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關鍵詞:工程實踐能力體系;高水平實驗平臺;實驗管理模式;改革與探索
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)35-0035-03
高等學校實踐教學是本科教學工作的重要組成部分,是培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、實踐動手能力和工程素質的重要環(huán)節(jié)。國家明確提出建立創(chuàng)新型國家的任務,社會經濟高速發(fā)展對高等工程人才素質也提出了更高要求。高等教育作為培養(yǎng)高素質創(chuàng)新人才的搖籃,是支撐國家創(chuàng)新體系和經濟建設的基礎。為適應當前國家和社會發(fā)展對高素質工程人才的需求,我國高等教育目前也進行了“卓越工程師”和“拔尖人才”培養(yǎng)模式的探索與實踐。實踐教學環(huán)節(jié)作為高素質工程人才培養(yǎng)的重要組成部分,如何充分發(fā)揮高等學校科研和學科優(yōu)勢,將優(yōu)秀科研成果應用于本科生培養(yǎng),提高學生創(chuàng)新能力和工程實踐能力,成為目前高等教育研究的課題之一。西安理工大學水文與水資源學科是國家重點學科,有著較強的師資隊伍和科研條件,多年來利用科研和學科優(yōu)勢在本科生實踐能力培養(yǎng)方面做了積極探索,在工程實踐能力體系建設、實踐課程內容改革、高水平實驗平臺建設和科研實驗儀器管理等方面進行了改革與實踐,在本科生創(chuàng)新能力和工程實踐能力培養(yǎng)方面取得一定成效。
一、轉變思想,構建工程實踐能力培養(yǎng)體系
隨著我國經濟高速發(fā)展,高等教育由原來的“精英教育”進入“大眾化教育”,高等學校也需要轉變思想,積極探索人才培養(yǎng)新模式,滿足新形勢下不同程度學生需求,適應社會和經濟發(fā)展對人才素質的需求,培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和工程實踐能力。水文與水資源工程專業(yè)是為國家水利基礎性行業(yè)培養(yǎng)人才,其主要目標是培養(yǎng)能在水利、水務、能源、交通、城市建設、農林、環(huán)境保護、地質礦產等部門從事水文、水資源及水環(huán)境方面勘測、評價、規(guī)劃、設計、預測預報和管理等工作及相應的教學和科學研究的高級專門人才。該專業(yè)的核心專業(yè)課程《水文學原理》、《水環(huán)境化學》、《水文氣象學》、《水文信息采集與處理》、《地下水水文學》、《地下水利用》及院級任選修課《水情測報系統(tǒng)》等,這些都是實踐性很強的課程,只有將實驗教學環(huán)節(jié)與理論知識體系有機結合起來,才能使學生更牢靠更系統(tǒng)地掌握本專業(yè)的知識體系,也才能順利達成專業(yè)的培養(yǎng)目標。西安理工大學2004年開始了“完全學分制”改革試點工作,水文與水資源專業(yè)根據學分制下不同層次學生的需求,轉變觀念,提高認識,優(yōu)化模式,提高質量和效率,重新制定培養(yǎng)計劃,構建工程實踐能力培養(yǎng)體系,加強學生實踐環(huán)節(jié),培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和工程實踐能力,如圖1所示。
工程實踐能力培養(yǎng)體系分為四個層次,第一層次將校內實驗室參觀和校外工程參觀相結合,使學生對本專業(yè)有一個基本認識;第二層次通過實驗課程、專業(yè)課程實習及課程設計等校內外實踐環(huán)節(jié),將課內與課外相結合,理論與實踐相結合,加強學生專業(yè)基本知識和工程實踐基本技能培養(yǎng);第三層次通過生產實習、社會實踐、課外科技活動,加強學生專業(yè)知識初步應用能力,使學生基本理論與工程實際進一步融合;第四層次通過畢業(yè)設計,通過解決工程實際問題,培養(yǎng)學生系統(tǒng)解決實際問題的能力。通過四個層次的訓練,校內與校外相結合,理論與實踐相相結合,加強學生創(chuàng)新能力和工程實踐能力培養(yǎng)。
二、發(fā)揮學科優(yōu)勢,改革實踐教學內容與管理模式
實踐教學具有直觀性、實踐性、綜合性和創(chuàng)新性等特點,有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐動手能力,在高素質創(chuàng)新人才培養(yǎng)中具有不可替代的作用。我校充分發(fā)揮國家重點學科和省部共建重點實驗室優(yōu)勢,改革實踐教學內容和管理模式,加強學生創(chuàng)新思維和實踐動手能力培養(yǎng)。
1.建立專業(yè)教學實驗平臺,開設重點實驗。根據水文與水資源工程專業(yè)教指委的基本要求,建立水文與水資源工程專業(yè)教學實驗平臺,使學生掌握專業(yè)基礎理論知識,對于加深學生對課堂內容的理解,提高學生動手能力,培養(yǎng)學生分析、解決實際問題、觀測、統(tǒng)計、考察、判斷、設計能力及創(chuàng)造性思維能力,適應生產和科研的需要都具有非常重要的作用。同時根據專業(yè)和課程特點,結合學科優(yōu)勢,開設重點實驗,加強學生知識理解和工程實踐能力。以《水文學原理》為例,作為水文與水資源工程專業(yè)必修的專業(yè)基礎課,主要內容包括水文循環(huán)基本規(guī)律及降雨徑流關系等。如果能將徑流的形成過程和下滲的物理過程及水循環(huán)各子要素降水、下滲、徑流、蒸發(fā)之間的轉換關系以實驗的形式直接展示給學生,同時以實驗的方式讓學生掌握坡面降水量、徑流量、下滲量的測定方法,不僅有利于學生認識水循環(huán)各子要素之間的相互轉換關系,有利于對天然條件下的下滲空間分布及與充分供水條件的下滲區(qū)別的理解,而且對于產匯流的分析與計算和整個課程核心內容的掌握均有重要作用。此外,對于水循環(huán)要素中的關鍵環(huán)節(jié)――下滲的不同階段(滲潤、滲漏、滲透階段)能讓學生通過實驗親自觀測和驗證,使學生理解下滲的不同階段;掌握下滲率和下滲能力的測定方法;了解下滲的空間變異性及天然下滲與充分供水下滲的區(qū)別。因此根據該課程的內容和特點,結合教師科研成果,我校自行研制實驗儀器,開設了“下滲實驗”和“水文循環(huán)規(guī)律實驗”。通過這兩個實驗,不僅讓學生對抽象的理論知識有了感性認識,加深了學生對教學內容的理解,而且提高了學生實驗動手能力、分析能力、現場監(jiān)測能力及適應社會的能力。同樣,針對《地下水水文學》這門專業(yè)基礎課程的特點,開設了“地下水含水層水文地質參數測定”、“多孔介質滲流特性實驗”、“潛水模擬實驗”、“承壓水演示實驗”。通過這些實驗,使學生認識承壓水和潛水的補給、賦存、消耗和轉化特征。了解地下水的形成、儲存、運動、補給、消耗等特征的變化規(guī)律,幫助學生更深入地理解地下水的基本原理,為今后從事相關學科的實際工作或科學研究打下基礎。
2.根據社會需求,及時更新實驗儀器設備?!端闇y報系統(tǒng)》課程是水文與水資源工程專業(yè)的專業(yè)課,相關的實驗基礎是水資源與環(huán)境實驗室在學科建設中已建成的GIS實驗室,內有一臺服務器及10個終端,為滿足學生工作需求,在GIS實驗室的基礎上配備了中心站接收電臺一套、終端站設備(自記雨量計、自記水位計、前置數采器及數傳電臺)六套、水情測報與洪水調度軟件一套。為本科生開設了“水情自動測報與洪水調度系統(tǒng)軟件操作實驗”及“水情自動測報系統(tǒng)結構認識、采集和信息傳輸”兩個實驗。在2012年水文與水資源工程專業(yè)認證過程中,這套實驗系統(tǒng)受到了評估專家的高度評價,認為水情測報系統(tǒng)與生產應用基本一致且系統(tǒng)完整,學生在學校就提前掌握了這套操作規(guī)程,培養(yǎng)了學生的實踐動手能力,避免了用人單位的再次培訓。這也改變了用人單位對畢業(yè)生質量以及畢業(yè)學校的看法,使得我校本科生成為用人單位最愿意接收學生。
