GIS技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域中的應(yīng)用

張瑞鵬

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，山東 濟(jì)南 250014）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，研究人員發(fā)現(xiàn)對(duì)地下水的影響不僅是在人類(lèi)利用方面，地殼運(yùn)動(dòng)、土壤條件等因素都會(huì)直接影響地下水的狀態(tài)。為了促進(jìn)水文地質(zhì)的發(fā)展，需要不斷創(chuàng)新技術(shù)，構(gòu)建高效、準(zhǔn)確的地下水勘探技術(shù)，以確保地下水的合理利用 。

1 GIS技術(shù)概述

1.1 概念

GIS技術(shù)是利用專(zhuān)業(yè)軟件和計(jì)算機(jī)硬件，獲取空間地理信息，編輯并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，供需要時(shí)隨時(shí)調(diào)取查詢(xún)，支持計(jì)算和管理所存儲(chǔ)信息，還可通過(guò)制圖處理顯示信息，并可分析和應(yīng)用相關(guān)數(shù)據(jù)，為地質(zhì)水文工作提供支持。1960年左右，GIS概念便已經(jīng)出現(xiàn)，在該時(shí)期，GIS通常被應(yīng)用于管理自然資源，或規(guī)劃特定領(lǐng)域。當(dāng)前技術(shù)水平下，GIS得以多維度發(fā)展，且進(jìn)展迅速。GIS技術(shù)被應(yīng)用于城市規(guī)劃、土木工程、地理測(cè)繪等，國(guó)土資源管理也會(huì)應(yīng)用GIS的測(cè)繪遙感技術(shù)。

1.2 發(fā)展現(xiàn)狀

水文地質(zhì)研究受多維度因素影響，地球運(yùn)動(dòng)影響水文地質(zhì)，地質(zhì)地貌對(duì)其有干預(yù)作用，土壤狀態(tài)、地表植物覆蓋都是客觀(guān)影響因素，此外，人類(lèi)活動(dòng)也對(duì)水文地質(zhì)研究產(chǎn)生影響作用，以上因素皆為實(shí)際影響因素。想要發(fā)展水文地質(zhì)研究，創(chuàng)新相關(guān)技術(shù)，要求便捷高效、實(shí)用性強(qiáng)的技術(shù)支持，在既往研究中，研究者進(jìn)行多方向嘗試尋求技術(shù)創(chuàng)新，數(shù)學(xué)建模和計(jì)算機(jī)技術(shù)皆包含在內(nèi)。技術(shù)發(fā)展以后，水文地質(zhì)研究開(kāi)始應(yīng)用GIS技術(shù)，水文地質(zhì)研究者者利用GIS的技術(shù)集成優(yōu)勢(shì)，收集、處理、存儲(chǔ)、分析地理信息數(shù)據(jù)，并支持信息傳輸共享等管理操作，在水文地質(zhì)領(lǐng)域，GIS技術(shù)得到發(fā)展和創(chuàng)新，應(yīng)用水平增強(qiáng)，并反作用于水文地質(zhì)研究，為相關(guān)研究提供更優(yōu)質(zhì)的技術(shù)支持[1]。

