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

杜 旋

（安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，安徽 合肥 230000）

GIS結(jié)合多學(xué)科知識，以地理、地圖學(xué)為基礎(chǔ)學(xué)科，基于計算機科學(xué)，綜合遙感技術(shù)，在多個領(lǐng)域可見其應(yīng)用。利用GIS可高效率處理地理相關(guān)數(shù)據(jù)，完成對數(shù)據(jù)的分析和展示等。GIS是空間信息的整合處理工具，客觀現(xiàn)象和事件可被其記錄成圖，結(jié)合數(shù)據(jù)分析，利用地圖的視覺化效果，分析地理數(shù)據(jù)，支持信息查詢與相關(guān)信息的統(tǒng)計分析。

1 GIS技術(shù)概述

1.1 概念

GIS技術(shù)是利用專業(yè)軟件和計算機硬件，獲取空間地理信息，編輯并存儲數(shù)據(jù)，供需要時隨時調(diào)取查詢，支持計算和管理所存儲信息，還可通過制圖處理顯示信息，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，且進展迅速。GIS技術(shù)被應(yīng)用于城市規(guī)劃、土木工程、地理測繪等，國土資源管理也會應(yīng)用GIS的測繪遙感技術(shù)[1]。

1.2 發(fā)展現(xiàn)狀

水文地質(zhì)研究受多維度因素影響，地球運動影響水文地質(zhì)，地質(zhì)地貌對其有干預(yù)作用，土壤狀態(tài)、地表植物覆蓋都是客觀影響因素，此外，人類活動也對水文地質(zhì)研究產(chǎn)生影響作用，以上因素皆為實際影響因素。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、實用性強的技術(shù)支持，在既往研究中，研究者進行多方向嘗試尋求技術(shù)創(chuàng)新，數(shù)學(xué)建模和計算機技術(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，收集、處理、存儲、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，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[2]。

2 在水文地質(zhì)中的應(yīng)用

2.1 水災(zāi)預(yù)防

GIS在水災(zāi)預(yù)防方面體現(xiàn)了其應(yīng)用價值，防洪救災(zāi)使用災(zāi)難管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可存儲過往水災(zāi)信息樣本，基于樣本分析，總結(jié)過往經(jīng)驗和水文地質(zhì)發(fā)展趨勢，預(yù)測未來洪災(zāi)。災(zāi)難管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)整合時間、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。數(shù)據(jù)可靠性對水災(zāi)預(yù)防而言至關(guān)重要，但當(dāng)前信息精準程度有待提升。增強GIS應(yīng)用性，提升其水災(zāi)預(yù)防水平，對防洪抗災(zāi)意義重大，可降低水災(zāi)造成的經(jīng)濟損失，減少水災(zāi)傷亡。GIS技術(shù)優(yōu)化以后，精準的數(shù)據(jù)信息有助于分析水土現(xiàn)狀，針對性調(diào)節(jié)水土流失問題，預(yù)測未來水災(zāi)，提前加以防范。GIS技術(shù)在當(dāng)前應(yīng)用中預(yù)測準確性尚不完善，利用GIS技術(shù)確定水災(zāi)發(fā)生概率較高后，評價所預(yù)測水災(zāi)的嚴重性，明確水災(zāi)等級和影響范圍，有利于制定更詳細和實用性的防災(zāi)抗災(zāi)計劃。對于已發(fā)生的水災(zāi)，通過災(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)生過程以及當(dāng)前災(zāi)情局勢，通過技術(shù)仿真輔助研究工作，尋求最優(yōu)應(yīng)對策略，體現(xiàn)GIS技術(shù)對水災(zāi)防控的積極影響。

2.2 水資源管理

水資源是關(guān)系生存發(fā)展的核心資源，在實際管理中，利用GIS技術(shù)，可控制水資源開發(fā)過程，保證科學(xué)開發(fā)，避免開發(fā)過度。地下水管理應(yīng)加強GIS技術(shù)應(yīng)用，促進技術(shù)結(jié)合，基于地下水信息創(chuàng)建模型，在建模過程中，離不開GIS信息采集和信息處理技術(shù)，綜合GIS技術(shù)，可客觀全面地了解地下水資源現(xiàn)狀，評估資源開發(fā)可能性，制定開發(fā)方案。在GIS技術(shù)輔助下，可科學(xué)構(gòu)建地下水資源信息系統(tǒng)，彌補地下水管理系統(tǒng)應(yīng)用中的缺陷，增強系統(tǒng)完善性，使水資源管理效率提升、質(zhì)量優(yōu)化。