3.結合重點學科和實驗室優(yōu)勢,將大型學科儀器用于教學。我校的水文及水資源學科具有20多臺較先進的大型儀器,包括通量塔、質譜儀、原子吸收分光光度計、紫外分光光度計等。這些大型儀器,特別是一些進口儀器的維修費用比較昂貴,如果儀器被損壞,不僅影響實驗室承擔的國家項目研究,也會帶來較大的經濟損失,因此平時由專人管理,只對教師、研究生開放,主要用于科研工作,有些儀器存在著利用率低等問題。這些年,我校充分發(fā)揮學科和實驗室優(yōu)勢,積極探索大型儀器管理模式,努力嘗試對本科生開放。實驗過程中,由實驗教師和儀器管理教師共同指導,講解儀器的操作規(guī)范,實驗教師結合新儀器修訂實驗講義,下發(fā)給學生,嚴把實驗預習關;操作過程中,雙人指導,嚴格要求,盡量避免儀器誤操作。充分發(fā)揮學科建設大型儀器設備的潛能,提高和改善本科生實驗教學效果和質量。此外,根據儀器的功能,相應拓寬實驗內容,一些驗證性實驗改為綜合性實驗。實驗內容增多后,老師只給要領,很多具體的細節(jié)要學生自己琢磨,不僅改變了以往抄抄實驗原理、寫寫實驗結果的實驗報告模式,而且培養(yǎng)了學生創(chuàng)新思維的能力和相互協作的團隊精神。
我校通過四層次實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)體系,發(fā)揮國家重點學科和省部共建重點實驗室優(yōu)勢,改革實驗內容和管理模式,讓學生在本科階段就接觸到本學科的一些先進的儀器,加強學生創(chuàng)新思維和工程實踐能力的培養(yǎng),為高等學校的實驗室建設與改革,高素質工程技術人才的培養(yǎng)提供了一定思路。
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水文水資源工程的培養(yǎng)目標
本專業(yè)培養(yǎng)具有較扎實自然科學知識,較好人文科學知識,較強的計算機、外語、管理等方面應用能力與水文水資源及水環(huán)境方面專業(yè)及專業(yè)基礎知識,能在水利、能源、交通、城市建設、農林、環(huán)境保護等部門從事水文、水資源及環(huán)境保護方面勘測、規(guī)劃設計、預測預報、管理、技術經濟分析以及教學和基礎理論研究的高級工程技術人才。
水文與水資源工程 的就業(yè)方向從事水文、水資源及環(huán)境保護方面勘測、規(guī)劃設計、預測預報、管理、技術經濟分析以及教學和基礎理論研究工作
水文與水資源工程 的介紹本專業(yè)學生主要學習水文水資源及環(huán)境信息的采集及處理、水旱災害預測及防治、水資源規(guī)劃、水環(huán)境保護、水利工程規(guī)劃與設計、水利工程運行與管理、水政管理等方面基本理論和基本知識,受到工程制圖、運算、實驗、測試等方面基本訓練,具有應用所學專業(yè)分析解決實際問題、科學研究、組織管理的基本能力。
水文與水資源工程 的主要課程自然地質學、氣象與氣候學、水力學、河流動力學、水利工程、水文學原理、水文統(tǒng)計學、水資源學、地下水文學、環(huán)境化學、水利法規(guī)。
關鍵詞:水資源評價與管理;課程建設;實踐教學;教學改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)45-0095-03
一、概述
華北電力大學水文與水資源工程專業(yè)是繼水利水電工程專業(yè)之后興辦的第二個水利專業(yè),2006年經教育部審批,于2007年招收第一屆本科生。2007級水文與水資源工程專業(yè)按照2006版人才培養(yǎng)方案設置專業(yè)課程,《水資源評價與管理》是這些專業(yè)課程中的一門必修課,這版培養(yǎng)計劃安排是56學時(3.5學分),沒有課程設計和實習等實踐教學環(huán)節(jié),2006版培養(yǎng)計劃應用一年后,到2008年開始對2006版培養(yǎng)計劃進行修訂,制訂2008版本科人才培養(yǎng)方案,根據《水資源評價與管理》這門課程的時代性、實踐性和知識更新性都較強的特點,將2008版的《水資源評價與管理》的課程調整為48學時(3學分),另外增設了1周(1學分)的課程設計。依據新修訂的2008版本科人才培養(yǎng)方案,華北電力大學2009年開始實施433核心課程建設計劃,433核心課程包括4門公共基礎課、3門專業(yè)基礎課和3門專業(yè)課。其中,《水資源評價與管理》成為水文與水資源工程專業(yè)的433核心課程之一,經過2年的建設,該課程順利地通過了學校433核心課程的驗收,目前該課程的建設和教學改革正逐步進入優(yōu)化完善階段。
《水資源評價與管理》課程是水文與水資源工程專業(yè)本科學生完成了基礎知識學習后接觸的主要專業(yè)課之一,是水文學及水資源研究領域中不可或缺的重要組成部分。
二、課程建設
《水資源評價與管理》課程建設包括教學大綱、教材、課程設計任務書、教師隊伍建設等內容。
1.教學大綱的制定。根據2008版本科人才培養(yǎng)方案的基本要求,以電力學科為主的“大電力”特色,水文與水資源工程專業(yè)要為“水電”做基礎性工作的宗旨,在2006版培養(yǎng)方案的基礎上重新編制了水資源評價與管理的教學大綱,對課程的性質、教學目的和任務、教學的基本要求和課程的內容進行了細化和規(guī)定。要求掌握水資源評價的概念、方法等,其中主要包括地表水資源量的計算和評價、地下水資源量的分析和評價、區(qū)域的水資源及水質評價等,掌握國民經濟生產、居民生活和生態(tài)環(huán)境的需水預測,以及水資源供需分析方法,初步了解水資源分配及優(yōu)化配置的模型和方法,掌握現代水資源管理的相關基本理論、經驗和制度方法等。
2.教材的選擇。目前,國內正式出版的水資源評價與管理方面的教材主要有:(1)朱岐武主編,由黃河水利出版社出版的《水資源評價與管理》,該教材主要是按照國家對高職高專人才培養(yǎng)的要求和特點編寫完成的。(2)高桂霞主編,由中國水利水電出版社出版的教材《水資源評價與管理》,該教材適合于中等專業(yè)學校的學生。(3)李彥彬等編寫,由中國水利水電出版社出版的教材《水資源評價與管理》,該教材涵蓋了水資源評價與管理以及水資源利用方面的主要內容。
在水資源規(guī)劃與管理方面的教材中也包含水資源評價與管理方面的內容,這方面的教材主要有:(1)左其亭等編著,由中國水利水電出版社出版的《水資源規(guī)劃與管理》,該教材包含了水資源評價、社會經濟發(fā)展預測、水資源系統(tǒng)分析方法、水資源規(guī)劃以及水資源管理方面的內容。(2)董增川主編,由中國水利水電出版社出版的《水資源規(guī)劃與管理》,該教材包含了水資源的概念及分類、特點,水資源評價的概念及方法,水資源需水預測、供需平衡分析,水資源優(yōu)化配置,水資源系統(tǒng)運行調度、綜合規(guī)劃、管理及水資源科持續(xù)利用等內容。(3)水利部水利水電規(guī)劃設計總院編制的《全國水資源綜合規(guī)劃技術細則》是一本很好的指導水資源評價與規(guī)劃工作的工具書[1]。這些教材涉及的面較廣,基本涵蓋了水資源評價與管理方面的相關內容,但是作為本科生的教材,內容上既要有一定的廣度,而且還要有一定的深度,更關鍵的是內容一定能反映最新的相關理論或技術方法,鑒于此,筆者主編了華北電力大學《水資源評價與管理》校內教材,該教材突出了《水資源評價與管理》這門課程的時代性和實用性,強調了《水資源評價與管理》是一門不斷豐富和發(fā)展的課程,內容方面包含了水資源的數量和質量評價、水資源開發(fā)利用對環(huán)境的影響、水資源綜合評價等,著重介紹評價的數據資料準備、評價的程序,評價的新方法中包括物元分析法、模糊綜合評判法屬性識別方法、主成分分析法、改進的灰色關聯分析法和信息熵法等6種方法;水資源管理的內容增加了目前我國最新的水資源最嚴格管理以及“三條紅線”制度等方面,而且隨著科學技術的進步、經濟社會的發(fā)展以及人們生活水平的提高,尤其是全球氣候變化及人類活動對水資源的影響,新的水資源評價方法及水資源管理的理念將不斷出現。
