GIS技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用研究

摘 要：GIS技術(shù)的應(yīng)用標(biāo)志著我國水文地質(zhì)管理體系再上新臺階，結(jié)合信息化、智能化技術(shù)實現(xiàn)對水文問題的精準(zhǔn)判斷、快速響應(yīng)與處理;當(dāng)然GIS技術(shù)與水文地質(zhì)領(lǐng)域的結(jié)合還有較多改進(jìn)之處，并由此展望未來的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：GIS;水文地質(zhì);應(yīng)用

一、應(yīng)用現(xiàn)狀分析

（一）水災(zāi)預(yù)防

GIS在現(xiàn)代化水災(zāi)預(yù)防體系中應(yīng)用價值明顯，當(dāng)前各地防洪抗汛辦公室使用的信息化管理系統(tǒng)充分結(jié)合GIS技術(shù)，與過往水災(zāi)有關(guān)的資料數(shù)據(jù)保存在管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，并作為抗洪救災(zāi)分析工作中的樣本來源，便于辦公室工作人員總結(jié)過往抗洪防汛經(jīng)驗并明確水文地質(zhì)發(fā)展趨勢，作為預(yù)測地區(qū)內(nèi)發(fā)生洪災(zāi)的重要依據(jù)。有關(guān)部門應(yīng)用的信息化管理系統(tǒng)結(jié)合災(zāi)難管理與決策管理于一體，在提升數(shù)據(jù)信息精準(zhǔn)度的同時輔助于工作人員的決策業(yè)務(wù)。結(jié)合GIS技術(shù)則方便工作人員掌握管理現(xiàn)場的地貌特征、土質(zhì)數(shù)據(jù)等實際情況，在精準(zhǔn)定位的基礎(chǔ)上制定切實可行的應(yīng)對方案。GIS與信息化管理系統(tǒng)的結(jié)合則實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化效果，方便工作人員精準(zhǔn)分析管轄區(qū)域內(nèi)的水土現(xiàn)狀，并有效應(yīng)對可能發(fā)生的水土流失現(xiàn)象并做好充分的防范工作。GIS技術(shù)在水災(zāi)預(yù)防體系中的應(yīng)用還體現(xiàn)在層次化決策方面，工作人員結(jié)合GIS系統(tǒng)能夠預(yù)測水災(zāi)現(xiàn)象的嚴(yán)重性，進(jìn)而對不同類型的水災(zāi)現(xiàn)象進(jìn)行等級劃分，對于提升防災(zāi)抗災(zāi)計劃的準(zhǔn)確性也是大有裨益的。對于管轄區(qū)域內(nèi)正在發(fā)生的水災(zāi)現(xiàn)象，工作人員通過災(zāi)難管理體系對轄區(qū)內(nèi)災(zāi)情進(jìn)行合理預(yù)防和控制;GIS技術(shù)的應(yīng)用也為工作人員仿真救災(zāi)現(xiàn)場并找到最優(yōu)解，從而達(dá)到最佳的防控效果。

（二）水資源管理

GIS與水資源管理的結(jié)合體現(xiàn)在管理的各個方面，在水資源開發(fā)過程中應(yīng)用GIS技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對開發(fā)過程的合理控制，并體現(xiàn)對水資源的科學(xué)開發(fā)理念，有效保證水資源的長久利用。地下水管理體系中結(jié)合GIS技術(shù)則能夠發(fā)揮建模思想的優(yōu)勢，對地下水環(huán)境進(jìn)行建模處理，為制定地下水資源開發(fā)方案提供有效依據(jù)。結(jié)合GIS實現(xiàn)對地下水資源信息的收集和處理，幫助工作人員直觀掌握管轄區(qū)域內(nèi)地下水資源的分布現(xiàn)狀，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)地下水管理模式中的不足和缺陷，在精準(zhǔn)決策的基礎(chǔ)上實現(xiàn)更高效率的地下水資源管理方案，并通過精準(zhǔn)的評估有效優(yōu)化地下水資源質(zhì)量。

（三）水位線圖繪制

水位線繪制是地下水管理體系中的重要環(huán)節(jié)，結(jié)合GIS技術(shù)有助于技術(shù)人員精準(zhǔn)繪制水位線并實現(xiàn)高質(zhì)量的水位線圖，為開展水位研究工作提供重要依據(jù)。利用GIS技術(shù)繪制水位線圖時則充分利用工程建模思想，常見的建模方式包括TIN建模和GRD建模。利用TIN模型繪制水位線圖時著重關(guān)注地下水位線的變化情況，并將該變化情況以線圖方式向工作人員直觀展示，這種仿真式的建模手段有助于工作人員清晰掌握地下水位的變動情況，并基于地下水位的動態(tài)決定控制地下水位的方案。同時對地下水位的異常情況及時響應(yīng)，通過調(diào)整水資源方式保證低下水位處于正常狀態(tài)。GRD建模也是GIS技術(shù)的應(yīng)用典范，與TIN建模能夠形成良性互補(bǔ)并有效提升建模效果，從而體現(xiàn)GIS技術(shù)的優(yōu)勢所在。

