GIS是運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論,科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù),以提供對(duì)規(guī)劃、管理、決策和研究所需信息的技術(shù)系統(tǒng)[16]。近年來(lái),GIS在水文模擬中得到了廣泛的應(yīng)用。借助于GIS強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)分析處理功能,水文模型的研究手段得到了根本性的轉(zhuǎn)變。GIS不僅可以管理空間數(shù)據(jù),用于模型的輸入、輸出,而且還可以將水文模塊植入GIS系統(tǒng),用戶只需要根據(jù)GIS開(kāi)發(fā)的界面操作,不需要涉及水文模型的本身。就目前的研究及應(yīng)用看,GIS與水文模型的結(jié)合主要表現(xiàn)為三種方式,即GIS軟件中嵌入水文分析模塊、水文模型軟件中嵌入部分GIS工具(松散型結(jié)合)及相互耦合嵌套的形式(緊密型結(jié)合)。

       水文陸面模擬中,地形是十分關(guān)鍵的因素,GIS用于水文模擬,可以用來(lái)獲取、操作、顯示這些與模型有關(guān)的空間數(shù)據(jù)和所得的成果,使模型進(jìn)一步細(xì)化,從而深入認(rèn)識(shí)水文現(xiàn)象的物理本質(zhì)[17]。當(dāng)今以數(shù)字地形模型(DTM)、數(shù)字高程模型(DEM)存儲(chǔ)的地形信息, 為流域水系信息參數(shù)的自動(dòng)化提取提供了可能[18]。通過(guò)GIS可以提取流域的基本特征,包括下墊面特征、水系、河網(wǎng)等,并可以依據(jù)河網(wǎng)等級(jí)對(duì)流域進(jìn)行任意的子流域的劃分或者進(jìn)行網(wǎng)格化劃分,不僅可以與傳統(tǒng)的概念性流域水文模型相結(jié)合,管理提供基本的數(shù)據(jù)信息,并實(shí)現(xiàn)輸入輸出功能,更重要的是為分布式的水文物理模型研制提供了平臺(tái)。由GIS可以實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)的可視化結(jié)合、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,并可以減少模型輸入時(shí)的數(shù)據(jù)誤差。GIS在流域水文模擬中得到廣泛的應(yīng)用,出現(xiàn)了許多商業(yè)化的集成軟件和專業(yè)軟件。如ESRI提供的Hydro模塊,可以在Arc/info、Arcview中直接調(diào)用;RSI提供的RiverTools,目前發(fā)展到2.4版本,它的一個(gè)特點(diǎn)是可以處理很大的DEM數(shù)據(jù);GarbrechtJ,MartzW.的TOPAZ工具等,這些工具在流域地形處理方面功能非常強(qiáng)大。

       還有一些基于GIS的專業(yè)水文處理軟件,如WMS(WatershedModelingSystem)模型系統(tǒng),它是美國(guó)BrighamYoung大學(xué)環(huán)境模型研究實(shí)驗(yàn)室(EMRL)開(kāi)發(fā)的專業(yè)水文模擬處理軟件,提供水文模擬全過(guò)程的工具。包括流域、子流域的自動(dòng)生成、幾何參數(shù)的計(jì)算、水文參數(shù)(如匯流時(shí)間、降雨深等)的計(jì)算等,并能實(shí)現(xiàn)模擬結(jié)果的可視化。WMS可以使用矢量地圖、DEM、TIN等格式的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行地形分析和水文模擬。嵌入了多種傳統(tǒng)的概念性水文模型,包括HEC-1、NFF、TR-20、TR-55、RationalMethod、HSPF等,根據(jù)自動(dòng)提取的流域參數(shù)進(jìn)行水文模擬,可以用于洪水預(yù)報(bào)、水庫(kù)設(shè)計(jì)、城市規(guī)劃等。以地形空間變化為主要結(jié)構(gòu),用地形信息模擬水文響應(yīng)的TOPMODEL概念提出后, 國(guó)外已有多方面的研究應(yīng)用[19],國(guó)內(nèi)也有較多的應(yīng)用和研究報(bào)道。如,郭方等[20]將TOP- MODEL應(yīng)用在淮河流域史河水系。任立良等[21,22]建立了基于DEM的數(shù)字流域水文模型, 該模型的基本結(jié)構(gòu)是:在流域柵格DEM數(shù)據(jù)上,應(yīng)用數(shù)字高程流域水系模型(DEDNM)[23] 的原理和方法自動(dòng)提取流域水系,構(gòu)建數(shù)字流域,主要過(guò)程包括凹陷區(qū)的識(shí)別處理、平坦部位水流流向設(shè)定、子流域集水單元勾劃、河網(wǎng)生成、河網(wǎng)與子流域編碼及河網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系的建立;然后對(duì)生成的每一集水子流域應(yīng)用新安江模型建立產(chǎn)流模型,再根據(jù)河網(wǎng)結(jié)構(gòu)拓?fù)潢P(guān)系,采用分段馬斯京根法,建立數(shù)字河網(wǎng)匯流模型,構(gòu)成了數(shù)字水文模型,并在淮河史灌河流域進(jìn)行了實(shí)例應(yīng)用研究,計(jì)算的黃泥莊站時(shí)流量過(guò)程和蔣集站日流量過(guò)程均能與實(shí)測(cè)過(guò)程較好的擬合。