3.課程設計任務書。根據華北電力大學強化“重實踐,強能力”的辦學特色,依據一周5天的設計周期編制了水資源評價與管理的課程設計任務書,其內容包含課程設計的目的和意義、基本數據資料、課程設計要求以及時間安排等設計內容,具體包括水文數據資料的收集、整理及處理、不同保證率下水資源量的計算、可利用地表(地下)水資源量的計算、國民經濟各部門的需水量的計算及預測、供水需水平衡分析、水資源管理對策和措施的制定等內容。
4.教師隊伍建設。經過6年多的發(fā)展,已經形成了由3~4名副教授以上的中青年教師組成的水資源評價與管理教學的教師團隊,由水文學及水資源、水力學及河流動力學以及管理科學與工程等專業(yè)背景的具有博士學位的年輕老師投入到一線教學的工作中來,可以充分利用具有不同專業(yè)背景的教師對該課程的不同的理解方面,使課程教學能夠集思廣益,使課程設計等實踐教學效果更為顯著。
三、教學過程中存在問題
1.課程學時數較少。我國高等學校在“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”的培養(yǎng)目標要求下,基本都壓縮了專業(yè)課的學時數[2]。一般3學分都是48學時,要想把水資源評價的基本理論、評價方法、評價程序以及水資源管理的基本理論等全面詳細地教授給學生,難度比較大,而且學生在學習過程中,還需要補充很多課外的基礎知識,比如補充經濟學方面的知識,以滿足水價理論方面的教學要求;補充優(yōu)化原理與方法的知識,以滿足水資源優(yōu)化配置方面的學習等;補充工程水文及水利計算方面的知識,以滿足水資源數量評價方面的學習等。
2..教學內容相對滯后。由于水資源規(guī)劃與管理方面不斷涌現出新理論、新方法、新技術、新規(guī)范等,但高校的專業(yè)課教材一旦選定就要使用幾年,難免出現教學內容相對滯后的情況發(fā)生,其教學內容還偏重于傳統(tǒng)的水資源評價與管理的基本原理及技術方法的講解,而對諸如水安全評價、水資源管理信息系統(tǒng)研發(fā)以及制度建設等新理論、新技術的介紹較少,造成學生在校所掌握的知識滯后于當前學科發(fā)展進程[1]。
3.學科交叉性較強。隨著水資源的緊缺,水資源問題的日益突出,水資源開發(fā)利用程度的不斷提高,使水資源評價與管理越來越成為一門理論內容交叉性強、應用面廣的課程,涉及到水與資源、水與環(huán)境、水與生態(tài)、水與經濟、水與社會等諸多方面,另外,隨著科學技術的發(fā)展,應用技術尤其是電子計算機技術、地理信息系統(tǒng)等“3S”技術的發(fā)展,水資源評價與管理的任務越來越復雜和多樣。
4.學生主動學習的愿望較低。從日常教學的過程中發(fā)現,學生在聽課中只是去記一些基本概念、基本原理、基本方程,而不是針對具體的水資源問題去尋求和思考具有針對性的對策或措施,主要是為了期末考試的試題而去聽課,這樣就使得學生沒有主動學習的愿望,而是為了考出好的成績而去學習,缺少對目前水資源、水環(huán)境、水生態(tài)出現的問題,以及如何將水資源管好、用好提出自己的、具有原創(chuàng)性的想法和建議。
四、教學改革
針對課程教學中出現的以上幾方面問題,筆者逐漸從教材的改革、教學手段的多樣化、考試方式的改革和鼓勵學生申報創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目等幾方面進行了嘗試。
1.教材改革。如前所述,筆者編制了一本校內教材,將水資源評價與管理的新理論和新方法引入到教材中來,比如在需水預測中,對于河道內生態(tài)需水量的計算方法,加入了改進的濕周法、Tennan法、以及流量歷時曲線法等[3];對于水資源管理中的加入了水權理論以及我們國家從2011年開始實施的最嚴格水資源管理理論的“三條紅線”制度等,以盡量減少教材與實際工作的滯后性。
2.教學手段的多樣化。隨著現代計算機技術以及圖形圖像技術的發(fā)展,尤其是多媒體技術的出現使現代教學逐步擺脫了傳統(tǒng)的“粉筆+黑板”的教學模式。因此,在教學過程中積極開發(fā)和利用電子講義、電子課件、水資源水工程方面的錄像、圖片、以及多媒體PPT課件等,盡量將比較抽象的基本概念、基本原理、難以理解的技術方法等用形象的多媒體形式表達出來,使學生更便于理解和明白,以提高學生學習專業(yè)知識的興趣,并喚起學生的求知欲,從而使學生由被動的“聽”變?yōu)橹鲃拥摹皩W”。多媒體教學在一定程度上,彌補了現有課時的不足[2]。
3.考試方式的改革。為了防止學生只是死記硬背一些概念、原理和公式,以應付期末考試的試題,我校改革了傳統(tǒng)的閉卷考試的方式,采取老師統(tǒng)一命題或自命題的方式撰寫課程論文,課程論文要有統(tǒng)一的格式和內容,內容要包括摘要、英文摘要、正文、參考文獻,其中摘要必須在200~300字之內,而且要有研究意義目的、研究方法、研究結果和結論四部分,參考文獻在20~30篇以上,而且英文文獻要占一半左右,通過這樣的訓練,可以使學生掌握撰寫學術論文的基本要求,為撰寫畢業(yè)學位論文打下扎實的基礎,也為本科生參加各種競賽、發(fā)表學術論文提供必要的支撐。
4.鼓勵學生申報創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。由于水資源問題的復雜性、多樣性和交叉性,在教學過程中,我們鼓勵學生勤于思考,多發(fā)現跟水有關的問題,先后指導10多名學生根據水與環(huán)境、水與生態(tài)等方面的知識,申請了大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目,其中2項獲得國家級優(yōu)秀的好成績,而且以這些創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目為依托發(fā)表的SCI或EI收錄學術論文3篇,增強了學生學習水資源評價與管理的興趣。
五、結語
根據華北電力大學水文與水資源工程專業(yè)《水資源評價與管理》的課程教學經驗,本文對這門433核心課程包括教學大綱的制定、教材的選擇、教學手段、考試方式以及如何鼓勵大學生申報創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目等方面進行了一些改革探索。按照《水資源評價與管理》課程建設的基本要求,對教學內容進行了豐富、拓展和必要補充,逐漸培養(yǎng)學生對水資源專業(yè)領域的了解和把握,通過撰寫課程論文逐步實現本科生獨立完成學術文獻的總結和綜述、完成研究方法的實現、研究結果的闡述以及研究結論的得出的能力,真正培養(yǎng)本科生的實際能力。
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【關鍵詞】GIS技術;水文水資源;資源管理;資源政策;防洪抗旱
前言