2 GIS技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，我國(guó)對(duì)于地下水資源的管理已經(jīng)逐漸成熟，主要將GIS 技術(shù)應(yīng)用于地下水資源的管理，加強(qiáng)地下水資源的利用率。一方面將地下水的模型和 GIS 的信息技術(shù)相結(jié)合，以保障整個(gè)管理工作的合理有效；另一方面是通過(guò) GIS技術(shù)建立完善的信息系統(tǒng)和地下水管理系統(tǒng)，為整個(gè)地下水資源的管控提供保障。水文地質(zhì)工作中較為主要的內(nèi)容是地下水位圖的繪制，地下水位圖繪制的準(zhǔn)確度將直接關(guān)乎后續(xù)工作的進(jìn)展。目前，GIS技術(shù)在地下水位線(xiàn)繪制工作中，主要運(yùn)用TIN模型來(lái)直觀(guān)體現(xiàn)整個(gè)地下水位線(xiàn) 。TIN模型也并非靜態(tài)的，而是隨著水位變化而隨時(shí)變化的，具備一定的實(shí)時(shí)性，可以為長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)地下水提供良好的保障。同時(shí)，GIS技術(shù)還可以為地下水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的測(cè)量提供幫助，采用 GRD建模方式，可以讓地下水位的監(jiān)測(cè)效率和質(zhì)量得到顯著提高。通過(guò) GIS 技術(shù)和水文地質(zhì)的結(jié)合，研制出了基于 GIS技術(shù)的地面沉降預(yù)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是采用MapbasicD工具在 Arc 平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。該種預(yù)測(cè)系統(tǒng)可以有效地為地下水波動(dòng)可能出現(xiàn)的地面沉降問(wèn)題做出預(yù)測(cè)，并將地面與水面之間的狀態(tài)直觀(guān)體現(xiàn)在系統(tǒng)中，呈現(xiàn)出具體化管理優(yōu)勢(shì)。地下水水質(zhì)的評(píng)估較為麻煩，在評(píng)估前需要收集大量的信息，以保障評(píng)估數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。GIS技術(shù)善于對(duì)信息進(jìn)行處理，在地下水水質(zhì)的評(píng)估工作中起到較大作用。設(shè)計(jì)人員在給出設(shè)計(jì)圖紙后，建立一個(gè)評(píng)價(jià)模式，并由GIS技術(shù)對(duì)地下水水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，由于GIS技術(shù)完全是通過(guò)計(jì)算機(jī)等智能設(shè)備完成，因此評(píng)測(cè)結(jié)果往往具備較高的客觀(guān)性和精準(zhǔn)性。地下水資源不同于一般的水資源，其循環(huán)能力較差，因此加強(qiáng)地下水的保護(hù)成為當(dāng)前我國(guó)的資源保護(hù)工作中的重要一環(huán)。GIS技術(shù)可以有效地區(qū)分各個(gè)區(qū)域的地下水，著重關(guān)注污染物較多的地下水資源，并且建立一個(gè)共享監(jiān)測(cè)網(wǎng)，對(duì)地下水資源的進(jìn)行 24h 掌控是當(dāng)前地下水資源的重要保護(hù)方式[2]。

3 GIS技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域中的具體應(yīng)用

3.1 水災(zāi)預(yù)防

GIS在水災(zāi)預(yù)防方面體現(xiàn)了其應(yīng)用價(jià)值，防洪救災(zāi)使用災(zāi)難管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可存儲(chǔ)過(guò)往水災(zāi)信息樣本，基于樣本分析，總結(jié)過(guò)往經(jīng)驗(yàn)和水文地質(zhì)發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)測(cè)未來(lái)洪災(zāi)。災(zāi)難管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)整合時(shí)間、空間信息，使二者保持一致，同步應(yīng)用決策系統(tǒng)，使系統(tǒng)信息更加精準(zhǔn)。數(shù)據(jù)可靠性對(duì)水災(zāi)預(yù)防而言至關(guān)重要，但當(dāng)前信息精準(zhǔn)程度有待提升。增強(qiáng)GIS應(yīng)用性，提升其水災(zāi)預(yù)防水平，對(duì)防洪抗災(zāi)意義重大，可降低水災(zāi)造成的經(jīng)濟(jì)損失，減少水災(zāi)傷亡。GIS技術(shù)優(yōu)化以后，精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息有助于分析水土現(xiàn)狀，針對(duì)性調(diào)節(jié)水土流失問(wèn)題，預(yù)測(cè)未來(lái)水災(zāi)，提前加以防范。GIS技術(shù)在當(dāng)前應(yīng)用中預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性尚不完善，利用GIS技術(shù)確定水災(zāi)發(fā)生概率較高后，評(píng)價(jià)所預(yù)測(cè)水災(zāi)的嚴(yán)重性，明確水災(zāi)等級(jí)和影響范圍，有利于制定更詳細(xì)和實(shí)用性的防災(zāi)抗災(zāi)計(jì)劃。對(duì)于已發(fā)生的水災(zāi)，通過(guò)災(zāi)難管理系統(tǒng)有效控制災(zāi)情，結(jié)合可視化建模還原災(zāi)情發(fā)生過(guò)程以及當(dāng)前災(zāi)情局勢(shì)，通過(guò)技術(shù)仿真輔助研究工作，尋求最優(yōu)應(yīng)對(duì)策略，體現(xiàn)GIS技術(shù)對(duì)水災(zāi)防控的積極影響。