2.3 水位線圖繪制

采用GIS技術(shù)，可根據(jù)采集的地下水信息通過繪制手段顯示水位線情況，為水文地質(zhì)研究者提供水位線圖，以供研究使用。GIS繪制地下水位線圖的過程與工程建模仿真相似，所用模型為系統(tǒng)中的TIN模型，通過建模，地下水位等值線可通過圖表形式直觀顯示在研究者面前，分析仿真建模，可深入了解地下水當(dāng)前狀態(tài)。在其應(yīng)用中，應(yīng)加強實時控制，了解地下水位的動態(tài)變化，根據(jù)水位變化趨勢采取措施，調(diào)節(jié)水資源。在GIS使用時，也可使用GRD建模，此種建模手段是以規(guī)則間距數(shù)據(jù)點為信息依據(jù)，與TIN建模各有優(yōu)勢，綜合運用TIN建模和GRD建模，力求優(yōu)勢互補，可提升建模水平，體現(xiàn)GIS的優(yōu)質(zhì)應(yīng)用價值[3]。

2.4 地面沉降監(jiān)測

地面沉降是GIS技術(shù)當(dāng)前關(guān)注的問題之一，并且在尋求該項技術(shù)突破，側(cè)面說明GIS技術(shù)在水文地質(zhì)研究中的應(yīng)用地位。地面沉降研究結(jié)合GIS技術(shù)，建立了預(yù)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)以Arc為平臺支持，所用開發(fā)工具為Map-basicD，可分析地面沉降發(fā)展趨勢，是具有可視化處理性能的應(yīng)用。通過該預(yù)測系統(tǒng)，模擬分析地面沉降情況，可直觀觀測地面、水面的影響細節(jié)，詳細展示管理態(tài)勢，輔助制定地面沉降干預(yù)措施。

2.5 水質(zhì)評價

結(jié)合GIS技術(shù)，還可評價地下水質(zhì)量，分析地下水中的污染物構(gòu)成情況。評價地下水水質(zhì)時，對信息需求量較高，必須配合科學(xué)分析，綜合多方信息，進行整體評估。GIS系統(tǒng)的核心功能之一即為信息采集，在系統(tǒng)內(nèi)完成信息集成，該功能與地下水評價系統(tǒng)功能具有相關(guān)性，兩系統(tǒng)對接后，水質(zhì)監(jiān)測和污染物分析開展難度降低，GIS技術(shù)也可在地下水監(jiān)測中得到更多應(yīng)用。系統(tǒng)設(shè)計者以圖形管理為技術(shù)研究出發(fā)點，構(gòu)建水質(zhì)評價模型，綜合評估地下水情況，判斷水質(zhì)水平，分析污染物含量和構(gòu)成，通過此種方式，提升水質(zhì)評價可靠性，促進技術(shù)結(jié)合，豐富水質(zhì)評價方法。

2.6 地下水保護

在諸多資源中，地下水資源是我國予以重點保護的資源，關(guān)于其保護方法的探討和研究從未止步，為環(huán)保核心課題之一。利用GIS技術(shù)，可將水源劃分為不同區(qū)域，根據(jù)區(qū)域特點開展保護活動。對于污染物數(shù)量多、水質(zhì)敏感度高的區(qū)域，采取強效措施，給予更多關(guān)注。基于GIS技術(shù)，構(gòu)建完善性更強的地下水水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，動態(tài)監(jiān)控水資源，在保護水資源中具有明顯的正向影響。

3 當(dāng)前技術(shù)局限

GIS技術(shù)應(yīng)用于水文管理中，技術(shù)并未完善，部分技術(shù)缺陷有待優(yōu)化。收集和處理技術(shù)時，該技術(shù)捕捉和顯示的信息并非完全精準，數(shù)據(jù)缺少標準化管理。國家標準雖為GIS建模提供指導(dǎo)，但不足以為建模提供準確參數(shù)支持。信息共享也是限制水文地質(zhì)領(lǐng)域GIS應(yīng)用的核心問題，目前相關(guān)政策法規(guī)在地理信息共享方面仍需完善，而此問題需要通過體制改革的方式解決，最終滿足技術(shù)對地理信息共享的需求。技術(shù)平臺方面，當(dāng)前平臺規(guī)模普遍較小，同時相關(guān)組件技術(shù)滯后，缺少創(chuàng)新性。GIS技術(shù)對遙感技術(shù)應(yīng)用仍有較大發(fā)展空間，集成技術(shù)和建模技術(shù)的結(jié)合性有待加強，可視化水平在一些細節(jié)工作中無法滿足精細化需要，仿真效果較低。此外，GIS技術(shù)應(yīng)用所必需的信息標準化以及信息共享方面，也有待完善[4]。