GIS技術(地理信息系統(tǒng))是當前水文和水利工作的重要基礎性技術,由于GIS技術立足于計算機技術,這使得水文水資源工作可以利用數字、通信領域的新發(fā)展得到迅速的發(fā)展,實現水文水資源科學的管理、水文資源政策合理的制定、防洪抗旱能力的提高,可見GIS技術對于水文水資源工作的重要價值。應該從GIS技術的水文水資源基礎認知入手,分析水文水資源工作應用GIS技術存在的問題,找到問題存在的深層次原因,以水文水資源工作和GIS技術的特點出發(fā),探尋水文水資源領域GIS技術應用的要點,把握GIS技術應用于水文水資源領域的方向,更好地實現GIS技術對于水文水資源工作的價值,促進水文和水利領域的各項工作走向深入。
1 GIS技術的概述
GIS技術是立足于計算機技術和地理信息處理技術的信息加工和處理系統(tǒng),GIS技術具備地理信息的收集、存儲、加工、分析、管理、應用功能,是地理分布、空間信息加工的重要技術,是水文工作重要的基礎性技術。GIS技術為水文工作提供了一個嶄新的平臺,形成了不同于傳統(tǒng)水文工作的思路和方法,特別在水資源管理、水資源監(jiān)測、水資源保護、資源政策指導、防洪抗旱工作中GIS技術具有較好的適應性,是現代水文工作中不可替代的基礎性技術。
2 水文水資源工作應用GIS技術存在的主要問題
2.1 缺乏統(tǒng)一的GIS技術平臺
當前水文水資源行業(yè)已經看到GIS技術的重要價值,并展開了GIS技術的應用工作,但是由于各自為戰(zhàn),導致GIS技術的開發(fā)平臺多種,數據格式多樣,沒有完整的標準和規(guī)范,這個水文水資源信息交流和共享帶來了極大的不便,影響GIS技術的進一步應用。
2.2 GIS技術與其他工作溝通不想
當前,GIS技術的應用工作多重視水文水資源數據的采集,沒有利用GIS技術的優(yōu)點展現與其他工作和領域的合作與溝通,導致GIS技術的交互性出現不足,特別是GIS技術數據與現有的水文模型不能有效契合,出現GIS技術的深層次優(yōu)勢沒有得到發(fā)揮的問題。
2.3 GIS技術的動態(tài)效果有待于提高
GIS技術對水文現在的表述多屬于靜態(tài)描述和簡化處理,這會產生GIS技術與實際之間的較大差異,進而會影響GIS技術動態(tài)模擬效果的真實性和有效性,出現GIS技術的表達障礙。
3 GIS技術在水文水資源領域的應用
3.1 水資源規(guī)劃中應用GIS技術
水資源規(guī)劃包括:水資源調查評價、需水預測、節(jié)約用水規(guī)劃、水資源保護規(guī)劃、供水預測、水資源配置、規(guī)劃實施效果評價等內容。可通過GIS技術可以建立水資源計算與評價模型,根據具體實際情況進行評價,輔助進行水資源評價,以便做出水資源合理的規(guī)劃。
3.2 水資源管理中應用GIS技術
水資源管理包括對水文基本信息、地形地貌、水文地質條件、河流水系、土壤植被、水利工程等多種不同類型要素的管理,GIS技術可以實現多元信息的疊加分析及空間數據和屬性數據結合,為水資源管理提供基礎信息的服務。
3.3 防洪抗旱中GIS技術的應用
通過GIS技術與GPS技術、RS技術的結合可以建立洪水預警和干旱預警的系統(tǒng),對洪澇災害和旱災進行災情評估、災情預報和災害風險分析,有利于控制災害的風險,降低災害的損失。
3.4 水資源政策制定中GIS技術的應用
GIS技術的應用可以豐富水資源政策制定中的數據基礎和理論基礎,有利于縮小理論和實踐的差別,形成科學的決策支持系統(tǒng),以大量的數據及相應的模型作為基礎作為水資源政策的支撐,在數據的基礎上通過GIS相關空間分析功能得到相應的結果,為水文水資源規(guī)劃、評價及工程實施服務。
4 GIS技術在水文水資源應用的展望
4.1 GIS技術在建立水文地理空間數據庫中的應用
水文地理空間數據庫是今后水文水資源工作的重要基礎,是GIS技術在水文水資源領域中應用的核心,數據庫要保障實時查詢則要求保持服務器端數據庫與實時報汛數據庫之間的通信,創(chuàng)建并存儲洪水預報相關數據,進行更新、插值計算后得到最新信息,以便在水文水資源工作中得到有效地應用。
4.2 GIS技術與水文模型的融合
GIS技術的發(fā)展方向是與水文模型做到合理的契合,GIS技術應用于水文模型的數據處理過程,通過單指標空間分析和多圖層加權疊加,模擬地下水運移規(guī)律和轉化過程,實現水文水資源專業(yè)模型GIS技術的集成。
4.3 GIS技術的二次開發(fā)
水文水資源領域要重視GIS技術的二次開發(fā),優(yōu)化增加空間決策支持系統(tǒng)的功能,加強對水文動態(tài)變化過程進行模擬,為決策規(guī)劃工作提供必要的服務。
5 結語
綜上所述,GIS技術具有系統(tǒng)性和基礎性的優(yōu)點,在水文水環(huán)境領域有著重點的應用,在水資源管理、水資源保護、抗旱防澇、資源決策等方面,GIS技術可以提供重要的支持,應對GIS技術的基本概念和功能熟練掌握,立足于水文水環(huán)境的實際,解決GIS技術應用方面的難題,在把握GIS技術應用重點的同時,提高水利水環(huán)境工作的質量。此外,作為技術人員和從業(yè)者,應該對GIS技術的發(fā)展有所展望,要明確GIS技術與水文工作結合的關鍵,以期更好地促進水文水利工作取得新發(fā)展。
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1.1GIS技術在水資源規(guī)劃與評價中的應用在常規(guī)水資源評價中,一般只重視評價區(qū)域水資源及其利用數量,而無法利用有效工具評價水資源空間分布變化。在這種情況下,嚴重影響區(qū)域水資源利用效率分析結果的可靠性。GIS具備空間數據管理和分析功能,將其應用到水資源評價中,不僅能夠提供直觀、理性的可視化工具,而且還能夠準確、快速處理空間信息,存儲、管理和分析水資源評價數據,為研究區(qū)域水資源利用的空間差異提供有效表達手段。同時,在水資源規(guī)劃管理中,以GIS技術為依托搭建水資源規(guī)劃管理平臺,能夠為水資源規(guī)劃提供大量地形地貌、土壤植被、生態(tài)環(huán)境、氣象水文、社會經濟等方面的信息,滿足水資源規(guī)劃管理對空間信息的需求。此外,水資源規(guī)劃管理平臺,還能夠在自動生成流域自然地理和社會要素地圖的基礎上,繪制流域水資源供需圖、水污染分布圖、供水影響圖、灌溉規(guī)劃圖等,進而分析流域水資源蓄量、空間分布與人口分布的關系,為水資源規(guī)劃提供高層次的決策依據。
1.2GIS技術在生態(tài)用水量計算中的應用所謂的生態(tài)用水量也被稱之為生態(tài)需水量或是生態(tài)環(huán)境用水量,這是隨著生態(tài)環(huán)境逐步惡化而出現的新概念,從廣義的角度上講,生態(tài)用水就是維持全球生態(tài)系統(tǒng)水分平衡所需要的實際水量,如河流、濕地等維持自身功能的需水量。生態(tài)用水是目前水文水資源領域中研究的重點課題之一,借助GIS集成生態(tài)環(huán)境調查結果及相關數據,可以為生態(tài)環(huán)境的評價、管控以及其它方面的應用研究提供詳實、具體的資料。同時,通過地理信息系統(tǒng)獲取各個地區(qū)不同的土地覆蓋植被類型的面積,再結合生態(tài)用水量的計算模型,便可準確計算出生態(tài)用水量。
1.3GIS技術在防洪減災中的應用防洪減災是一項系統(tǒng)性較強的工作,其中主要包括對洪水風險特性的了解和認識、對水災成災機理的探討以及對防洪減災體系的完善等內容。GIS技術在防洪減災中的應用體現在如下幾個方面:①防洪決策支持系統(tǒng)。GIS在該系統(tǒng)中的應用有空間數據管理,如查詢、檢索、更新等,借助GIS的空間分析能力可以為防汛指揮決策提供決策支持,并為各種應用模型的構建提供數據支撐。②洪澇災害風險分析。應用GIS技術可以將洪水的危險性和承災體的易損性以及損失評估等幾個方面的自然、地理、社會因子的相應權重進行空間疊加,這是分析洪澇風險及對其進行區(qū)劃的有效手段之一。③防洪。GIS技術在城市防洪中主要有以下幾個方面的應用:積水退水的預測預報、排水設施管理、暴雨分布的可視化顯示、暴雨時空特征分析等等,這為城市防洪工作的有序進行提供了強有力的技術支撐。
