Роль гидов в гидрологии: усиление анализа данных и принятия решений

Географические информационные системы (ГИС) произвели революцию в области гидрологии, предоставив мощные инструменты для анализа, визуализации и управления пространственными данными, связанными с водными ресурсами. Географические информационные системы (ГИС) стали полезным и важным инструментом в области гидрологии для изучения и управления водными ресурсами Земли. Изменение климата и повышенные требования к водным ресурсам требуют более осведомленного расположения, возможно, одного из наших самых важных ресурсов. Поскольку вода в своем возникновении изменяется пространственно и временно на протяжении всего гидрологического цикла, ее изучение с использованием ГИС особенно практично. Эта комплексная интеграция пространственных технологий с гидрологической наукой изменила подход специалистов по водным ресурсам к анализу данных, моделированию и процессам принятия решений.

Понимание ГИС-технологий в гидрологическом контексте

Географические информационные системы (ГИС) являются эффективным инструментом для хранения, управления и отображения пространственных данных, часто встречающихся в управлении водными ресурсами. Технология позволяет гидрологам работать со сложными наборами данных, которые представляют пространственные и временные характеристики водных систем. Технология ГИС обладает способностью захватывать, хранить, манипулировать, анализировать и визуализировать разнообразные наборы геоссылочных данных. С другой стороны, гидрология по своей сути является пространственной и распределенной гидрологической моделью, имеющей большие требования к данным.

ArcGIS — это современная пространственная система, которая предоставляет вам решения, отвечающие вашим потребностям в мониторинге и оценке условий, проведении исследований и доставке информации. ArcGIS предоставляет научную информацию менеджерам водных ресурсов, планировщикам и заинтересованным сторонам и позволяет сообществу взаимодействовать, сотрудничать и делиться с простыми в использовании картами и приложениями. Эволюция ГИС-платформ была особенно важна для гидрологии, поскольку ГИС-платформы становятся все более динамичными, сокращая разрыв между историческими данными и текущей гидрологической реальностью.

Основные применения ГИС в гидрологии

Картирование водораздела и его описание

Картирование водораздела представляет собой одно из наиболее фундаментальных применений ГИС в гидрологии. Для моделирования поверхностных вод цифровая модель возвышения часто слоистая с гидрографическими данными для определения границ водораздела. Понимание этих границ является неотъемлемой частью понимания того, где будет протекать стоок осадков. Эта способность позволяет гидрологам точно определять районы дренажа и понимать закономерности течения в пределах данной области.

Управление водосборными бассейнами необходимо для выявления естественного потока и наличия воды и ее связи с другими факторами, такими как качество воды, землепользование и растительность для устойчивого управления водными ресурсами. IGiS обладает компетенцией по извлечению водосборных бассейнов из любой Цифровой модели повышения. Кроме того, он также учитывает различные другие факторы, такие как топография, землепользование, растительность, типы почв, гидрология и качество воды для различных передовых анализов. Интеграция нескольких слоев данных позволяет всесторонне охарактеризовать водосборные бассейны, что поддерживает эффективное планирование водных ресурсов.

Штат Вашингтон разработал стандартизированный комплекс данных, полученных с помощью рельефа, для улучшения картирования и анализа гидрографии, что позволило улучшить управление водными ресурсами и принятие решений. Пилотный проект в водосборном бассейне Стиллагуамиш привел к значительным улучшениям, продемонстрировав ценность данных гидрографии высокого разрешения для улучшения управления водосборными бассейнами и мониторинга окружающей среды.

Оценка и управление рисками наводнений

Оценка риска наводнений стала важной областью применения, где технология ГИС обеспечивает существенные преимущества. Еще одно полезное применение ГИС касается оценки риска наводнений. Использование цифровых моделей возвышения в сочетании с данными о пиковых сбросах может предсказать, какие районы поймы будут погружены в зависимости от количества осадков. Эта предиктивная способность позволяет сообществам подготовиться к потенциальным наводнениям и разработать соответствующие стратегии смягчения последствий.

