù)據(jù)模型
地理信息系統(tǒng)（GIS）中的水文數(shù)據(jù)模型是GIS在水文水資源應(yīng)用中的核心和基礎(chǔ)。水文數(shù)據(jù)模型能夠準(zhǔn)確表達(dá)水文地理空間、對水文現(xiàn)象進(jìn)行空間分析、提供支持和決策，為各種水文信息的管理提供了一種規(guī)范格式。Arc Hydro數(shù)據(jù)模型（Arc Hydro Data Model）把GIS和水文地理知識結(jié)合起來的水文地理數(shù)據(jù)模型，該模型基于通用面向?qū)ο蟮乩頂?shù)據(jù)模型（Geodatabase）并具有時間序列功能。為用來描述流域地形地貌特征的水文要素的空間、屬性和時間數(shù)據(jù)提供有效的存儲框架，并用水的運動路徑反應(yīng)水文要素之間的關(guān)系。
5 詳細(xì)開發(fā)概要
5.1基于DEM進(jìn)行流域分析
從DEM提取流域特征，采用帶根的樹狀圖來描述流域結(jié)構(gòu)。在這個結(jié)構(gòu)中，主要包括兩個部分，一部分是結(jié)點集，一部分是界線集。溝谷結(jié)合點和溝谷源點共同組成一個溝谷結(jié)點集。所有的溝谷段組成溝谷段集，形成一個溝谷網(wǎng)絡(luò)；所有的分水線段組成分水線段集，形成一個分水線網(wǎng)絡(luò)；溝谷段集和分水線段集共同組成界線集。這樣圖形化的建立了溝谷網(wǎng)絡(luò)、分水線網(wǎng)絡(luò)和子匯流區(qū)的相關(guān)關(guān)系。
5.2 ArcGIS Hydrology水文分析
ArcGIS水文分析模塊建立地表水的運動模型，輔助分析地表水流從哪里產(chǎn)生以及要流向何處，再現(xiàn)水流的流動過程。這里主要實現(xiàn)：1.Flow Direction：水流方向提取，ArcGIS中采用D8單流向法來進(jìn)行水流方向分析。2.Sink：洼地計算。洼地區(qū)域是水流方向不合理的地方，可以通過水流方向來判斷那些地方是洼地，然后再對洼地進(jìn)行填充。3.Fill：洼地填充。4.Flow Accumulation：匯流分析。在地表徑流模擬過程中，匯流累積量是基于水流方向數(shù)據(jù)計算而來的。5.Flow Length：水流長度。水流長度通常是指在地面上一點沿水流方向到其流向起點（終點）間的最大地面距離在水平面上的投影長度。
6 結(jié)語
地理信息系統(tǒng)為水資源及環(huán)境的保護(hù)提供了直觀、科學(xué)、可靠的依據(jù)，本文對其開發(fā)方式方法進(jìn)行了詳細(xì)描述，對協(xié)助水文學(xué)科有關(guān)理論方面的研究可以起到重要作用。
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