3.2 基于 GIS 技術(shù)的地下水資源評(píng)價(jià)

由于 GIS 技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)的管理系統(tǒng)，具備較強(qiáng)的空間分析能力，而對(duì)于空間環(huán)境復(fù)雜的地下水勘查工作，往往能夠提供效率與質(zhì)量的雙重保障。由于 GIS技術(shù)的空間信息處理能力較好，在水資源評(píng)價(jià)方面提供了一定的幫助，GIS 技術(shù)在進(jìn)行地下水資源評(píng)價(jià)工作時(shí)，通常會(huì)結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)等方法，對(duì)地下水資源進(jìn)行分析，得到埋深的統(tǒng)計(jì)模型，并對(duì)地下水空間狀態(tài)進(jìn)行預(yù)報(bào)。

3.3 基于 GIS 技術(shù)的地下水資源管理

地下水資源的管理較為麻煩，往往會(huì)存在農(nóng)戶(hù)私通水井的問(wèn)題，而傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)模式往往不能良好地保障地下水資源的管理工作。不同于傳統(tǒng)監(jiān)管模式，GIS 技術(shù)系統(tǒng)是基于計(jì)算技術(shù)開(kāi)發(fā)的新型管理技術(shù)。在進(jìn)行地下水資源管理的過(guò)程中，可以有效分析地下水空間，并與地理信息系統(tǒng)相互銜接，更好地規(guī)劃地下水資源的應(yīng)用，不但可以保障工作效率和質(zhì)量，還可以讓地下水與地表水之間的調(diào)度得到良好保障。

3.4 基于 GIS 技術(shù)的地面沉降

地下水資源使用的不科學(xué)往往會(huì)出現(xiàn)地面沉降等問(wèn)題，這不但會(huì)導(dǎo)致地下水資源受到污染，同時(shí)也會(huì)破壞地面經(jīng)濟(jì)，因此必須加強(qiáng)對(duì)地面沉降的預(yù)測(cè)工作。GIS技術(shù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展，主要利用MapbasicD工具開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的地面沉降預(yù)測(cè)系統(tǒng)，該套系統(tǒng)可以直觀(guān)地觀(guān)察到地面沉降問(wèn)題的誘因，并構(gòu)建出完善的預(yù)測(cè)系統(tǒng)，保障整個(gè)地下水資源和地面沉降在人們掌控的范圍內(nèi)。不僅如此，科研人員還將GIS技術(shù)與地面沉降預(yù)測(cè)技術(shù)進(jìn)行融合，讓整個(gè)地面沉降預(yù)測(cè)趨向明朗化，保障地面沉降問(wèn)題的科學(xué)檢測(cè)。同時(shí)GIS系統(tǒng)也在不斷地更新地面沉降預(yù)測(cè)系統(tǒng)，以提高地面沉降預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)度，并且將地面沉降的原因直接展現(xiàn)出來(lái)，呈現(xiàn)出具象化管理模式。