В исследовании водораздела реки Иллинойс Раби (2014) обнаружил, что прилично точная карта риска наводнений может быть создана с использованием только DEM и данных измерителя потока. Однако анализ, основанный только на этих двух параметрах, не учитывает искусственные разработки, включая дамбы или дренажные системы, и поэтому не должен рассматриваться как всеобъемлющий результат. Это подчеркивает важность включения нескольких источников данных для всестороннего моделирования риска наводнений.

Современные ГИС-приложения в управлении наводнениями выходят за рамки простого картирования. В то время как географические информационные системы (ГИС) предлагают лучшие инструменты для управления водными ресурсами и другими связанными с ними проблемами, такими как риск засухи и наводнений, дистанционное зондирование предлагает необходимые данные для управления этими ресурсами. Кроме того, ГИС может быть интегрирована со многими методами, такими как модели искусственного интеллекта и гидрологические модели.

Мониторинг качества воды и управление

Управление качеством воды представляет собой еще одну жизненно важную область применения ГИС-технологии. IGiS позволяет интегрировать различные источники данных, такие как данные мониторинга качества воды, данные землепользования и гидрологические данные, для создания всестороннего понимания условий качества воды в конкретной области. С помощью IGiS можно идентифицировать источники и причины загрязнения воды и визуализировать пространственное распределение параметров качества воды.

Эта информация имеет жизненно важное значение для принятия решений, связанных с управлением качеством воды, таких как выбор соответствующих мер по борьбе с загрязнением, определение приоритетных областей для улучшения качества воды и оценка эффективности программ управления качеством воды. Возможности ГИС в области пространственного анализа позволяют руководителям водных ресурсов отслеживать источники загрязнения, отслеживать временные изменения качества воды и разрабатывать целевые стратегии вмешательства.

Система ГИС также способна генерировать сигнализацию при обнаружении любых аномальных изменений. Эта возможность мониторинга в режиме реального времени повышает отзывчивость систем управления качеством воды и позволяет быстро реагировать на события загрязнения.

Управление подземными ресурсами

Управление подземными водами приобретает все большее значение с учетом решающей роли подземных вод в глобальных водоснабжении. Использование ГИС для анализа подземных вод относится к области гидрогеологии. Поскольку 98% имеющихся пресных вод на Земле являются грунтовыми водами, очевидна необходимость эффективного моделирования и управления этими ресурсами. Поскольку спрос на подземные воды продолжает расти с ростом населения мира, жизненно важно, чтобы эти ресурсы управлялись должным образом.

Применение Географической информационной системы (ГИС) оказывает большое влияние на управление подземными водами несколькими способами, такими как картирование и отслеживание ресурсов подземных вод Индии, включая скорость подпитки и истощения водоносных горизонтов, качество воды и расположение скважин. Подземные воды являются важным источником орошения, питьевой воды и промышленной воды, но они часто чрезмерно используются в определенных регионах. IGiS может использоваться для мониторинга и проверки водных ресурсов с помощью комплексных карт ресурсов подземных вод с учетом границ водоносных горизонтов, уровня воды и информации о качестве, которая поступает из дистанционно воспринимаемых изображений и датчиков, установленных в полевых условиях.

Интеграция данных и гидрологическое моделирование

Цифровые модели подъема и анализ местности

Цифровые модели подъема (DEM) служат основой для многих гидрологических применений в ГИС. Цифровые модели подъема или DEM все чаще становятся объектом внимания в более широкой области цифровых топографических данных. Качество и калибр, если DEM были чрезвычайно ценны в гидрологических приложениях. DEM обеспечивает цифровое представление части земной поверхности над двумерной поверхностью.