2.GIS在水文水資源領域應用中的發(fā)展趨勢展望
2.1GIS研發(fā)標準統(tǒng)一化當前,在GIS技術研發(fā)領域尚未建立統(tǒng)一的技術規(guī)范和標準,使得GIS開發(fā)平臺和數據模式呈現出多樣化的特征,缺乏對GIS技術在水文水資源領域研發(fā)的針對性。為有效解決這一問題,應當建立統(tǒng)一的GIS應用規(guī)范和研發(fā)標準,使GIS能夠滿足大范圍內的水文信息交流,為構建水文水資源信息管理網絡平臺提供技術支撐。
2.2建立水文水資源地理空間數據庫以GIS技術為依托,建設標準化、規(guī)范化的水文水資源地理空間數據庫,如水旱災情數據庫、雨情數據庫、水情數據庫等。將流域內的水文水資源信息、生態(tài)環(huán)境信息、自然資源信息、社會經濟情況等信息納入到數據庫中,并做好數據庫的實時更新工作,始終保持數據信息的全面性和準確性,為水文水資源管理與決策提供依據。
[關鍵詞]水文水資源 發(fā)展趨勢 技術推廣應用
中圖分類號:TV7 38 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2015)34-0358-01
可持續(xù)發(fā)展已經成為當今時代的焦點話題,如何科學利用資源實現加速發(fā)展是世界面臨的共同難題。水文水資源是重要的基礎型資源,對于保障經濟進步和社會和諧發(fā)展有著重要的支撐作用和保障價值。水文水資源技術是新時期信息技術、控制理論、生態(tài)科學、地理學等學科的綜合統(tǒng)一體,對于保障社會生產和人民生活中科學利用水文水資源有著至關重要的價值,在生態(tài)恢復、環(huán)境保護、水系治理、水資源管理、抗旱排澇等重要工作有著不可替代的作用,是確保社會總體發(fā)展質量和發(fā)展速度的重要支撐。
一、我國水文水資源領域技術發(fā)展趨勢和需求
1、在強烈的社會實踐需求和現代科學技術發(fā)展的推動下,水文水資源的技術開發(fā)和研究將進一步深化,其研究領域和研究尺度不斷擴大,技術方法的先進性將進一步提高,服務于水利和相關行業(yè)生產實踐的能力將進一步提高。水文水資源領域科技發(fā)展的趨勢是:
(1)水文信息的采集和監(jiān)測能力將不斷提高。通過正確配置監(jiān)測站、采集站、雷達氣象臺,得到了很多關于地面的信息,大大提高對整體水文事件特別是極端水文事件的分析、監(jiān)測和預警能力。
(2)大尺度以及環(huán)境變遷影響下水文研究工作的開展。不僅研究陸面地表水、土壤水和地下水量的轉換機制,利用空中遙感技術,在空中信息、地面檢測、空中遙感呼應的同時,也形成了客觀、科學、準確、嚴密的信息采集系統(tǒng)。
(3)跨學科的綜合和交叉。水文水資源與地球科學、計算機與信息系統(tǒng)、系統(tǒng)工程科學、社會學、經濟學、生態(tài)學等的交叉性不斷加強,將促進實現水源有效開發(fā)利用與經濟高速增長和生態(tài)環(huán)境的協調發(fā)展。
(4)現代高新技術的廣泛推廣及應用。隨著現代科學技術的迅猛發(fā)展,核技術、地球觀測技術、信息技術、現代控制理論和方法等在水文水資源研究的各個領域中取得了很大的推廣,使得水文水資源的研究方法出現突破性進展。
2、我國水文水資源的科技需求
我國經濟社會快速發(fā)展、工業(yè)的進步和城市化進程使人民生活水平不斷提高,但同時也使造成了水資源短缺、水環(huán)境污染和水旱災害等問題,這些問題制約了國家經濟社會的可持續(xù)發(fā)展。所以改善水資源的可持續(xù)利用,支持經濟社會的可持續(xù)發(fā)展,是水文水資源科技研究的首要任務。結合水文水資源領域科技的發(fā)展趨勢與科技狀況,水文水資源領域的技術需求主要包括:
(1)在防洪抗旱減災方面。洪澇、干旱、水環(huán)境監(jiān)測(包括水雨情時空分布、地下水監(jiān)測、土壤墑情生態(tài)條件等,可以利用對雷達測雨、衛(wèi)星遙感、地理信息系統(tǒng)、同位素技術、信息技術等新技術、新途徑和預測預報技術的推廣應用,加強水文與氣象耦合的水文預報技術研究,提高防汛抗旱能力,降低災害。
(2)在水資源利用和管理方面。主要從兩個方面實施:一方面是“開源”,利用非傳統(tǒng)水資源技術,如流域洪水資源利用技術、城市雨水資源利用技術、雨洪回補地下水技術、污水資源利用以及海水淡化等應用和推廣;另一方面是“節(jié)流”,開發(fā)和推廣先進的節(jié)水灌溉技術、水資源水質水量監(jiān)控技術,建設水資源實時監(jiān)控與管理信息系統(tǒng),以達到控制浪費的目的。
(3)在生態(tài)環(huán)境保護方面。增強對水資源的實時監(jiān)測和預警技術,來保護水資源減少浪費;運用新一代衛(wèi)星遙感技術對水體濁度、水環(huán)境、生態(tài)條件等水資源問題的監(jiān)測,快速發(fā)現生態(tài)環(huán)境遭到影響的原因,并且做好處理。
(4)大型公用基礎軟件和信息共享平臺建設?;A資料是進行所有創(chuàng)新性科學研究的根本和基礎。所以促進信息共享平臺的建設十分重要,通過共享來避免重復采集信息。對于水資源評價、監(jiān)測等適用性、專業(yè)性都很強的區(qū)域,可以推廣并管理一些專業(yè)的軟件,包括水文監(jiān)測分析、水資源評價、水資源調度、水資源管理等軟件,這樣就能充分利用軟件與網絡信息,提高水文資源的管理力度,從而提高水文水資源行業(yè)的水平。
二、水文水資源領域技術的推廣應用
1、現代水文預報預測技術
現代水文預報預測技術的核心就在于提高水文預報預測的預見能力,從而從根本上解決水資源短缺、水環(huán)境污染和洪旱災害。所以必須加強氣象與水文相耦合的預報預測技術的開發(fā)和推廣,并推進定量的氣象數值預報預測產品在水文領域中的應用,以不斷提高抗旱、防洪、水環(huán)境變化等各項預報能力;并加強對臺風、水雨情、天氣的預報預測工作。這些推廣技術包括氣象與水文相耦合的對降雨徑流中長期的預報技術、結合定量的氣象數值預報預測產品、基于新途徑和新技術的水文預報預測技術、基于分布式水文模型和天氣雷達測雨信息源的實時天氣預報。
2、惡劣自然條件下水文測報技術
建設適應高山峽谷、高寒缺氧無人區(qū)自動水文測報站,需要研究和推廣適應惡劣自然條件下的水文測報技術。近年來我國自然災害頻繁發(fā)生,迫切需要推廣適用于重大自然災害或突發(fā)水事件地區(qū)和環(huán)境惡劣、條件復雜下的水文應急監(jiān)測自動測報裝置,為調度決策部門的應急決策和指揮調度服務。
3、水文信息的監(jiān)測、傳輸技術
能夠準確及時的對水雨情和水質、旱情等狀況進行監(jiān)測預警的技術和設備,并且是具有較高的效率,操作簡便,靈敏度高的技術進行推廣,以滿足社會經濟可持續(xù)發(fā)展,實現抗旱防洪減災目標的要求。這些推廣技術包括水文信息的監(jiān)測傳感器、遠程傳輸、信息采集、數據管理、處理和分析的技術與設備、地下水溫度和水位等自動監(jiān)測的技術與設備;河湖水質的在線自動監(jiān)測的技術與設備,依靠衛(wèi)星遙感信息進行大范圍的土壤墑情的實時監(jiān)測分析技術與設備等。
4、水資源的合理配置與調度技術
通過健全水資源流域的調整體系,相關技術及設施的推廣,從而實現從單一的水利工程調度跨越到跨流域或全流域多水源(過境水、地下水、地表水)的統(tǒng)一配置和調度技術,以解決生態(tài)隱患、供水安全與防洪目標等。使水資源得到合理規(guī)劃、科學的管理。這些推廣技術包括了跨流域生態(tài)改善與應急輸水監(jiān)測技術、流域工程體系中多目標聯合調控的技術、區(qū)域地下水的修復與保護技術研究、半干旱和干旱地區(qū)的地下水數值的模擬及其水資源的優(yōu)化配置等。
