GIS在德陽市地表水資源評價中的應用

周興全，徐煥斌，田 越

(四川省水利水電勘測設計研究院，四川 德陽，618000)

GIS在德陽市地表水資源評價中的應用

周興全，徐煥斌，田 越

(四川省水利水電勘測設計研究院，四川 德陽，618000)

本文以德陽市為例，闡述了在水資源評價中應用GIS的一般方法，包括獲取評價區域水系、面積和河流長度等特征信息，快速準確地計算出各行政區內水資源分區的組成，完成評價區域徑流深等值線圖的繪制，采用等值線面積加權平均法計算水文站未控區間水資源量等，可有效提高水資源評價工作的分析計算精度和工作效率。

GIS水資源評價 應用 德陽市

1 概述

地理信息系統(GeographicInformationSystems，簡稱GIS)是一種集采集、存儲、管理、分析和顯示地理信息為一體的計算機系統，主要研究空間對象及其屬性信息。

在水資源評價中涉及的空間信息，主要包括行政區劃、河流水系、等高線等基礎信息，以及水資源評價區劃、水文站點位置、控制斷面流域界等專業信息。這些資料過去往往都是圖、表格或散亂的數據，對其空間分布缺乏有效的表達。本文以德陽市地表水資源評價為例，闡述了利用GIS存儲和數據維護功能，以及強大的空間信息分析能力，彌補了傳統純圖形、純數字的缺陷，可極大地提高水文水資源分析計算精度和工作效率。

2 GIS應用關鍵技術[1，2]

2.1 空間信息數據準備

空間信息的生產要考慮工作底圖及其比例尺的選擇和工作底圖上各種空間信息轉換成易于計算機處理的技術途徑，將包含各種空間信息的行政區劃圖、等值線圖等工作底圖掃描矢量化，并利用GIS進行地理配準，形成矢量數據。地理配準的關鍵問題，是弄清工作底圖的投影體系和控制點的地理坐標。

同樣，將水文站點位置信息、水文數據轉換成GIS軟件易于處理的形式，也可利用地理信息系統創建點的功能，根據水文站點的經緯度數據直接生成。

2.2 空間信息分析處理

2.2.1 空間信息的幾何量算

水資源評價中涉及大量的幾何量算，面對象的幾何量算用得最多。如各級行政區劃的面積、各級水資源評價區劃的面積、水文站控制斷面以上的流域面積等。傳統方法各種區劃面積大多通過求積儀來量算，其工作量較大。而現在用GIS來量算各種區劃面積，在電子地圖上勾繪出行政區劃和各級流域分界線后，可自動計算出各區的面積，不僅快捷，而且精度也高。

2.2.2 空間信息的疊加分析

空間信息的疊加分析，是將兩層或多層空間信息疊加產生一個新要素的操作，其結果將原來要素分割生成新的要素。新要素綜合了原來兩層或多層空間信息所具有的屬性。疊加分析包括多邊形疊加、點與多邊形疊加和線與多邊形疊加。在水資源評價中，用得最多的是多邊形疊加，如行政區劃圖層與水資源評價區劃圖層疊加，結果表示了每個行政區劃及其對應的水資源評價區域，或每個水資源評價區劃及其對應的行政區域。

2.2.3 數字地面模型(DTM)

在實際應用中，DTM最常用的表達方式有三類：規則格網(GRID)、不規則格網(TIN)和數字等值線圖。TIN數據的最大優點之一，就是可以非常方便地生成等值線。

在水資源評價中，首先計算出站點降水量、徑流深多年平均值；再用GIS空間分析生成TIN；將帶降水量、徑流深屬性的TIN繪制出等值線圖；主要研究和評價降水量、水資源量等水文變量的空間分布和時間變化特性。

根據區域水文站點坐標文件繪制的站點分布圖，并賦予各站點多年平均徑流深的屬性值，導出帶屬性的GIS文件，應用空間分析模塊克里金插值方法初步生成徑流深等值線圖。參照歷史成果，根據地形地貌、降雨、蒸發等影響因素，對初步生成的等值線進行交互修改，使之符合本區域的降水空間分布特性。

2.2.4 統計分析

當區域面積較大、分布不均勻時，通常采用等值線面積加權平均法計算多年平均水資源量。

采用GIS中的空間分析模塊進行區域統計分析，可利用已生成的GRID得出研究區域內的水資源量。

3 應用實例

本文以德陽市為例，說明GIS在水資源評價工作中的應用。

3.1 電子地圖及相關數據錄入

本次水資源評價以1∶25萬電子地圖為工作底圖，為提高后續工作中大量面積計算的精度，統一將電子地圖投影為北京54坐標系。其次，將包含各種空間信息的行政區劃圖、等值線圖等底圖掃描矢量化，并進行地理配準，形成矢量數據。同時將水文站點位置信息、水文數據轉換成GIS軟件易于處理的形式。