Обработка ДЭМ позволяет извлекать критические гидрологические параметры. В данной работе обсуждаются методы подготовки гидрологических факторов, а именно ТВИ, ТРИ, ИПЦ, ИППП, Плотность потока и расстояние до потока путем обработки ДЭМ в ГИС. Эти общие гидрологические факторы широко используются во многих научных исследованиях либо для моделирования, либо для измерения их взаимосвязи с другими факторами окружающей среды.

Интеграция нескольких источников данных

Одна из самых мощных возможностей ГИС в гидрологии — это возможность интегрировать различные источники данных в единые аналитические рамки. ГИС предлагает мощные новые инструменты для сбора, хранения, управления и отображения информации, связанной с картой, тогда как имитационные модели могут предоставить лицам, принимающим решения, интерактивные инструменты для понимания физической системы и оценки того, как действия управления могут повлиять на эту систему.

Преимущество использования ГИС-программ для гидрологического моделирования заключается в том, что цифровые визуализации данных могут быть связаны с данными в реальном времени. Эта возможность позволяет использовать подходы динамического моделирования, которые могут включать текущие условия и исторические закономерности для создания более точных прогнозов.

Разработка новых спутниковых датчиков, других средств сбора данных, новых вариантов доставки данных расширила доступность и снизила стоимость многих гидрологических наборов данных. Многие из этих изменений связаны с Всемирной паутиной (WWW) и ролью ГИС в массовых, далеко идущих и текущих разработках в области информационных технологий (ИТ), таких как цифровые библиотеки, хранилища данных, интеллектуальное использование данных и универсальные сети, значительно расширили доступность гидрологических данных.

Структуры гидрологического моделирования

Arc Hydro от Esri состоит из модели данных, набора инструментов и рабочих процессов, разработанных за эти годы для поддержки конкретных реализаций ГИС в водных ресурсах. Инструменты Access Arc Hydro, загрузки для ArcGIS Pro и ArcMap, документация и руководства по передовой практике для поддержки загрузки и установки инструментов Arc Hydro. Эти специализированные инструменты обеспечивают стандартизированные подходы к гидрологическому анализу в средах ГИС.

Интеграция включает в себя три основных компонента: (1) построение пространственных данных, (2) интеграция слоев пространственной модели и (3) ГИС и интерфейс модели. ГИС может помочь в проектировании, калибровке, модификации и сравнении моделей. Этот структурированный подход к интеграции гарантирует, что гидрологические модели могут эффективно использовать возможности пространственного анализа платформ ГИС.

В настоящее время как пользователи ГИС, так и гидрологи все чаще признают взаимные выгоды такой интеграции от успехов последних 10 лет. Различные методы гидрологического моделирования позволили пользователям ГИС выйти за рамки этапа инвентаризации и управления данными для проведения сложных моделирования и моделирования. Для усилий по гидрологическому моделированию ГИС, особенно благодаря своим мощным возможностям обработки данных DEM (Digital Elevation Models), предоставили модельерам новые платформы для управления данными и визуализации.

Пространственные гидрологические модели

Модель пространственной гидрологии — модель, которая имитирует поток и транспорт воды в заданной области Земли с использованием ГИС-структур данных. Предположим, что граница этой области представлена многоугольником, таким как граница речного бассейна или граница водоносного горизонта. Эти модели представляют собой значительный прогресс в гидрологической науке, явно включив пространственную изменчивость в моделирование потоков воды.

Например, в случае таяния снега, количество снега может быть введено в ГИС для прогнозирования количества воды, которая будет перемещаться вниз по течению. Эта информация имеет применение в управлении активами местных органов власти, сельском хозяйстве и науке об окружающей среде. Способность прогнозировать движение воды на основе пространственных входов позволяет более точно прогнозировать и планировать в нескольких секторах.

Системы поддержки принятия решений и планирования

Визуализация и коммуникация

Возможности визуализации ГИС играют решающую роль в передаче сложной гидрологической информации различным заинтересованным сторонам. Причина принятия ГИС-технологии заключается в том, что она позволяет перемещать пространственную информацию интегративными способами, которые легко понятны и визуальны. Собранная пространственная информация дополнительно подвергается непрерывному ГИС-анализу.