（四）地面沉降監(jiān)測

由地下資源過度開采導(dǎo)致的地面沉降問題日益引發(fā)社會關(guān)注，應(yīng)用GIS技術(shù)則助力于地面沉降的研究領(lǐng)域，可見地面沉降監(jiān)測也是GIS技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域的典型應(yīng)用?，F(xiàn)行地面沉降監(jiān)測體系中對GIS技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)在沉降預(yù)測、沉降預(yù)防方案建立等方面，例如地質(zhì)部門應(yīng)用的預(yù)防地面沉降的信息化系統(tǒng)則有助于工作人員預(yù)測地面沉降的幅度和趨勢，該類系統(tǒng)基于Arc平臺和Map-basic語言開發(fā)，能夠?qū)ξ磥硪欢螘r間地面沉降的發(fā)展趨勢進(jìn)行合理預(yù)測，并作為制定防止地面沉降方案的重要依據(jù)。預(yù)防沉降系統(tǒng)的應(yīng)用在結(jié)合GIS技術(shù)的同時實現(xiàn)沉降預(yù)防體系的可視化效果，技術(shù)人員利用專業(yè)性的軟件平臺對地面的沉降預(yù)防情況進(jìn)行合理模擬，同時精準(zhǔn)判斷影響地面與水面的主要因素，在建立完善的預(yù)防地面沉降體系的基礎(chǔ)上有效干預(yù)地面沉降現(xiàn)象。

（五）水質(zhì)評價

水文部門的地下水質(zhì)量評價體系與GIS技術(shù)高度結(jié)合，地下水污染防治是一項復(fù)雜的工作，需要準(zhǔn)確判斷水質(zhì)中存在的污染物類型與含量;對地下水質(zhì)量的評價要結(jié)合多項標(biāo)準(zhǔn)，意味著相關(guān)部門要投入大量精力完成地下水質(zhì)量評價的任務(wù)。由此可見水質(zhì)評價體系中需要大量數(shù)據(jù)信息并對數(shù)據(jù)信息處理要求較高，結(jié)合GIS技術(shù)則能夠高效完成地下水?dāng)?shù)據(jù)的采集工作，并結(jié)合智能化系統(tǒng)實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的集成分析處理，實現(xiàn)地下水評價體系的規(guī)范化、精準(zhǔn)化和高效化。在具體的水質(zhì)評價工作中，工作人員利用GIS技術(shù)直觀掌握水質(zhì)的具體情況，同時結(jié)合智能化系統(tǒng)提的各類專業(yè)化數(shù)據(jù)分析工具完成對數(shù)據(jù)的分析處理工作，進(jìn)而形成水質(zhì)評價的方案和科學(xué)結(jié)論，有效提升水質(zhì)污染物分析的精準(zhǔn)度并降低水質(zhì)評價工作的難度。在地下水監(jiān)測體系中同樣充分應(yīng)用GIS技術(shù)，利用GIS技術(shù)在圖形建模層面的優(yōu)勢提升地下水監(jiān)測工作的實時性和可視性，通過智能化平臺反饋的實時數(shù)據(jù)圖表幫助工作人員判斷水質(zhì)的實際情況，進(jìn)而精準(zhǔn)掌握地下水中各類污染物的組成以及對應(yīng)的含量，從而全面提升水質(zhì)評價工作的質(zhì)量并落實水質(zhì)評價的現(xiàn)代化理念。

（六）地下水保護(hù)

有關(guān)水資源的保護(hù)一直以來就是水文部門的重點工作任務(wù)，并在此領(lǐng)域做出較多的研究與探索，也是我國現(xiàn)代化環(huán)保體系的重要組成部分。GIS技術(shù)的應(yīng)用則全面提升地下水保護(hù)工作的質(zhì)量和針對性，通過GIS技術(shù)清晰展現(xiàn)地下水資源的來源和分布情況，在掌握每個區(qū)域內(nèi)實際情況上合理劃分保護(hù)區(qū)域，并根據(jù)每個保護(hù)區(qū)域的相同特征制定合理有效的地下水保護(hù)方案，從而提升地下水保護(hù)的針對性。例如對水質(zhì)敏感度偏高的區(qū)域則制定高強(qiáng)度的保護(hù)措施，有效控制該區(qū)域內(nèi)的地下水污染物。GIS技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)地下水保護(hù)的動態(tài)效應(yīng)，利用GIS技術(shù)在可視化層面的優(yōu)勢構(gòu)建細(xì)致的地下水監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，為技術(shù)人員動態(tài)監(jiān)控水資源提供了有效手段。

