GIS在水環(huán)境中的應(yīng)用

崔臘梅+楊學(xué)春

摘 要：地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System）伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展進(jìn)步。該文通過對(duì)地理信息系統(tǒng)概念的介紹，研究、歸納了GIS在水環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)建立、水環(huán)境模擬、環(huán)保應(yīng)急反應(yīng)等方面的應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了GIS的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：Arcgis；地理信息系統(tǒng)；水環(huán)境；應(yīng)用

中圖分類號(hào) X824 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2017）24-0127-03

Abstract：Geographic Information System is along with the development of computer technology and continuous development and progress. This paper introduces the concept of geographic information system，studies and summarizes the application of GIS in the establishment of water environment database，water environment simulation，environmental emergency response and so on，based on this，the trend of GIS is further analyzed.

Key words：Arcgis；Geographic information system；Water environment；Application

1 引言

水是人類生產(chǎn)、生活賴以生存的重要資源。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水環(huán)境問題日益凸顯，如水資源利用不合理、造成水質(zhì)污染嚴(yán)重等。1997年發(fā)布的?世界水資源綜合評(píng)估報(bào)告?里明確指出，水環(huán)境問題將會(huì)對(duì)未來全球經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重的影響[1]。根據(jù)《中國(guó)水利年鑒》等資料的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2010年發(fā)生水資源沖突6998起，2011年發(fā)生水資源沖突7672起，2012年發(fā)生水資源沖突8423起，2013-2015年水資源沖突依然尖銳[2]。2007年太湖藍(lán)藻水華污染、2011年廣東化州市高嶺土廠排污事件等都在給世人敲響警鐘。而地理信息系統(tǒng)在解決這些問題方面都發(fā)揮了重要的作用。

2 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，對(duì)空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示，并采用地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)而建立起來的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)[3]。

GIS的基本功能包括：空間數(shù)據(jù)采集、空間數(shù)據(jù)處理、空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析模型建立、空間信息分析、空間信息輸出、各種地圖制作等，其中空間分析功能是GIS的核心功能[4]。如圖1所示。

GIS起源于20世紀(jì)60年代，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展發(fā)展至今，美國(guó)、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家率先研究GIS技術(shù)，目前在GIS技術(shù)和應(yīng)用方面都比較成熟先進(jìn)[6]。20世紀(jì)80年代初，我國(guó)地理信息系統(tǒng)工作進(jìn)入起步階段，1994年中國(guó)GIS協(xié)會(huì)在北京成立，標(biāo)志著中國(guó)GIS行業(yè)已經(jīng)形成一定規(guī)模。隨著社會(huì)的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)也成為管理決策的重要組成部分。未來地理信息系統(tǒng)也將朝著網(wǎng)絡(luò)化、綜合化、精細(xì)化方向發(fā)展。

3 GIS在水環(huán)境中的應(yīng)用

3.1 流域水環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)的建立 利用GIS空間數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)及可視化功能，可以建立流域水環(huán)境資源數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)包含流域地形，人口分布，流域內(nèi)工廠企業(yè)基本信息以及危險(xiǎn)化學(xué)品信息、流域水質(zhì)類別，主要污染物質(zhì)等。通過流域水環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，使用戶更加直觀清晰的了解流域的基本概況，同時(shí)也為使用者和管理者查詢流域基本信息帶來便捷。

3.2 集成管理 GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的集成，可以使一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)不同要素?cái)?shù)據(jù)集的集成，也可以是不同數(shù)據(jù)庫(kù)之間的集成?？梢詫IS數(shù)據(jù)庫(kù)集成用于流域范圍影響方面。將一個(gè)流域范圍內(nèi)多條河流、水文、水質(zhì)、污染狀況、主要污染物等信息進(jìn)行集成，從而考察他們對(duì)于流域的綜合影響。

3.3 水資源評(píng)價(jià)與規(guī)劃 GIS具有疊加分析、緩沖區(qū)分析、三維分析、距離分析等應(yīng)用功能，使用者可以利用GIS的這些功能對(duì)河流或者流域進(jìn)行污染源分析、影響范圍分析預(yù)測(cè)、影響因素分析等。利用水資源空間和屬性信息的整合，以基于地理信息系統(tǒng)平臺(tái)開發(fā)的鎮(zhèn)江市水資源管理決策系統(tǒng)[7]為例，系統(tǒng)借助GIS對(duì)水資源進(jìn)行監(jiān)控和管理分析水質(zhì)變化及未來變化趨勢(shì)，為決策者更好的開發(fā)利用水資源而服務(wù)。

3.4 地表水與地下水水環(huán)境模擬 將原有的水文、水質(zhì)、地形、地貌以及河流相關(guān)信息匯總整理成數(shù)據(jù)庫(kù)，通過輸入連接到Arcgis軟件中，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理，利用這些數(shù)據(jù)，建立相關(guān)模型，對(duì)河流水環(huán)境進(jìn)行模擬，利用地理信息系統(tǒng)軟件強(qiáng)大的圖形圖像處理功能，將流域內(nèi)的所有特征充分顯示出來，并可以以地圖、圖片等多種形式輸出結(jié)果。柳佳斌等將三維仿真地理信息系統(tǒng)與二維的地理信息系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，進(jìn)行洪水演進(jìn)模擬和系統(tǒng)分析[8]。程軍蕊等以寧波市皎口水庫(kù)為例，對(duì)流域水質(zhì)時(shí)空變化特征進(jìn)行模擬[9]。孫啟宏等[10]利用GIS動(dòng)態(tài)分段技術(shù)實(shí)現(xiàn)了河流一維水質(zhì)擴(kuò)散模擬和空間顯示分析。