Кроме того, ИГИС может содействовать созданию карт и визуализации информации с помощью различных интерактивных диаграмм и графиков, которые могут помочь донести сложную информацию до заинтересованных сторон и общественности, облегчая их участие в управлении водосборными бассейнами. Этот расширенный коммуникационный потенциал способствует более инклюзивным и информированным процессам принятия решений.

Быстрое распространение ГИС в обществе может сделать различные гидрологические модели более прозрачными и обеспечить возможность передачи их операций и результатов большой группе пользователей. Такая демократизация гидрологической информации позволяет шире участвовать в дискуссиях по вопросам управления водными ресурсами.

Планирование инфраструктуры и оценка уязвимости

Технология ГИС поддерживает планирование инфраструктуры, позволяя проводить пространственный анализ связанных с водой рисков и возможностей. Эта информация может помочь выявить районы, которые особенно уязвимы для эрозии, наводнений или загрязнения, и разработать стратегии для смягчения этих проблем. Способность выявлять уязвимые районы до развития инфраструктуры может значительно снизить будущие риски и затраты.

Осмысление больших наборов данных с помощью различных методов моделирования, статистики и визуализации. Превращение данных в действенную информацию. Понимание того, как экстремальные погодные явления и изменение спроса будут влиять на доступность воды и устойчивость к засухе. Эти аналитические возможности позволяют менеджерам водных ресурсов разрабатывать более устойчивую инфраструктуру и стратегии управления.

Системы поддержки принятия решений по водным ресурсам

В этих системах осуществляется комплексная интеграция ГИС-технологии с гидрологическими моделями и другими аналитическими инструментами для обеспечения всесторонней поддержки решений в области управления водными ресурсами.

Paniconi et al. (1999) рассмотрели сильные и слабые стороны ГИС и объяснили, почему распределенные гидрологические модели обычно полагаются на ГИС, визуализацию данных и другие программные средства для предварительной и последующей обработки и в качестве дополнительных компонентов систем поддержки принятия решений. Они разработали систему поддержки принятия решений для оценки влажности почвы в результате спутниковых измерений и проверки этих оценок с использованием измерения истинности грунта и гидрологического моделирования шкалы водосбора.

Передовые приложения и новые тенденции

Оценка воздействия изменения климата

ГИС-технологии играют все более важную роль в оценке воздействия изменения климата на водные ресурсы. Понять, как экстремальные погодные явления и изменение спроса повлияют на доступность воды и устойчивость к засухе. Использовать большие данные, поступающие от растущего числа датчиков и ресурсов. Раскрыть закономерности и тенденции для более эффективного управления.

Интеграция климатических моделей с ГИС позволяет руководителям водных ресурсов оценивать будущие сценарии и разрабатывать стратегии адаптивного управления. Этот перспективный потенциал имеет важное значение для обеспечения долгосрочной водной безопасности в условиях изменения климатических условий.

Комплексное моделирование многопользовательского наводнения

Целью исследования является разработка интегрированного ГИС и гидрологически-гидравлического подхода к моделированию комбинированных факторов наводнений, учитывающего растущую обеспокоенность наводнением во Флориде.Новизна этого подхода заключается в бесшовной интеграции модели ICPR, которая включает в себя местные гидрологические и гидравлические особенности, с ArcMap для анализа комбинированных факторов наводнений в прибрежных регионах, включая осадки, изменение землепользования, колебания грунтовых вод и СЖР.

Метод использует достижения в гидрологических гидротехнических моделях для моделирования поверхностных и подповерхностных потоков в сочетании с мощными возможностями Географической информационной системы (ГИС). Использование ArcGIS в подготовке и визуализации пространственных данных облегчает удобный ввод-вывод и позволяет визуализировать данные в предпочтительном формате. Эти интегрированные подходы представляют собой передний край гидрологического моделирования и демонстрируют расширяющиеся возможности технологии ГИС.

