GIS在地下水資源管理方面的應(yīng)用

肖 震

(河北省環(huán)境地質(zhì)勘查院，河北 石家莊050021)

GIS是地理信息系統(tǒng)的簡稱，經(jīng)過最近幾十年的不斷發(fā)展，已經(jīng)初步的形成了一個十分完整的技術(shù)體系，并且逐步的建立起了相關(guān)的理論框架。在進(jìn)行地下水資源管理的過程中，對GIS的應(yīng)用也逐漸的形成了一種多層次且多尺度的格局。地理信息系統(tǒng)是一門新興邊緣的將計算機(jī)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、空間科學(xué)、地理學(xué)、城市科學(xué)、信息科學(xué)以及管理科學(xué)綜合成一體的學(xué)科，地理信息系統(tǒng)的優(yōu)勢在于對數(shù)據(jù)的綜合、地理模擬以及空間分析。各種專業(yè)的模型和GIS技術(shù)的互相結(jié)合，又為不同專業(yè)的研究人員提供了十分有利工具，使他們可以對所面臨的一些新的問題進(jìn)行更加深入的研究，并且可以解決很多十分復(fù)雜的、專業(yè)性比較強(qiáng)的問題，因此，GIS擁有十分大的應(yīng)用空間。從20世紀(jì)的70年代以來，在一些發(fā)達(dá)的國家，相關(guān)人員已經(jīng)開始把GIS的技術(shù)引入到對地下水資源進(jìn)行研究的領(lǐng)域，GIS技術(shù)的加入使得地下水資源管理領(lǐng)域的發(fā)展發(fā)生了十分深刻的變化。

1 GIS在地下水資源管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1.1 GIS在地下水資源管理中的研究現(xiàn)狀

自從20世紀(jì)的70年代，美國的田納西流域管理局就采用GIS技術(shù)處理以及分析各種流域的數(shù)據(jù)，為了流域管理以及規(guī)劃提供決策方面的服務(wù)，也就是從這個時候，GIS就開始在水文學(xué)以及水資源管理方面應(yīng)用。80年代之后，計算機(jī)技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)進(jìn)入到了各行各業(yè)的各個方面。將GIS和計算機(jī)技術(shù)結(jié)合，可以很好的推動地下水資源管理方面的發(fā)展。

1.2 基于GIS的地下水資源評價

地下水方面的問題具有十分明顯的時空維，對地下水的模擬十分強(qiáng)調(diào)地下水在介質(zhì)當(dāng)中的運(yùn)動情況。把GIS運(yùn)用到地下水模擬當(dāng)中，可以用來獲得、操作以及顯示和這些模型有關(guān)的數(shù)據(jù)以及所得到的成果，可以使模型能夠進(jìn)一步的細(xì)化，最終可以深入到認(rèn)識地下水在含水層當(dāng)中的賦存以及運(yùn)動的情況，這為合理的開采地下水以及保護(hù)地下水的服務(wù)帶來很大的幫助。

武強(qiáng)等研究并開發(fā)了把MapInfo當(dāng)作平臺的塔里木盆地的地下水資源管理的地下信息系統(tǒng)。邢毅等建立了南方某個城市的GIS城市地下水的管理模型等等;這些相關(guān)的研究在國內(nèi)應(yīng)該率先把GIS應(yīng)用在地下書的模擬、評價以及管理，為地下水資源管理工作提供了一種新的技術(shù)手段。

隨著組件GIS的不斷發(fā)展，基于GIS組件的地下水地理信息系統(tǒng)的研究方面的開發(fā)也不斷的增加，基于組件的二次開發(fā)最大的優(yōu)點(diǎn)也是用戶可以根據(jù)自己的需要，把模型和GIS的空間管理有機(jī)的集成而不是再將其進(jìn)行松散的連接，這樣可以開發(fā)出脫離GID平臺的獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)。從目前的研究水平及應(yīng)用的現(xiàn)狀來看，和GIS集成的模型以集中參數(shù)模型以及解析式的模型占了大部分。因?yàn)榉植紖?shù)的模型設(shè)計到時空維的數(shù)據(jù)，大部分的系統(tǒng)僅僅是實(shí)現(xiàn)了模型以及GIS的數(shù)據(jù)交換。