3.5 地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)及污染物分析

由于地下水資源的自我再生能力較差，導(dǎo)致地下水資源一旦被污染，很難自我調(diào)節(jié)。但是人為地調(diào)節(jié)地下水污染物也會(huì)導(dǎo)致地下水資源受到其余問(wèn)題的干擾，因此加強(qiáng)地下水污染物的分析和監(jiān)控就成了地下水管理工作中的重要內(nèi)容。目前，GIS技術(shù)擁有良好的信息儲(chǔ)存技術(shù)和信息分析技術(shù)，因此在進(jìn)行地下水水質(zhì)評(píng)測(cè)時(shí)，可以在較短時(shí)間內(nèi)完成評(píng)測(cè)，并提供準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。同時(shí)，GIS技術(shù)也可以針對(duì)地下水水質(zhì)構(gòu)建專(zhuān)門(mén)的評(píng)價(jià)模型，保障地下水水質(zhì)評(píng)測(cè)工作的準(zhǔn)確度。同時(shí)，GIS技術(shù)還可以有效地檢測(cè)地下水中富含的礦物質(zhì)和礦物質(zhì)含量，對(duì)水中含有的重金屬也能及時(shí)給予風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并結(jié)合GIS技術(shù)的數(shù)據(jù)管理能力和數(shù)據(jù)分析功能，將各個(gè)地區(qū)的地下水水質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而精確地掌握每一處地下水質(zhì)量的狀況。另外，GIS技術(shù)開(kāi)發(fā)出巖溶地下水的環(huán)境測(cè)評(píng)系統(tǒng)，以目前的地下水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，為巖溶地下建立專(zhuān)門(mén)的地下水模型，進(jìn)而完成巖溶地下水水質(zhì)的測(cè)量，為我國(guó)地下水的管理與運(yùn)用提供了良好的保障。

3.6 GIS 技術(shù)與水文地質(zhì)調(diào)查

水文地質(zhì)工作包括水文地質(zhì)測(cè)繪、物探、鉆探以及其他內(nèi)容，而GIS技術(shù)的高效率可以滿(mǎn)足大量工作內(nèi)容的需求，并保障地下水調(diào)查工作的順利進(jìn)行。為了充分發(fā)揮GIS技術(shù)在巖漿水文地質(zhì)工作中的作用，工作人員必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)比對(duì)，保證GIS技術(shù)在巖漿水文地質(zhì)工作中的良好應(yīng)用。同時(shí)，GIS技術(shù)還可以對(duì)野外調(diào)查的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)分析，如實(shí)記錄分析過(guò)程，從而保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的準(zhǔn)確性和客觀(guān)性。在目前實(shí)際的水文地質(zhì)調(diào)查工作中，GIS技術(shù)顯示了其強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)處理能力，為整個(gè)水文地質(zhì)工作提供了很好的保障，而且還可以探索三維地表徑流和礦區(qū)總體直徑及流量的關(guān)系。對(duì)于較復(fù)雜的地形區(qū)域，能夠高效、準(zhǔn)確地完成水文地質(zhì)勘探工作。

3.7 基于 GIS 技術(shù)的地下水保護(hù)

GIS 系統(tǒng)在地下水水質(zhì)探測(cè)方面比較完善，地下水保護(hù)工作是我國(guó)水資源利用的重要任務(wù)之一 。GIS 技術(shù)在地下水資源保護(hù)中發(fā)揮著重要作用，其不僅可以有效地監(jiān)測(cè)地下水流量，而且可以檢測(cè)地下水資源的污染程度。在水文地質(zhì)工作中，GIS 技術(shù)建立了較為完善的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，覆蓋了全國(guó)大部分地區(qū)。

4 結(jié)語(yǔ)

在地理信息系統(tǒng)中，水文地質(zhì)領(lǐng)域的工作尤為重要，既能促進(jìn)國(guó)家的發(fā)展，又能保護(hù)生態(tài)環(huán)境。隨著信息技術(shù)和科學(xué)研究技術(shù)的發(fā)展，GIS技術(shù)逐漸成熟并應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。GIS技術(shù)也為地下水的勘查提供了很好的幫助，其在水文地質(zhì)領(lǐng)域顯示出了許多優(yōu)勢(shì)，并已經(jīng)應(yīng)用到水文地質(zhì)工作的各個(gè)環(huán)節(jié)。為了使GIS技術(shù)得到最大的發(fā)展，為人們提供高效、準(zhǔn)確的勘探技術(shù)，需要相關(guān)科研人員加強(qiáng)對(duì) GIS技術(shù)的創(chuàng)新和研究，以確保我國(guó)GIS技術(shù)可以更好地與水文地質(zhì)工作整合，讓GIS技術(shù)在水文地質(zhì)工作的領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，以促進(jìn)我國(guó)地下水資源的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和治理效果。