Интеграция данных в реальном времени

Исторические данные и данные о потоках в реальном времени также доступны через Интернет из таких источников, как Национальная метеорологическая служба (NWS) и Агентство по охране окружающей среды США (EPA). Возможность интеграции потоков данных в реальном времени в гидрологические модели на основе ГИС позволяет осуществлять динамический мониторинг и прогнозирование.

Эта интеграция в режиме реального времени поддерживает такие приложения, как прогнозирование наводнений, мониторинг засухи и оповещения о качестве воды.Сочетание исторического анализа с текущими условиями обеспечивает мощную основу для оперативного управления водными ресурсами.

Технические аспекты и управление данными

Методы хранения и представления данных

Обсуждаются три метода хранения географической информации: растровый или сеточный, триангуляторная нерегулярная сеть и контурные линейные сети. Анализируются вычислительные, географические и гидрологические аспекты каждого метода хранения данных. Выбор метода представления данных может существенно повлиять на точность и эффективность гидрологического анализа.

Растровые подходы особенно хорошо подходят для непрерывного моделирования поверхности, в то время как векторные методы превосходят представление дискретных функций, таких как потоковые сети и границы водораздела.Современные ГИС-платформы поддерживают несколько форматов данных, позволяя гидрологам выбирать наиболее подходящее представление для каждого приложения.

Интеграция с дистанционным зондированием

Рассматривается использование данных дистанционного зондирования в ГИ и гидрологическом моделировании.Дистанционное зондирование обеспечивает важные данные для многих гидрологических применений, включая классификацию землепользования, мониторинг растительности и обнаружение поверхностных вод.

Интеграция спутниковых снимков и других данных дистанционного зондирования с ГИС-платформами позволяет проводить крупномасштабные гидрологические оценки, которые были бы нецелесообразны с использованием только наземных измерений. Эта возможность особенно ценна для мониторинга удаленных или недоступных водосборных бассейнов и отслеживания изменений с течением времени.

Качество и точность данных

Точность гидрологического анализа на основе ГИС в решающей степени зависит от качества входных данных. Эти методы означают, что значения свойств почвы, полученные при запросе ГИС, все чаще являются оценками, полученными методами пространственной интерполяции, такими как кригинг, из фактических данных, хранящихся в ГИС. Эти изменения, вероятно, улучшат как входы модели, так и способы обработки неопределенности и ошибок в входах и выходах модели.

Понимание и управление неопределенностью в пространственных данных имеет важное значение для создания надежных гидрологических моделей. Современные ГИС-платформы включают инструменты для оценки качества данных и распространения неопределенности посредством аналитических рабочих процессов, что позволяет принимать более надежные решения.

Практические стратегии реализации

Развитие рабочих процессов

Инструменты Гидрологии используются для моделирования потока воды по поверхности. Инструменты Гидрологии используются для моделирования потока воды по поверхности. Информация о форме поверхности Земли полезна для многих областей, таких как региональное планирование, сельское хозяйство и лесное хозяйство. Эти поля требуют понимания того, как вода течет по площади и как изменения в этой области могут повлиять на этот поток.

Инструменты Гидрологии могут применяться индивидуально или использоваться последовательно для создания потоковой сети или очерчивания водоразделов.Разработка систематических рабочих процессов обеспечивает согласованные и воспроизводимые результаты в различных проектах и аналитиках.

Модельная калибровка и валидация

Успешное внедрение гидрологических моделей на основе ГИС требует тщательной калибровки и проверки наблюдаемых данных. Этот процесс гарантирует, что прогнозы моделей точно отражают реальные условия и могут быть использованы для принятия решений.