3.2 水資源分區及分區面積

水資源分區面積的量算精度，對于地表水資源評價的成果影響很大。首先根據自然地理條件的差異進行水資源分區；再應用GIS軟件在電子地圖上勾繪出行政區劃和各級水資源分區界限后，通過對電子地圖構建拓撲關系，自動計算出各分區面積；最后利用GIS的疊加分析工具，快速準確地計算出各行政區內水資源分區的組成。

德陽市面積5981km2，主要河流水系劃為五級水資源分區，三級區為沱江區和涪江區，四級區為盆地邊緣區、丘陵區、平原區，五級區為綿遠河、石亭江、湔江、青白江、沱江支流。本次共劃分了22個計算分區，最大評價分區面積928km2，最小評價分區面積9km2。德陽市水資源分區成果見表1，水資源分區圖見圖1。

表1 德陽市水資源分區成果

圖1 德陽市水資源分區圖

3.3 年徑流深等值線

3.3.1 徑流資料

選用質量好、觀測系列長的漢王場、高景關、關口、三皇廟、觀音場、胡家壩、涌泉、大馬口、大邑及都江堰管理局渠道進口站的資料。為了滿足本次評價對資料系列的要求，對徑流系列不足45年同步期的站，一律插補延長至45年(即1966～2010年)。采用數學期望公式計算經驗頻率，以矩法估算統計參數，再通過P-Ⅲ型頻率曲線適線確定統計參數，求得各水文站徑流設計成果。主要水文站設計徑流成果見表2。

表2 主要水文站設計徑流成果

3.3.2 等值線

根據區域水文站點坐標文件繪制的站點分布圖，并賦予各站點多年平均徑流深的屬性值，導出帶屬性的GIS文件，參照矢量化處理后的《四川省水文手冊》(1979年)徑流深等值線圖及四川省水文水資源勘測局2008年完成的四川省1956～2005年平均年徑流深等值線圖，應用空間分析模塊克里金插值方法生成徑流深等值線圖。

通過空間分析模塊生成區域徑流深的柵格數據，量算兩相鄰等值線間的面積，采用面積加權法求得各水文站斷面以上徑流深。反復調整等值線分布，使等值線法計算的平均徑流深與水文站控制面積法計算結果相差3%左右。德陽市多年平均徑流深439.8mm。

表3 徑流深等值線合理性檢查

3.4 分區地表水資源量

采用GIS中的統計分析模塊進行區域統計分析，依據評價區內各水文站實測資料，求得相應控制區的水資源量。水文站未控區間水資源量，按徑流深等值線面積加權平均計算各水資源分區的多年平均徑流深，再乘以各水資源分區面積，得到各水資源分區多年平均水資源量。

表4 各區縣地表水資源量

德陽市多年平均地表水資源量26.3億m3，折合徑流深439.8mm。全市主要江河屬沱江水系，集水面積為3667km2，多年平均徑流深562.0mm，集水面積和水量分別占61.3%和78.3%。涪江水系的集水面積為2314km2，多年平均徑流深246.1mm。

3.5 水資源量評價

德陽市降水產流關系變化較小，水資源量的變化原因主要是氣候條件變化導致降水量變化。20世紀60年代前降水相對偏豐，90年代以來局部地區降水量明顯減少，造成持續干旱河川徑流急劇減少。2000年以后的10年，全市水資源處于1966年以來的最枯階段，近25年平均地表水資源量較前20年減少15%。

4 結語

GIS軟件可以方便地獲取流域水系、流域面積和河流長度等特征信息，疊加分析工具快速準確地計算出各級行政區內水資源分區的組成，完成等值線圖繪制和統計計算，解決了因等值線分布不均勻時量算兩相鄰等值線間流域面積的難題，采用等值線面積加權平均法計算水文站未控區間水資源量。

在水資源評價中，應用GIS極大地提高了計算精度和工作效率，提供了強有力的水資源分析、評價及計算功能，具有廣闊的應用前景。

〔1〕劉九夫，張建云.GIS在水資源評價應用中的關鍵技術研究.水文，2002，(6).

〔2〕湯國安，楊 昕.ArcGIS地理信息系統空間分析實驗教程(第二版).北京：科學出版社，2014.

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TP399∶TV

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2095-1809(2016)01-0046-04

周興全(1983-)，男，工程師，主要從事水文與水資源、水環境保護等工作。