結束語
水資源作為經濟可持續(xù)發(fā)展的重要條件,是人類得以生存的基本條件。但是隨著經濟的快速發(fā)展,加上人們的不節(jié)制,導致現在水文水資源的可持續(xù)再生受到威脅。因此,必須對水文水資源技術的發(fā)展和應用予以高度地重視,要認清水文水資源技術在我國發(fā)展的實際。我國的水文水資源科研領域將會面對一個又一個的難題以及挑戰(zhàn),因此,在水資源開發(fā)與利用中,不能單純的停留在經濟開發(fā)與利用上,相關技術的發(fā)展要同實際的需求相適應,要從環(huán)境、生態(tài)價值等方面齊抓,這樣才能推動水資源可持續(xù)發(fā)展,為全面小康社會的實現提供扎實的基礎和技術性保障。
參考文獻
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關鍵詞:水文水資源;地理信息系統(tǒng);應用優(yōu)勢;未來發(fā)展;對策
1 GIS在水文水資源中的應用
1.1 水文情報預報及防洪減災
科學的發(fā)展使GIS技術在水資源領域得到了廣泛運用,其對水文情報的預防工作有著準確預測的作用,從而減少災害所帶來的損失。GIS具有強大的數據整合能力,可為水文方面提供有用的預報。它可以快捷地獲取信息,并對其進行提煉以及整合,數據也較為準確,這對水文預報工作有著非常大的幫助。水文模型的開發(fā)需要準確的數據,想要得到高質量的水文模型,同樣需要借助GIS技術來確定其參數,從而有效提供水文信息的情報。GIS技術的發(fā)展和應用為水文情報預報提供了重要的輔助資料,對加速各方面技術的研究都有著良性影響。
GIS技術的廣泛運用,對防洪減災同樣有著重要作用,主要體現在四個方面,分別為管理平臺、評估災情、對風險的分析以及城市防洪。首先在管理平臺上,其能夠快捷,準確地提供防洪信息以及各項參數。對其數據進行搜集與整合,為防洪計劃提供理論支撐。數據的精準可以進一步使防洪工作有效開展。管理平臺的構建,可以在有限的時間內對各種數據進行分析與研究,有效提高工作效率。GIS所提供的數據與參數更是使計劃方案變得可視化的一種手段。其次,在評估災情方面,GIS可以大力發(fā)揮其優(yōu)勢。對基礎數據的收集,各項數據的整合是其優(yōu)勢所在,將這些空間數據進行多方面多層次的分析與管理,能夠從根本上做出災害防治的計劃,使工作更加清晰明了,是災情評估的有利輔助手段。
除了對洪水災害的評估外,還要對災害風險進行分析與區(qū)劃。所謂的分析和區(qū)劃主要是指通過對數據的計算,得出結果,從而對洪水發(fā)生的概率以及所達到的強度進行分析,并對這種強度所帶來的損失進行預測,而這些數據的得出都需要利用GIS技術的支持。
1.2 水文資源空間管理和決策支持系統(tǒng)研究
通過GIS提供的數據可以說是水文決策要參考的重要條件,而水文資源空間管理和決策都離不開GIS。只有得到的數據不斷更新完善,數值更加準確,做出的決策才會更為精準,也更加科學合理。建立水資源決策系統(tǒng)能夠進一步提高水資源的管控能力,而依靠GIS這種科學的信息技術,是其進一步完善的有效手段。因此,完善新型決策系統(tǒng),并將其充分利用,對于水資源的管理來說有著舉足輕重的作用。
1.3 水環(huán)境管理
水環(huán)境管理是水文管理進一步提升的表現,其要求更高。對于這項工作來說,GIS技術的妥善利用則更為重要。GIS可以精確定位,并根據定位準確的特點捕捉到每個區(qū)域的水環(huán)境情況,從而對其進行監(jiān)測,并綜合其空間與時間的相關狀況,變化趨勢等等做出相應的預測??梢哉f,GIS發(fā)揮了非常重要的作用,可以利用系統(tǒng)內的多種信息模塊對水環(huán)境進行管理,并做出相應的調整。
1.4 水污染控制規(guī)劃
在水污染控制規(guī)劃方面,GIS也發(fā)揮出了重要的作用。隨著自然資源的不斷流失,全球對資源的重視程度也在不斷上升。資源、環(huán)境與人類的生活息息相關,與人類的健康息息相關,因此如何對待水資源的利用,解決好水污染問題非常關鍵。這也是現今人們十分關注的問題。水污染是水資源開發(fā)利用的巨大隱患,如何有效控制水污染極為重要。運用科學的方法做好水污染控制工作十分必要。水污染控制規(guī)劃方案就是要對水資源的分布做出科學合理的設計,根據不同類別進行劃分與設計,使其排污工作得到大力發(fā)展。將水污染控制在一定范圍內,減少其對環(huán)境的危害與影響,發(fā)揮出最大功效??刂扑廴竟ぷ髦饕ǎ海?)在確定了規(guī)劃的對象后,建立起具有針對性的數據庫。(2)完善水污染控制規(guī)劃模型,根據實際情況,充分利用管理系統(tǒng)。(3)計劃內區(qū)域的水污染得到有效控制。
2 GIS在水文水資源中的應用展望
科學的進步帶動了GIS技術的進一步發(fā)展,并使其得到了充分的運用,這是一個不斷發(fā)展的過程,而今,在水文水資源方面,GIS更是發(fā)揮著舉足輕重的效果。水資源信息管理水平得到了GIS的巨大輔助,并對現在的水文水資源的研究與發(fā)展提供著不小的助力。雖然,GIS在水文領域已經得到了充分的利用,但在快速發(fā)展的同時,一些問題油然而生。不同的單位對水文數據的設計與規(guī)劃又存在較大差異,且這些單位之間缺少一定的溝通,這也給水資源數據模型的建構帶來了巨大挑戰(zhàn)。怎樣將GIS技術的作用充分發(fā)揮出來,并能夠因地制宜的得以應用,是目前的當務之急。
2.1 進一步規(guī)范GIS應用標準
GIS的開發(fā)利用通常是各科研部門獨立進行的,雖然研究的部門相對獨立,但對其技術的規(guī)范、標準卻沒有統(tǒng)一的要求,開發(fā)平臺也多種多樣,缺乏規(guī)范性。這種狀況無疑為進一步開展水文信息交流,構建水文信息管理平臺埋下了隱患。可以妥善借鑒國內外一些成功案列,總結經驗,吸取其方法,擬定一份統(tǒng)一的規(guī)范化標準以推進GIS的應用。
2.2 建立水文水資源地理空間數據庫
空間數據庫是其根本也是其核心環(huán)節(jié),因此做好對其規(guī)范化管理非常必要。比如,水情數據庫,旱情數據庫等,對這些水文水資源領域具有特色的地理空間數據庫進行規(guī)范化建設,有著積極的意義。對于這些數據庫不僅僅包含流域內的水資源信息,還需包含自然資源以及社會環(huán)境等基礎信息,并做到實時更新,保證數據的準確有效以達到即時性的作用。
2.3 建立水文水資源空間決策支持系統(tǒng)
空間決策支持系統(tǒng)是最近幾年來的新型信息系統(tǒng),它巧妙地將常規(guī)決策支持系統(tǒng)與GIS有效結合,從而得到了嶄新的科學的信息系統(tǒng),并得到了廣泛運用。此系統(tǒng)具有較好的發(fā)展前景,較大的發(fā)展空間,但想要將其開發(fā)利用則需要大量人力,物力以及經濟上的支持,因此其具有一定的發(fā)展難度。因此,要將該系統(tǒng)有效推廣,則需要先集中力量攻克重點環(huán)節(jié),分步實施,待完善后再予以全面推廣。
2.4 推進地理信息系統(tǒng)與水文水資源專業(yè)模型的融合
在當前的地理信息系統(tǒng)專業(yè)模型中,地理空間的分析與決策支持方面仍存在諸多問題,因此要充分利用GIS空間數據管理能力,從而實現其與水文水資源領域專業(yè)模型的有效融合,發(fā)揮出系統(tǒng)的功能與優(yōu)勢。
3 結束語