1.3 GIS在地下水的水質(zhì)評價當(dāng)中的應(yīng)用分析

地下水的水質(zhì)通常情況下都是對地下水開發(fā)利用的一個十分重要的限制性的因素，地下水的化學(xué)組成經(jīng)過了十分復(fù)雜的演化過程，這不僅僅有水和巖石之間的地球化學(xué)以及水化學(xué)、生物化學(xué)之間的相互作用，同時也受到了人類活動的強(qiáng)烈影響。把多種信息的GIS技術(shù)綜合的去解決這些問題。GIS技術(shù)在地下水的水質(zhì)研究當(dāng)中的運(yùn)用主要就是體現(xiàn)在對地下水的水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)的設(shè)計方面。通過地下水水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)的設(shè)計分類方法對空間參考數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，讓它和GIS性能可以一體化，并且依據(jù)GIS對網(wǎng)絡(luò)設(shè)計排列法所產(chǎn)生的作用，通過對城市掩埋的相關(guān)實(shí)例可以進(jìn)行驗(yàn)證。GIS技術(shù)可以有效地完成很多和地下水監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計之間有關(guān)的任務(wù)，主要包括:存貯位置的數(shù)據(jù)以及目標(biāo)屬性的信息，推導(dǎo)出某等的高線內(nèi)水頭的值，計算出主要距離的變量值，編譯并且顯示權(quán)的重值來檢驗(yàn)出最優(yōu)的監(jiān)測點(diǎn)等。

1.4 GIS在地下水資源管理中的應(yīng)用

GIS技術(shù)在地下水資源的管理當(dāng)中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個方面:地下水資源的評價、地下水污染以及環(huán)境影響的評價、水源地的保護(hù)、流域地表水以及地下水的聯(lián)合調(diào)度、決策支持以及專家系統(tǒng)等等。

2 GIS在地下水資源管理方面應(yīng)用的發(fā)展趨勢

在最近幾年以來，地理信息技術(shù)發(fā)展十分迅速，他的主要的原動力主要是來自于逐漸廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)υ撔畔⑾到y(tǒng)不斷增加的要求。此外，計算機(jī)的快速發(fā)展為地理信息系統(tǒng)的發(fā)展提供了十分先進(jìn)的工具以及手段，很多計算機(jī)領(lǐng)域的新技術(shù)，比如說:面向?qū)ο蠹夹g(shù)、圖像處理以及三維技術(shù)和人工智能技術(shù)都可以直接的應(yīng)用在地理信息系統(tǒng)當(dāng)中。下面對當(dāng)前GIS技術(shù)研究的幾個方向進(jìn)行詳細(xì)的分析。

2.1 加強(qiáng)GIS應(yīng)用規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)的研究

在實(shí)際的操作當(dāng)中，對GIS的應(yīng)用以及開發(fā)基本上是各個部門依據(jù)具體生產(chǎn)以及科研需要而獨(dú)立進(jìn)行開發(fā)的，因?yàn)槿狈σ粋€十分完整的技術(shù)規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)，對平臺的開發(fā)以及數(shù)據(jù)格式的多樣化，這給信息的交流及共享都帶來了十分大的困難。在我國，雖然行業(yè)規(guī)范的試點(diǎn)工作已經(jīng)開展了，但是仍然有很多和國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不一致的問題，因此對于GIS在地下水資源管理方面的應(yīng)用趨勢就是要加強(qiáng)GIS應(yīng)用規(guī)劃以及標(biāo)準(zhǔn)的研究。

2.2 建立起水文水資源地理空間的數(shù)據(jù)庫

空間數(shù)據(jù)庫是整個系統(tǒng)的核心以及決策的基礎(chǔ)，所以，要加強(qiáng)GIS應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化以及規(guī)范化的基礎(chǔ)上大力的開展基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，特別是具有水溫水資源方面的特色數(shù)據(jù)庫，比如說:雨情以及水情數(shù)據(jù)庫以及水旱災(zāi)情的數(shù)據(jù)庫等等。除此之外，數(shù)據(jù)庫還要包括流域內(nèi)的自然資源以及社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境的基本數(shù)據(jù)。對于數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)采集要保持全面、準(zhǔn)確并且及時的進(jìn)行更新。

2.3 水文水資源領(lǐng)域要GIS朝向多維的方向發(fā)展

因?yàn)樗乃Y源的變化過程擁有明顯的時空動態(tài)的特征，所以，需要開發(fā)出可以實(shí)現(xiàn)三維以及四維空間分析以及顯示等功能的GIS軟件。到目前為止，僅僅有少量的GIS可以進(jìn)行三維的分析，但是它們在幾何建模以及分析功能方面存在著很多的不足。隨著計算機(jī)和空間技術(shù)的進(jìn)步以及水文水資源方面的發(fā)展要求，GIS的發(fā)展將從獨(dú)立的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成為兼容以及集成，從傳統(tǒng)的二維轉(zhuǎn)向多維的方向發(fā)展。