Возможности ГИС в области пространственного анализа облегчают сопоставление результатов моделирования с наблюдаемыми данными в нескольких местах, что позволяет проводить всеобъемлющую проверку эффективности модели. Такой подход к валидации в пространстве обеспечивает большую уверенность в прогнозах моделей, чем традиционные методы валидации на основе точек.

Участие и обучение заинтересованных сторон

В качестве начала новая учебная программа NCGIA Core Curriculum in Geographic Information Science будет включать в себя блок приложений для водных ресурсов. К числу нерешенных вопросов, которые еще предстоит рассмотреть, относятся: (1) На каком уровне следует разрабатывать большинство модулей (бакалавриат низшего или высшего дивизиона)? (2) Если модуль включает в себя связь методов гидрологического моделирования с программным обеспечением ГИС, необходимо ли упростить модели для целей обучения?

Для эффективного внедрения ГИС-технологий в гидрологии требуется надлежащая подготовка и наращивание потенциала. Специалисты по водным ресурсам должны развивать навыки как в области ГИС-технологий, так и в гидрологической науке, с тем чтобы в полной мере использовать возможности интегрированных систем.

Проблемы и будущие направления

Концептуальные проблемы интеграции

Авторы утверждают, что существующие автономные и различные подходы к интеграции ГИС с гидрологическим моделированием, основанные на свободном/герметичном соединении, по существу являются технологическими, не учитывающими надлежащим образом концептуальные проблемы, связанные с интеграцией. Концептуализации пространства и времени, встроенные в текущее поколение ГИС, концептуально не совместимы с концепциями гидрологических моделей. Эта несовместимость косвенно накладывает ограничения на тип гидрологических моделей, которые могут быть разработаны.

Для решения этих концептуальных задач необходимы постоянные исследования и разработки, направленные на обеспечение более беспрепятственной интеграции между платформами ГИС и структурами гидрологического моделирования. Разработка общих онтологий и моделей данных представляет собой важный шаг на пути к решению этих проблем.

Вычислительные требования и масштабируемость

По мере того, как гидрологические модели становятся все более сложными и включают пространственные данные более высокого разрешения, вычислительные требования значительно возрастают.Современные ГИС-платформы должны уравновешивать потребность в детальном пространственном представлении с практическими ограничениями по времени обработки и вычислительным ресурсам.

Облачные вычисления и распределенные архитектуры обработки предлагают перспективные решения этих проблем масштабируемости, позволяя анализировать большие наборы данных и более сложные модели, чем это было бы возможно в автономных системах.

Новые технологии и возможности

Существенные возможности существуют в интеграции ГИС и гидрологии. Мы считаем, что в использовании ГИС достаточно сложностей для концептуализации и моделирования сложных гидрологических процессов и для глобализации гидрологии. Продолжающаяся эволюция ГИС-технологии в сочетании с достижениями в области дистанционного зондирования, искусственного интеллекта и вычислительных методов обещает еще больше расширить возможности гидрологического анализа.

Методы машинного обучения и искусственного интеллекта все чаще интегрируются с гидрологическими моделями на основе ГИС, что позволяет более сложно распознавать закономерности и прогнозировать возможности. Эти новые подходы могут улучшить прогнозирование наводнений, прогнозирование качества воды и другие критически важные приложения.

Тематические исследования и реальные приложения

Городское управление водными ресурсами

В рамках этой статьи было рассмотрено использование ГИС наряду с методом АГП для документирования и картирования текущих потребностей города в воде, а также приблизительных будущих потребностей в воде. Были рассмотрены следующие критерии: дороги, центр города, побережье, структурный склон, Генеральный план города Митилена, места со зданиями более двух этажей, места со зданиями менее двух этажей, население, текущие объемы канализации и текущие запасы воды. Метод АГП использовался для определения воздействия каждого компонента, в то время как использование ГИС использовалось для их наслоения на карту. Сотрудничество этих созданных исключительных карт, которые использовались для изучения текущих и будущих потребностей в воде для оказания помощи в управлении водным ресурсом в Митилине.

