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

郭 維

（天津華北地質(zhì)勘查局地質(zhì)研究所，天津 300181）

1 GIS技術(shù)介紹

GIS技術(shù)，是在計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，融合了測繪技術(shù)和地理技術(shù)生成的一種處理系統(tǒng)，其能夠借助地理技術(shù)以及測繪技術(shù)完成地理信息的收集，進(jìn)而借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析與處理，為工作人員提供科學(xué)準(zhǔn)確的決策信息。當(dāng)前GIS技術(shù)被廣泛應(yīng)用在規(guī)劃設(shè)計(jì)、科學(xué)考察以及資源處理等方面，其在水文地質(zhì)中應(yīng)用的最大優(yōu)勢，便是能夠幫助水文地質(zhì)工作完成大量的數(shù)據(jù)處理，幫助工作人員完成數(shù)據(jù)分析，便于深入研究。

2 水文地質(zhì)領(lǐng)域中GIS技術(shù)需求和現(xiàn)狀

2.1 水文地質(zhì)領(lǐng)域中GIS技術(shù)需求

當(dāng)今水文地質(zhì)工作新形勢下，借助GIS技術(shù)來完成水文地質(zhì)信息處理成為工作新模式。該技術(shù)以地理信息系統(tǒng)為核心，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，集信息獲取、信息管理與傳遞、開發(fā)和管理等工作于一體。對于復(fù)雜的水文地質(zhì)工作來講，能夠有效處理龐大的數(shù)據(jù)信息，推動水文地質(zhì)工作的進(jìn)一步發(fā)展，儼然成為水文地質(zhì)工作的重要組成。

2.2 水文地質(zhì)領(lǐng)域中GIS技術(shù)現(xiàn)狀

就目前我國的水文地質(zhì)工作而言，對于GIS技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)步入系統(tǒng)化管理的程度，極大保障了水文地質(zhì)工作相關(guān)決策的準(zhǔn)確性。作為一項(xiàng)長期性的工作，水資源管理涉及較多的利益環(huán)節(jié)，借助GIS技術(shù)可以為水文地質(zhì)工作提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，為水文地質(zhì)發(fā)展指明方向。同時，GIS與計(jì)算機(jī)技術(shù)的有效融合，能夠有效解決數(shù)據(jù)遺漏和不準(zhǔn)確等問題，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)管理的集中化和系統(tǒng)化，有助于政府部門完成科學(xué)決策?？梢哉f，GIS技術(shù)貫穿著水文地質(zhì)工作的各個環(huán)節(jié)，例如在評測工作中，GIS技術(shù)能夠根據(jù)淺層水的實(shí)際情況來建立評測模型，繪制地下水的等級圖，可以準(zhǔn)確評測當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)情況，再借助MapGIS的連接，能夠詳細(xì)觀察水質(zhì)的變化狀況，為水質(zhì)測量提供參考依據(jù)，幫助后續(xù)工作的有效開展。總而言之，將GIS技術(shù)應(yīng)用到水文地質(zhì)領(lǐng)域，能夠科學(xué)處理水文地質(zhì)模型，推動水文地質(zhì)工作的有效開展。

3 GIS技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展

要想對GIS技術(shù)進(jìn)行深入探究，分析其在水文地質(zhì)領(lǐng)域中的應(yīng)用，需要先了解在水文地質(zhì)系統(tǒng)中應(yīng)用GIS的設(shè)計(jì)原理以及流程。系統(tǒng)的基本流程如圖1所示，從可行性研究開始，經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)查、分析以及設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，最后對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)與評價，整個流程涉及模型的改進(jìn)，需要對模型不斷修正，直到對所建模型的結(jié)果滿意。

圖1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程

3.1 GIS技術(shù)的地下水資源評價分析

對于GIS技術(shù)在地下水資源評價中的應(yīng)用研究，很多的學(xué)者都借助實(shí)際情況來分析GIS在地下水質(zhì)評價中的應(yīng)用效果。目前我國在針對此應(yīng)用環(huán)節(jié)進(jìn)行分析時，通常都會根據(jù)實(shí)際的情況，在水均衡原理的基本條件下，借助針對性的評價方法完成水資源評價分析。此種方式能夠讓GIS技術(shù)與統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合，促進(jìn)地下水資源評價系統(tǒng)的模型構(gòu)建，提高整體的評價效果。此外，國外一些學(xué)者認(rèn)為，可以將遙感技術(shù)應(yīng)用到水資源評價工作中，能夠在實(shí)施過程中提高水資源評價的科學(xué)合理性。在水資源評價分析中應(yīng)用GIS技術(shù)，還能夠?qū)λ牡刭|(zhì)進(jìn)行有效評價，有助于為后期科學(xué)決策以及工作開展提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。在地下水資源評價工作的過程中，GIS技術(shù)可以應(yīng)用到很多環(huán)節(jié)，因其具備建模功能，可以對空間統(tǒng)計(jì)以及地下水量等進(jìn)行建模，通過建立相關(guān)模型，可以為工作人員提供更加直觀、清晰的數(shù)據(jù)以及信息，為后面工作順利開展助力，充分發(fā)揮出GIS技術(shù)的功能與價值。