2.4 GIS技術(shù)面向?qū)ο蠹夹g(shù)的研究

面向?qū)ο蠓ㄒ簿褪荗bject Oriented，可以幫助人們在計算機(jī)上面直接的去描述物理世界提供一條比較適合人們的思維模式的方法，而面向?qū)ο蟮募夹g(shù)在GIS當(dāng)中的哦應(yīng)用也就是面向?qū)ο蟮腉IS，這已經(jīng)成為GIS未來發(fā)展的一個大的方向之一。這主要是因?yàn)榭臻g信息和傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫處理的一維信息更加的復(fù)雜、瑣碎，面向?qū)ο蟮姆椒閺?fù)雜空間信息的描述提供了一條比較直觀的、結(jié)構(gòu)比較清晰的、組織十分有序的方法，所以，受到各行各業(yè)的重視。

面向?qū)ο蟮腉IS技術(shù)和傳統(tǒng)的GIS有很多的優(yōu)勢，主要包括以下幾個方面:首先，所有的地物都是通過對象的形式進(jìn)行封裝，而不光是對復(fù)雜的關(guān)系形式進(jìn)行存儲，使整個系統(tǒng)組織可以保持結(jié)構(gòu)十分良好及清洗;其次，把對象作為基礎(chǔ)，把分層的概念很好的消除了;第三，面向?qū)ο箢愋偷姆诸惤Y(jié)構(gòu)以及組裝結(jié)構(gòu)使得GIS能夠直接的定義并處理那些比較復(fù)雜的、地物類型。

2.5 GIS網(wǎng)絡(luò)化

計算機(jī)是現(xiàn)代工作中不可缺少的一個物品，對于各行各業(yè)的發(fā)展都起到了很好的幫助。因此，對于GIS的發(fā)展也起到了很大的幫助，計算機(jī)技術(shù)的加入使得GIS技術(shù)從量變到質(zhì)變的改變，實(shí)現(xiàn)了很多傳統(tǒng)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的事情。如果網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以使得數(shù)據(jù)庫在地理位置方面上，以分布的方式而存在的，這樣做，使得各個數(shù)據(jù)庫都可以局部的進(jìn)行生產(chǎn)、更新以及維護(hù)和管理，而網(wǎng)絡(luò)又讓這些分布在局部的數(shù)據(jù)庫相互之間可以很好的鏈接起來，實(shí)現(xiàn)資源的共享。這樣高速度的數(shù)據(jù)傳輸可以使數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)能夠快速的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)雖然發(fā)展的速度十分驚人，但是，在GIS的應(yīng)用方面還是有很多的局限的，主要就表現(xiàn)在地理數(shù)據(jù)的傳輸方面，到目前為止，因?yàn)镚IS的數(shù)據(jù)通暢的容量比較大，但是現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)寬帶的能力在中遠(yuǎn)距離的大量數(shù)據(jù)傳輸過程中，速度是沒有令人十分滿意的，這也是發(fā)展中的一個瓶頸問題。

3 結(jié)語

GIS技術(shù)是現(xiàn)代社會信息處理的一個十分重要的手段，已經(jīng)成為了地下水管理和研究的工作發(fā)展帶來了很大的推動作用。與此同時，對于地下水的管理和研究的領(lǐng)域以及GIS技術(shù)的結(jié)合也可以給GIS本身的發(fā)展也帶來了很大的契機(jī)。從GIS發(fā)展的現(xiàn)狀之中可以得出很多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為我國的GIS發(fā)展速度提供了很好的幫助。

［1］馬舒雅，等.GIS在地下水領(lǐng)域中的應(yīng)用及最新進(jìn)展［J］.世界地質(zhì).2012，16(4).

［2］何慶成.RS和GIS技術(shù)集成及其應(yīng)用［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì).2012，27(2).

［3］王水獻(xiàn)，劉豐，鐘瑞森，等.淺析GIS支持下的新疆平原區(qū)地下水資源評價模型.地下水.2013，27(1):61－63.

［4］于曉彤.淺析 GIS地下水資源管理方面的應(yīng)用［J］.地質(zhì)工程.2013.

［5］李奧.GIS技術(shù)發(fā)展方向分析［J］.專業(yè)材料.2012.