科學的日新月異帶動了各行業(yè)技術的不斷發(fā)展,信息時代的到來更是推動了各行業(yè)科學化的進程。水文水資源領域的不斷開拓與研究同樣推動了GIS的應用,而GIS的充分利用又對水文水資源領域的研究有著不小的助力。相信隨著GIS技術的成熟,其在水文水資源領域的應用將會獲得更大的發(fā)展空間。
參考文獻
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【關鍵詞】水文水資源;信息化;建設管理;地理信息系統(tǒng);虛擬現實技術
引言
水文信息化建設管理體系的主要內容包括了覆蓋水文系統(tǒng)的水利信息數據系統(tǒng)、健全的信息化的管理體制、完善的標準與規(guī)范等。有效地提高水文信息采集以及傳輸的時效性與自動化管理水平,能夠為水文水資源更好地服務于社會經濟創(chuàng)造有利條件。
1 我國水文水資源信息化建設管理的現狀
水文水資源信息化建設管理工作最初起步在70年代末期,主要是通過引進與推廣國外先進的通信、電子、計算機技術的應用實現。近些年來逐漸開始開發(fā)與應用遙測、遙感技術以及計算機網絡等更為先進的科學技術手段,并且水文水資源信息化建設管理也已經在防汛抗旱與水利建設過程中發(fā)揮了明顯作用。
1.1 水文信息資料的整編和存儲
自從上個世紀70年展以來,水文水資源信息化系統(tǒng)已經開始全面運用了TQ―16型計算機技術、VAX小型機技術以及微機技術進行水文數據的整編與存儲。現階段,已經深入發(fā)展到了運用客戶機/服務器的模式進行信息和數據處理工作,并且已經初步建成了水文水資源的數據信息庫,研究開發(fā)了一大批信息服務以及洪水預報調度等軟件技術系統(tǒng)。
1.2 水文信息遙測系統(tǒng)
我國很多地區(qū)已經全面建立水文水資源信息化建設管理中心,有效地實現了區(qū)域水文水資源的信息自動采集與傳輸,已經初步改變了國內比較傳統(tǒng)水文水資源的觀測途徑與方法。
1.3 洪水預報及監(jiān)督調度系統(tǒng)
在國內現階段已經全面建成水情遙測系統(tǒng),水情工作人員應用遙測技術,通過對計算機技術的控制,從而實現了從雨情水情的信息采集、傳輸、搜集、處理、監(jiān)視一直到聯機的洪水預報以及監(jiān)督,真正提高了洪水的預報以及水庫調度的科學化管理程度。
2 我國水文水資源信息化管理的基本功能
建設經濟可循環(huán)發(fā)展型社會時,政府已經提出了:“信息化管理模式就是目前世界經濟與社會發(fā)展的大方向與大趨勢,同時其也是國內社會產業(yè)優(yōu)化升級與實現工業(yè)化、科學化的重要環(huán)節(jié),需要將有效推進國內群眾經濟與社會信息化管理放在首要的位置上”。該計劃中已經明確地提出了國內已經“以信息化發(fā)展帶動工業(yè)化發(fā)展,發(fā)展相應的后發(fā)優(yōu)勢,從而全面實現社會生產力的跨越式進步”的長遠戰(zhàn)略目標,為我國社會迎接全球的信息化建設管理浪潮的挑戰(zhàn)指明了一條明路。建設與健全我國小康社會,水利工程就是最為重要的一項物質基礎,同時水文水資源管理也是國家安全、社會穩(wěn)定、經濟有序發(fā)展的關鍵支撐與保障。
2.1 水文水資源的數據采集功能
使用遙感、數字攝影監(jiān)測、全球定位技術、自動化水文站等工程設施,能夠實時搜集水文水資源的水位、流量、流速、泥沙、水質、水土流失等信息與數據。數據的采集工作能夠確??旖轀蚀_,所搜集到的數據擁有其廣泛性與現時性等基本特點。
2.2 水文水資源的數據傳輸功能
需要通過通信技術與網絡等的建設系統(tǒng),全面實現現代化信息數據的快速傳輸工作。
2.3 水文水資源數據的存儲以及處理功能
通過對水文水資源的實際分布式數據庫、空間數據倉庫的建設,對目前海量的數據與信息進行存儲處理,并且以其實際地理坐標作為參照系,最終全面實現水文水資源數據的存儲。
2.4 水文水資源數據的存儲模擬仿真功能
在基本性水文數據、實時搜集數據的前提下,采用數學模型以及虛擬現實等技術手段,從而實現了動態(tài)模擬其仿真流域的環(huán)境演變、水沙的運動過程、水利工程的運行等。
2.5 水文水資源數據的存儲的決策支持功能
以內容較為全面的數據庫作為依托,對相關的數學模擬方案結果進行全面優(yōu)化與分析,從中選擇更為優(yōu)化的方案, 從而最終能夠實現對防洪調度、水文水資源調度、環(huán)境保護等方面給予的決策性支持。
3 水文水資源信息化建設管理的基本思路
國內水文水資源信息化建設管理的基本目標就是:運用現代化的信息管理技術實現實時水文監(jiān)控技術、計算機管理技術、通信數據技術、3S技術的結合,能夠建設一個更為專用的廣域網絡系統(tǒng),建立好運用信息數據庫,開發(fā)與利用各類專業(yè)技術系統(tǒng)的監(jiān)測功能,進一步確保提高其水文信息采集、搜集以及處理工作的時效性以及自動化水平,為后期的防汛抗旱決策以及水文水資源利用、開發(fā)、節(jié)約、保護以及優(yōu)化配置工作提供更加科學的管理手段,為確保水利工程現代化提供有力的信息保障基礎。
3.1 數據收集系統(tǒng)
數據收集技術系統(tǒng)是國內水文水資源信息化建設管理的基礎。因此我們一定要緊緊抓住現階段國家防汛指揮系統(tǒng)中建設管理的大好機遇,努力地按照國內現行“基層測站至國家防總中的信息傳輸時間小于30分鐘”的明確要求,力爭去進一步改變過去以往的水文測報形式以及運行模式。水資源的水位觀測、雨量觀測工作還要逐步采用自記遠傳水位計以及固態(tài)存儲的遙測雨量計等方式進行觀測。
3.2 數據、信息傳輸網絡
全面建立一套依照我國公共網絡作為基礎的水文水資源數據信息傳輸網絡,并且使自動搜集的水文水資源基礎數據通過相關的端站與分中心,逐漸進入各個省的水文計算機網絡中,需要嚴格確保數據與信息的可靠性、準確性、及時性以及唯一性。與此同時還應當全面滿足對防汛指揮、水資源監(jiān)管以及配置、水質與水土保持的監(jiān)測等功能的基本要求。
3.3 數據存儲、處理以及檢索服務技術
我國的水文水資源信息一般是通過自動采集或者信息化的處理工作后,其信息與數據量將呈現為海量的,其存儲功能主要依賴于其分布式存儲系統(tǒng)之中,各種不同的信息數據庫則均需要以字段編碼形式并且按照一定的表結構有效組織在一起,最終形成了水文水資源信息數據系統(tǒng)。
3.4 洪水的預報決策支持技術
可以通過相關衛(wèi)星獲取到高質量影像與數據,配合遙感技術(RS)、地理信息技術(GIS)、全球定位技術(GPS)的公共平臺,建立一套全面、科學的洪水預報信息自動分析、預報參數過濾系統(tǒng)、預報方案比較系統(tǒng)、專家經驗整合參考系統(tǒng)、預報成果全面分析系統(tǒng)、洪澇災害初步分析與預測系統(tǒng)、預報結果綜合的輸出以及檢驗分析系統(tǒng),以確保能夠真正提高洪水的預報精度與預見期。
3.5 枯水期的徑流預報技術
現階段,美國國家氣象局已經組織和開發(fā)的“河流水情的預報與統(tǒng)計系統(tǒng)”,這項技術可以有效地提供了國內中長期(旬、月、季節(jié))中的水文水情概率預報情況,能夠比較好地幫助技術人員掌握和了解水資源的變化情況。因此我國應該積極借鑒國外的先進經驗,努力、積極地開展國內枯水期徑流的預報與研究工作,并且盡量將其作為現階段水資源綜合管理的核心內容進行建設。
4 結束語
信息化建設管理的主要涵義就是:水文水資源的信息以及知識越來越成為現代水利生產活動中的基本性資源與發(fā)展核心動力,信息數據與技術咨詢服務業(yè)也越來越成為水利結構的基礎性產業(yè),其信息與智力工作對于水利增長的有力效果越來越大的過程。因此現階段的水利建設管理工程就更加離不開現代化的科技技術,更離不開對于水文水資源工作的學習與研究。
參考文獻:
[1]陳德華,秦毅蘇,王昭.黃河流域地下水資源開發(fā)利用與潛力分析[J].地理學與國土研究,2009(02).