二、應(yīng)用未來展望

（一）信息標(biāo)準(zhǔn)化

GIS技術(shù)應(yīng)用的核心在于數(shù)據(jù)信息，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集分析與共享發(fā)揮數(shù)據(jù)的最大效力。近年來我國在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化與共享化層面做出不少探索，對推動數(shù)據(jù)信息標(biāo)準(zhǔn)化貢獻(xiàn)良多。但是GIS技術(shù)本身對數(shù)據(jù)信息的標(biāo)準(zhǔn)化要求極高，現(xiàn)有數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系尚不能滿足GIS技術(shù)對數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。例如GIS技術(shù)常應(yīng)用在具體事件的分析場景中，從中體現(xiàn)對現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的分析和處理。該過程重要非常細(xì)致的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)作為支撐，并為后續(xù)的數(shù)據(jù)公開共享奠定基礎(chǔ)。因此在今后的GIS系統(tǒng)開發(fā)中要充分融合更高標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)規(guī)范，進(jìn)而滿足GIS在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)層面的需求。

（二）集成建模

GIS技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用著重體現(xiàn)在建模層面，通過對現(xiàn)場環(huán)境的高質(zhì)量建模為工作人員分析現(xiàn)場情況數(shù)據(jù)奠定堅實的基礎(chǔ)。高質(zhì)量的建模通常與集成技術(shù)聯(lián)系緊密，將集成技術(shù)與建模緊密結(jié)合則能夠提升GIS建模的專注度和精準(zhǔn)度，建立的模型往往具有更高的使用價值和研究價值，且能夠解決水文工作中相對復(fù)雜的技術(shù)問題，在水文地質(zhì)工作中發(fā)揮更大的效力。參數(shù)的選擇和引用是水文建模中的重要環(huán)節(jié)，結(jié)合集成技術(shù)則能夠提升數(shù)據(jù)收集與分析的精準(zhǔn)性，為GIS建模工作提供更加直接可靠的依據(jù)。由此可見結(jié)合集成與建模是GIS未來發(fā)展的重要方向，也是決定GIS應(yīng)用再上新臺階的重要因素。

（三）可視化建設(shè)

水文地質(zhì)領(lǐng)域的研究與可視化密切結(jié)合，技術(shù)人員利用GIS的可視化效應(yīng)開展各類水文地質(zhì)工作。雖然可視化技術(shù)在各地區(qū)的水文工作中已有較廣泛的應(yīng)用，但是總體來看仍有較大的提升空間。例如水文部門的可視化水文地質(zhì)工作多采用二維建模機(jī)制，整體來講存在立體化效應(yīng)不足的問題。未來水文地質(zhì)工作與GIS的結(jié)合方向為三維或更多維度的應(yīng)用，例如通過開發(fā)三維軟件提升水文地質(zhì)工作的立體化效應(yīng)，從整體角度提升水文地質(zhì)工作的可行性。可視化建設(shè)與水文地質(zhì)工作中的仿真建模聯(lián)系也是十分密切的，通過三維軟件、四維軟件能夠?qū)崿F(xiàn)更高層次和質(zhì)量的建模，在提升水文工程可行性的同時為水文工程的實地推動提供更充分的依據(jù)。結(jié)合三維、四維軟件與GIS則為技術(shù)人員提供更詳實的決策方式，是決定地質(zhì)水文工作步入新階段的決定性因素。

（四）與遙感技術(shù)結(jié)合

GIS與遙感技術(shù)結(jié)合則進(jìn)一步發(fā)揮GIS在水文地質(zhì)工作體系中的作用;遙感技術(shù)與GIS技術(shù)本身具有的一定的一致性，有效改善GIS技術(shù)中的柵格體系，通過提升GIS技術(shù)的精細(xì)化程度提升其應(yīng)用性能。例如在水文地質(zhì)研究工作中建立的地下水離散網(wǎng)格則與GIS柵格技術(shù)密切相關(guān)，通過對現(xiàn)場環(huán)境的柵格化處理提升其應(yīng)用性能。遙感技術(shù)在數(shù)據(jù)信息顯示層面同樣優(yōu)勢明顯，在應(yīng)用GIS的過程中結(jié)合遙感技術(shù)則實現(xiàn)對地下水資源的高質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測，為工作人員判斷地下水資源的分布和走勢提供一手依據(jù)。

三、結(jié)語

可見GIS技術(shù)在水文地質(zhì)工作中的應(yīng)用還有較大的提升空間，從加強(qiáng)可視化效應(yīng)、結(jié)合遙感技術(shù)、集成建模等多方面入手，彌補(bǔ)當(dāng)前GIS技術(shù)在水文地質(zhì)工作中應(yīng)用的不足，使GIS技術(shù)發(fā)揮更大的作用和效力，并使其更好地服務(wù)于水利部門的水文地質(zhì)管理工作。

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作者簡介：侯平舟（1993— ），女，漢族，山東菏澤人，本科，助理工程師，研究方向：水文與水資源工程。