3.5 洪水預(yù)估和分析 將GIS與航空攝影、遙感影像、水文模型相結(jié)合，可以用來預(yù)測(cè)洪水淹沒范圍。將淹沒范圍圖與人口分布、土地利用類型、周邊基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等信息相結(jié)合，從而對(duì)洪水進(jìn)行綜合全面分析，在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)洪水的影響范圍，為救援搶險(xiǎn)提供相關(guān)的決策支持。陳凱[11]結(jié)合湖南冷水灘區(qū)洪水淹沒評(píng)估系統(tǒng)實(shí)例，在GIS技術(shù)支持下，對(duì)洪水淹沒評(píng)估系統(tǒng)從洪水淹沒計(jì)算與洪水淹沒評(píng)估兩方面進(jìn)行研究。endprint

3.6 非點(diǎn)源污染 污染大體可以分為點(diǎn)源污染和非點(diǎn)源污染。非點(diǎn)源污染又稱面源污染，其具有的隨機(jī)性、廣泛性、滯后性、模糊性、潛伏性等特點(diǎn)[12]。非點(diǎn)源污染的研究需要綜合和顯示多種相互交錯(cuò)的空間信息。因此，在水污染治理中，可以通過對(duì)不同土地利用類型與流域內(nèi)水文、水質(zhì)狀況影響的研究，減少因空間信息數(shù)據(jù)的變動(dòng)而導(dǎo)致的不確定性。

3.7 無(wú)資料地區(qū)水文模擬 通過GIS分析流域內(nèi)地形、地貌、土壤覆蓋情況、植被分布狀況等地理信息，從而獲取無(wú)資料區(qū)水文分析模型所需要的參數(shù)信息，利用模型對(duì)無(wú)資料區(qū)水文環(huán)境進(jìn)行模擬分析。趙宏臻等[13]應(yīng)用GIS技術(shù)根據(jù)DEM進(jìn)行流域劃分、水流方向確定等處理，并結(jié)合流域水文地質(zhì)圖、土壤分布圖等建立GIS圖層，進(jìn)而構(gòu)建淮北分布式水文模型。結(jié)果表明，該模型可用于無(wú)資料地區(qū)的排澇水文計(jì)算。

3.8 環(huán)保應(yīng)急反應(yīng) 對(duì)于重大水環(huán)境事件，如危險(xiǎn)化學(xué)品的泄露，藍(lán)藻、水華爆發(fā)等。這些水環(huán)境事件發(fā)生突然，需要環(huán)境保護(hù)部門具有較高的環(huán)境應(yīng)急能力。利用GIS技術(shù)，結(jié)合GPS、RS技術(shù)，對(duì)環(huán)境事件發(fā)生的地點(diǎn)以及周圍的地址地形、人口分布、工礦企業(yè)、危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)的分布等信息進(jìn)行定位顯示，同時(shí)對(duì)污染物質(zhì)進(jìn)行追蹤，判斷其擴(kuò)散過程。輔助上級(jí)主管部門制定相關(guān)的安全防范措施。上海市環(huán)保局在2000年12月率先啟動(dòng)了環(huán)保應(yīng)急系統(tǒng)[14]。

4 GIS在水環(huán)境領(lǐng)域中發(fā)展趨勢(shì)

4.1 多學(xué)科的綜合利用 測(cè)繪學(xué)、地理學(xué)、制圖學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及其他需要進(jìn)行空間數(shù)據(jù)處理和分析，GIS是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析、存儲(chǔ)、顯示的強(qiáng)大工具。因此，GIS具有多學(xué)科交叉的特征，它既要吸取諸多相關(guān)學(xué)科的精華和營(yíng)養(yǎng)，并逐步形成獨(dú)立的邊緣學(xué)科，又將被多個(gè)相關(guān)學(xué)科所運(yùn)用，并推動(dòng)他們的發(fā)展。

4.2 伴隨科技進(jìn)步而發(fā)展 在未來水資源領(lǐng)域中，科技的不斷進(jìn)步發(fā)展，將會(huì)推動(dòng)著GIS朝著三維化、系統(tǒng)的智能化、平臺(tái)操作的便捷化以及模型模擬預(yù)測(cè)的精確化方向發(fā)展。從而更好的為廣大用戶提供服務(wù)，為環(huán)境保護(hù)部門提供決策支持。

4.3 社會(huì)化 目前，GIS多服務(wù)于政府機(jī)構(gòu)或者其他相關(guān)企業(yè)，普通群眾對(duì)于GIS的了解微乎其微。未來，GIS應(yīng)用將更加普遍和社會(huì)化。不再僅僅局限于政府機(jī)構(gòu)部門或者是有需要的企業(yè)，為他們提供技術(shù)服務(wù)和決策支持，而是隨著應(yīng)用的廣泛化深入千家萬(wàn)戶，最終服務(wù)于廣大人民群眾。

5 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，將水環(huán)境中各項(xiàng)數(shù)據(jù)與流域的空間信息相聯(lián)系，進(jìn)而進(jìn)行水資源利用和管理以及水環(huán)境模型預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境問題可視化，為管理部門規(guī)劃與決策提供依據(jù)。相信隨著GIS技術(shù)的不斷發(fā)展，它在水環(huán)境領(lǐng)域的運(yùn)用會(huì)進(jìn)一步得到擴(kuò)展和完善，而水環(huán)境管理也會(huì)因它而更加方便。

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（責(zé)編：徐煥斗）endprint