1“水文氣象學”研究現狀
在大氣—陸地—海洋—大氣這一水汽大循環(huán)中,水文學是研究水在陸地以及地—氣和?!憙蓚€界面之間的發(fā)生、存在、運動和轉化規(guī)律的科學,水文學的一些問題和氣象學緊密相關,由此產生了水文氣象學這一交叉學科。水文氣象學是一門年輕的應用學科,它的產生和發(fā)展,與人類社會對干旱、洪澇等極端自然災害的認知水平、抗御災害的能力等密切相關。20世紀30年代,美國天氣局成立水文氣象處,從氣象資料推算可能最大降水和可能最大洪水,以滿足防洪建筑設計的需要,這是水文和氣象相結合的開始[1]。隨著氣象雷達、氣象衛(wèi)星等探測技術的發(fā)展,降水監(jiān)測的水平有了很大提高,為降水短時預報與洪水預報的結合創(chuàng)造了條件,使水文氣象學得到了新的發(fā)展[2]。在歐洲和美國,目前在行政管理和學術研究中,水文和氣象科學是結合在一起的(例如,日本、俄羅斯、烏克蘭和英國都設有水文氣象研究中心或研究院所,美國的國家海洋大氣管理總署設有水文氣象設計研究中心)[3];但是在學生的培養(yǎng)過程中,水文專業(yè)的學生僅學一點基本的氣象知識(諸如普通氣象學,天氣學等),而氣象類專業(yè)的學生是幾乎不學水文的。水文和氣象分離的現狀阻礙了水文氣象科學的發(fā)展。美國國家海洋大氣管理總署(National Oceanic and Atmospheric Administration,簡稱NOAA)的有識之士,近年來一直在呼吁成立水文氣象專業(yè)。在國內一些高等院校中,水文氣象學課程是氣象類本科專業(yè)的選修課程,但現有教學方法使一些學生學過這門課卻不知道為什么學,所學知識也遠落后于科學研究的發(fā)展,并且只有極少數的學生畢業(yè)后能夠勝任水文氣象方面的工作。然而,隨著水文氣象學的內涵和覆蓋的領域不斷地深化和發(fā)展,水文學的一些問題必須結合氣象學的方法來解決。實際中,氣象學專業(yè)的學生雖具有豐富的氣象學知識卻無法用其解決水文問題。這種現狀對水文氣象學的教學是一個亟待解決的重要問題。水文氣象學主要為水資源以及與水資源密切相關的極端水文氣象事件服務,隨著氣候變化與人類活動的加劇導致水資源日益短缺,極端水文氣象事件越來越頻發(fā)導致水資源在時間和空間的分布上變化加劇??梢灶A料,水文氣象學科必將受到整個社會越來越高的重視。
2“水文氣象學”課程體系研究
目前,水文氣象學方面的研究受到高度重視。在本科教學中,通過改革教學內容和教學方法,抓住水文氣象學的重點,使應用氣象學學生盡可能掌握水文學的基本理論知識,培養(yǎng)學生運用氣象學方法和水文學方法相結合去解決實際生產問題的能力。
2.1明確定位“水文氣象學”,確定課程內容
“水文氣象學”作為應用氣象學專業(yè)本科生專業(yè)選修課,其課程體系的基本定位是多學科交叉,不求在基本理論及基礎知識上精益求精,而是直接面向實際問題,深入到水文氣象方面的具體問題,以問題帶動教學,以興趣帶動知識學習,以案例引發(fā)思索,在一個個具體的水文氣象問題中提升學生。在明確定位的基礎上,將此課程內容按照水文氣象學的基本定義和內容,基本的水文氣象預報、預警方法和技術,建成課程教學體系。
2.2采用科研驅動式教學,建設主動、啟發(fā)式學習的教學方法
應用氣象學專業(yè)學生沒有水文學知識的基礎,所以需要有一套適合本課程并卓有成效的教學方法。在基礎知識方面要補充水文學的知識,水文學是比較抽象的,比如地下水儲存及運動形式,可以借助網絡技術、多媒體技術為輔助手段,增強感性認識,提高教學質量,這就要求做好協調傳統(tǒng)教學手段和現代教育技術的應用,并做好與課程的整合。在基本理論和技能層面不應拘泥于課本知識,從主講教師參加的專題研究項目和社會比較關注的水文氣象事件增加前沿信息,并通過分析和關鍵問題的延展式探討,啟發(fā)學生思索和了解水文氣象問題的實質及其發(fā)展方向,讓學生了解為什么氣象和水文相結合往往有助于更好地解決一些工程建設和實際生產課題,啟發(fā)學生如何運用氣象學方法更好的解決水文學問題,使學生擺脫教材的束縛,積極主動地查閱文獻,刺激學生的求知欲與探索欲,達到訓練思維的目的,培養(yǎng)學生初步的科研能力。
2.3開展綜合能力訓練
課程教學既要強調基本理論、基本知識的傳授,同時更應注重學生的實踐能力的培養(yǎng)?!八臍庀髮W”的課程性質要求本課程要開展綜合能力訓練,強調水文與氣象直接的結合。目前,將氣象預報與水文預報相結合是延長洪水預報預見期,提高預報精度的技術手段之一。陳金榮等[4]從長江流域防洪的豐富實踐中對水文氣象預報進行了精辟而深刻的論述,指出氣象預報同水文預報結合的必要性,是水文預報發(fā)展的必然趨勢。國內外一些水文氣象預報方面的研究[5]也表明水文氣象預報具有很大的發(fā)展空間和廣泛的應用潛力。針對這種情況,對學生進行水文氣象預報方面的訓練。這一階段主要是結合“水文氣象因素分析”、“水循環(huán)分析”、“水流河道演算”等本課程的基礎知識,同時結合主講教師專題項目培養(yǎng)學生綜合運用理論知識解決實際問題的能力。針對這種情況,在本課程的中后期安排兩次訓練:一是讓學生以報告形式講述他們所理解的水文氣象學,他們所關注的水文氣象學問題,及如何將氣象學方法、理念引入水文工作等;二是結合專題項目,如:在2007級“水文氣象學”教學中,本人結合“淮河流域水文氣象耦合方法洪水預報研究”將訓練過程分為三部分:(1)用水文氣象學方法對洪水進行預報需要收集哪些資料,進行洪水預報必須要哪些參數,這些參數與哪些因素有關,如何計算;(2)目前有哪些模型進行洪水預報,各有哪些優(yōu)缺點;(3)分析淮河流域特點,哪個模型比較適合,并進行成果計算,進行討論并寫總結報告。通過這些訓練可以鞏固學生的基本知識,引導學生提出解決水文氣象問題的有效方案和建議,提高解決問題的能力。