3.2 運(yùn)用GIS技術(shù)繪制地下水位等位線圖

GIS技術(shù)能夠根據(jù)地下水位的實(shí)況來完成水位等值線圖的繪制工作，可以在TIN或者GRD模型中引入此技術(shù)。（1）應(yīng)用到TIN模型中，TIN模型能夠?qū)⒆钤嫉臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)化，形成三角形剖分，再根據(jù)三角形剖分的相關(guān)信息來創(chuàng)建鄰接的拓?fù)潢P(guān)系，最終完成等值線圖繪制工作。（2）應(yīng)用到GRD模型中，能夠采取網(wǎng)格插值的方式來對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，屆時要想快速了解到有關(guān)水文地質(zhì)屬性的相關(guān)信息，需要利用數(shù)字高程模型（DEM）中的GIS技術(shù)獲取到間隔數(shù)據(jù)點(diǎn)，隨后再利用網(wǎng)格形式離散數(shù)據(jù)信息，水文地質(zhì)管理系統(tǒng)便能夠自動完成地下水位等值線圖制作。

3.3 基于GIS技術(shù)的地面沉降研究

近年來，很多的領(lǐng)域中開始嘗試融入GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)更多的功能。尤其是在地面沉降的研究工作中，對于GIS技術(shù)的應(yīng)用越發(fā)深入。國內(nèi)外眾多學(xué)者在對“GIS技術(shù)應(yīng)用到地面沉降的分析工作”進(jìn)行研究時，經(jīng)常會處于不同的環(huán)境中，根據(jù)實(shí)際的環(huán)境情況來建立針對性的模型。在后來的實(shí)踐過程中，借助Mapinfo的二次開發(fā)工具M(jìn)apbasic來實(shí)現(xiàn)地面沉降，能夠?qū)崿F(xiàn)可視化操作。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，Mapbasic除了具有可視化處理的優(yōu)勢，還可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行即時查詢和處理。相信在未來科學(xué)不斷發(fā)展的大環(huán)境下，地面沉降分析將會朝著可視化方向發(fā)展，而GIS技術(shù)能夠?yàn)槠淇梢暬l(fā)展提供基礎(chǔ)的技術(shù)支撐，對于地面沉降研究領(lǐng)域有著重要的意義。

3.4 通過GIS技術(shù)建立水文水資源地理空間數(shù)據(jù)庫

對水文水資源建立空間數(shù)據(jù)庫，能夠借助該數(shù)據(jù)庫實(shí)時監(jiān)測地下水資源的狀況以及降水量的實(shí)況，掌握地域水資源變化，地理空間數(shù)據(jù)庫的建立需要借助GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)這些功能?；诖朔N情況，應(yīng)該對GIS技術(shù)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范，不斷強(qiáng)化地理空間數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)建設(shè)，在建設(shè)過程中，要具備水資源的相關(guān)特點(diǎn)，借助系統(tǒng)獲取到水文地質(zhì)的實(shí)時變化數(shù)據(jù)和準(zhǔn)確分析資料。

3.5 基于GIS技術(shù)的地下水模擬軟件應(yīng)用

在GIS技術(shù)的基礎(chǔ)上，融合地下水模型所研發(fā)出的模擬軟件能夠完成地下水?dāng)?shù)值模擬。常用的地下水?dāng)?shù)值模擬軟件如表1所示。在整個地下水的模擬過程中，主要涵蓋著前處理、模型計(jì)算以及后處理三部分，GIS在前處理和后處理過程中都發(fā)揮著極為重要的作用，不論是將模型系統(tǒng)嵌入GIS平臺，還是將GIS技術(shù)融入模型系統(tǒng)中，都能夠?yàn)榈叵滤臄?shù)值模擬提供有力支持。

表1 常用地下水?dāng)?shù)值模擬軟件

3.6 借助GIS技術(shù)對地下水水質(zhì)和污染物展開深入的研究

利用GIS技術(shù)來完成地下水的水質(zhì)評價工作，對水資源中的污染物進(jìn)行深入研究，建立專門的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)庫收集相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，屆時還可以借助GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能完成地下水的水質(zhì)評價。

4 GIS技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域的發(fā)展前景

4.1 真三維和四維可視化

當(dāng)前GIS技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域中的應(yīng)用，盡管能夠?qū)崿F(xiàn)三維可視化，但地下水的運(yùn)動狀態(tài)以及模型的運(yùn)行都是四維的，且在水文地質(zhì)領(lǐng)域中，應(yīng)用GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)真三維的案例非常少見。在未來的深入研究中，將會更多向四維可視化方向發(fā)展，這就需要借助專業(yè)軟件與GIS技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)真三維或四維可視化研究。

4.2 與人工智能相結(jié)合

隨著信息化技術(shù)的不斷深入研究，越來越多的行業(yè)開始走向信息化和智能化發(fā)展之路，人工智能是未來的發(fā)展大勢，如果能夠?qū)⑷斯ぶ悄芗夹g(shù)與GIS技術(shù)充分融合，便可以有效緩解人工操作壓力，降低人工操作的危險，提高工作效率和質(zhì)量。

4.3 “3S”一體化深入應(yīng)用

“3S”一體化指的是將GIS、GPS以及RS進(jìn)行綜合運(yùn)用，如今“3S”一體化已經(jīng)取得了良好的應(yīng)用效果，應(yīng)該進(jìn)一步深入研究，融入專家系統(tǒng)（ES）、虛擬技術(shù)（VR）以及決策支持（DSS）等先進(jìn)技術(shù)，建立綜合的管理評價系統(tǒng)，進(jìn)一步推動水文地質(zhì)工作的發(fā)展。

5 結(jié)束語

在我國的水文地質(zhì)領(lǐng)域，GIS技術(shù)的應(yīng)用還需不斷深入研究，其技術(shù)優(yōu)勢仍然可以繼續(xù)放大和延伸，這就需要相關(guān)的工作人員對GIS技術(shù)予以足夠的重視，將其與水文地質(zhì)工作充分結(jié)合，不斷提高工作效率。同時也要不斷探索新興技術(shù)的使用，讓水文地質(zhì)工作朝著科學(xué)、高效的方向發(fā)展。