Этот пример демонстрирует, как ГИС может интегрировать несколько факторов для поддержки комплексного городского планирования водных ресурсов. Способность визуализировать и анализировать пространственное распределение спроса на воду позволяет более эффективно планировать инфраструктуру и распределять ресурсы.

Трансграничное управление водными ресурсами

В этом исследовании предполагается ввести шаги, связанные с созданием Географической информационной системы (ГИС), которая будет способствовать управлению водными ресурсами в бассейне Амазонки. Важно создать планы управления с использованием ГИС, чтобы помочь поддерживать и защищать бассейн реки в различных странах, граничащих с ним, особенно с увеличением осложнений из-за изменения климата.

Бассейн реки Амазонки был выбран для этого исследования из-за важности бассейна и сложности его общих границ между Боливией, Бразилией, Колумбией, Эквадором, Гайаной, Перу, Суринамом и Венесуэлой. Это приложение подчеркивает ценность ГИС для управления водными ресурсами, которые пересекают политические границы, где скоординированное управление имеет важное значение, но является сложной задачей.

Оценка водных ресурсов в засушливом регионе

Для эффективного управления водными ресурсами стало необходимым смоделировать чрезмерные осадки на суше для определения рисков наводнений и засухи. Количество осадков и стоков воды в почву важно для обследования районов, которые затопляются. За последние несколько десятилетий уровни осадков значительно снизились. Если люди хотят поддерживать уровень воды, необходимо составить альтернативные планы. В рамках этой статьи был изучен основной водный канал и дельты вдоль Вади-эль-Деб, который лежит между Египтом и Суданом, чтобы определить альтернативу снижению уровней осадков.

В данном тематическом исследовании показано применение ГИС-технологии в регионах с дефицитом воды, где эффективное управление водными ресурсами имеет решающее значение для устойчивости. Возможности пространственного анализа позволяют выявлять потенциальные места сбора воды и оценивать возможности пополнения запасов подземных вод.

Лучшие практики и рекомендации

Протоколы управления данными

Создание надежных протоколов управления данными имеет важное значение для успешного гидрологического анализа на основе ГИС. Это включает в себя поддержание надлежащих метаданных, документирование источников данных и этапов обработки и внедрение контроля версий для наборов данных и моделей.

Стандартизированные форматы данных и системы координации облегчают обмен данными и сотрудничество между различными организациями и проектами. Соблюдение установленных стандартов гарантирует, что гидрологический анализ на основе ГИС может быть воспроизведен и проверен независимыми исследователями.

Обеспечение качества и валидация

Внедрение комплексных процедур обеспечения качества обеспечивает надежность гидрологического анализа на основе ГИС, в том числе систематическую проверку входных данных, валидацию промежуточных результатов и сравнение результатов моделей с наблюдаемыми условиями.

Анализ чувствительности помогает определить, какие входные параметры оказывают наибольшее влияние на результаты модели, позволяя сосредоточить усилия на улучшении качества данных там, где это имеет наибольшее значение. Понимание чувствительности модели также помогает сообщать неопределенность лицам, принимающим решения.

Междисциплинарное сотрудничество

ГИС-технология стремительно становится стандартным инструментом управления экологическими проблемами. Она помогает планировщикам и лицам, принимающим решения, в вопросах охраны окружающей среды и устойчивого развития. Эффективное применение ГИС в гидрологии требует сотрудничества гидрологов, специалистов ГИС, менеджеров водных ресурсов и других заинтересованных сторон.

Междисциплинарные группы обеспечивают различные перспективы и опыт, которые повышают качество и актуальность гидрологического анализа. Регулярная коммуникация между членами группы обеспечивает, чтобы технический анализ учитывал реальные потребности в управлении и чтобы результаты эффективно сообщались лицам, принимающим решения.

Будущее ГИС в гидрологии

Технологические достижения

Применение ГИС в водных ресурсах постоянно растет. Для того чтобы подчеркнуть важность ГИС в управлении водными ресурсами, рассматриваются и оцениваются приложения, связанные с этой областью, для эффективного проведения будущих исследований и разработок. Продолжение технического прогресса обещает еще больше расширить возможности гидрологического анализа на основе ГИС.

Новые технологии, такие как датчики Интернета вещей (IoT), беспилотные летательные аппараты (БПЛА) и передовые спутниковые системы, генерируют беспрецедентные объемы гидрологических данных. ГИС-платформы развиваются для решения этих проблем больших данных и извлечения значимой информации из массивных наборов данных.

Расширенные возможности моделирования

Еще более сложный вопрос заключается в том, как можно переосмыслить гидрологическое моделирование в пространственном контексте, который обеспечивает ГИС. Другими словами, вместо того, чтобы прикреплять существующие модели к базам данных ГИС, можно ли создать новые гидрологические модели, которые используют возможности организации пространственных данных ГИС?

В модели пространственной гидрологии акцент делается сначала на цифровое описание окружающей среды, а затем на формулировку моделей процессов, которые могут соответствовать имеющимся данным и описанию окружающей среды.Это изменение парадигмы представляет собой важное направление для будущего развития гидрологического моделирования в рамках ГИС.

Глобальный мониторинг водных ресурсов

Глобализация ГИС-технологий и расширение доступности глобальных наборов данных позволяют осуществлять всеобъемлющий мониторинг водных ресурсов на континентальном и глобальном уровнях. Этот потенциал поддерживает международные усилия по решению проблем в области безопасности водных ресурсов и достижению целей устойчивого развития.

Веб-платформы ГИС и облачные вычисления позволяют в режиме реального времени обмениваться гидрологической информацией между организациями и странами, содействуя скоординированному реагированию на проблемы, связанные с водой. Эти совместные платформы представляют собой важный инструмент для решения трансграничных проблем воды и глобальных проблем безопасности водных ресурсов.

Заключение

В настоящем документе предлагается комплексный обзор передового опыта и использования ГИС-технологий в области разработки водных ресурсов, включая картирование водных ресурсов, измерения количества осадков, прогнозирование наводнений, управление ирригацией, качество воды и мониторинг засухи. Интеграция ГИС-технологий с гидрологической наукой коренным образом изменила методы изучения, управления и защиты водных ресурсов.

От определения границ водосборных бассейнов и оценки риска наводнений до мониторинга качества воды и управления подземными водами ГИС предоставляет необходимые инструменты для решения сложных пространственных проблем, присущих гидрологии.Способность интегрировать различные источники данных, визуализировать сложные взаимосвязи и поддерживать сложные подходы к моделированию делает ГИС незаменимой технологией для современного управления водными ресурсами.

По мере того, как изменение климата усиливает связанные с водой проблемы и требования к водным ресурсам, роль ГИС в гидрологии будет только возрастать. Продолжение прогресса в области ГИС-технологий в сочетании с усовершенствованными гидрологическими моделями и расширением доступности данных обещает повысить нашу способность рационально управлять водными ресурсами и эффективно реагировать на чрезвычайные ситуации, связанные с водой.

Для специалистов в области водных ресурсов, директивных органов и исследователей разработка экспертных знаний в области гидрологического анализа на основе ГИС представляет собой существенную инвестицию в создание потенциала для решения текущих и будущих водных проблем. Всесторонние возможности современных платформ ГИС в сочетании с пространственным характером гидрологических процессов обеспечивают, чтобы эта технология оставалась центральной для науки о водных ресурсах и управления ими на десятилетия вперед.

Для получения дополнительной информации о применении ГИС в водных ресурсах посетите страницу Esri Water Resources или изучите документацию ArcGIS Pro Hydrology Tools . Геологическая служба США также предоставляет обширные ресурсы и данные для гидрологических применений.