4 應(yīng)用優(yōu)化策略與未來展望

GIS技術(shù)發(fā)展必須適應(yīng)水文地質(zhì)需要，實現(xiàn)發(fā)展同步。水文地質(zhì)研究也可為GIS技術(shù)發(fā)展提供支持，二者具有發(fā)展需求和利益上的一致性，應(yīng)促進二者協(xié)同發(fā)展。從GIS技術(shù)角度而言，優(yōu)化自身技術(shù)，提升應(yīng)用價值，是其在水文地質(zhì)領(lǐng)域應(yīng)用和發(fā)展的主要思路。

4.1 信息標準化

在GIS技術(shù)發(fā)展中，核心要素是信息交流和數(shù)據(jù)共享。國家建立了部分試點，探討數(shù)據(jù)標準化和信息共享的解決方案，可見一定成效，然而與GIS技術(shù)發(fā)展要求相比，數(shù)據(jù)交流共享工作仍然任重道遠。在具體工程應(yīng)用中，GIS通常分析具體事件，針對性滿足信息分析管理等需求，此種工作要求高水準的信息標準化，以及充分的共享支持，在系統(tǒng)開發(fā)中，應(yīng)加強完善標準規(guī)范。

4.2 集成建模技術(shù)

GIS集成、建模是水文地質(zhì)系統(tǒng)中的重要應(yīng)用，需要多系統(tǒng)支持，集成技術(shù)與建模技術(shù)契合度越高，解決問題的能力越強，對水文地質(zhì)應(yīng)用中的影響力也就越大。建模需要準確的參數(shù)支持，集成技術(shù)可收集數(shù)據(jù)并處理數(shù)據(jù)，提供參數(shù)支持，集成建模技術(shù)一致性對GIS在水文地質(zhì)領(lǐng)域中的應(yīng)用影響較大，應(yīng)增強二者統(tǒng)一性，促進領(lǐng)域發(fā)展。

4.3 可視化建設(shè)

為適應(yīng)水文地質(zhì)領(lǐng)域的研究需求，GIS的可視化建設(shè)仍需加強。三維軟件和四維軟件是未來可視化的開發(fā)方向，應(yīng)加強三維可視化和四維可視化的理論探討，促進概念對接，助力研究工作，推動可視化研究發(fā)展。在工程仿真中，建模仿真具有關(guān)鍵性地位，是主要環(huán)節(jié)，高水平的建模仿真技術(shù)，可增強工程的可行性，使工程具有更可靠的理論依據(jù)。GIS技術(shù)應(yīng)用于水文地質(zhì)中時，應(yīng)大力開發(fā)建模軟件，為該領(lǐng)域可視化研究提供技術(shù)支持，促進水文地質(zhì)研究推進。

4.4 結(jié)合RS技術(shù)

RS技術(shù)即遙感技術(shù)，綜合使用 RS技術(shù)，對發(fā)展GIS柵格數(shù)據(jù)具有積極影響，應(yīng)加強GIS和RS的綜合應(yīng)用，利用RS技術(shù)和GIS技術(shù)的柵格技術(shù)高度一致性，促進GIS技術(shù)提升。研究水文地質(zhì)時，此種柵格技術(shù)和地下水離散網(wǎng)格一致性較強，結(jié)合應(yīng)用可能性較高（見圖1）。與此同時，RS技術(shù)具有實時動態(tài)信息顯示的突出優(yōu)勢，利用此優(yōu)勢，可對地下水管理系統(tǒng)進行準確監(jiān)測，判斷其發(fā)展趨勢，對地下水研究中的數(shù)值模型研究意義深遠。

圖1 GIS技術(shù)應(yīng)用

5 結(jié)論

綜上所述，在GIS技術(shù)支持下，水文地質(zhì)相關(guān)研究進展迅速，此類應(yīng)用顯示GIS技術(shù)在該領(lǐng)域的實際應(yīng)用價值。在水文地質(zhì)研究中，GIS技術(shù)功不可沒，GIS以其技術(shù)優(yōu)勢，輔助地下水質(zhì)量監(jiān)測、研究，為地下水保護提供助力，可作為資源戰(zhàn)略布局的技術(shù)支持。系統(tǒng)化建設(shè)GIS技術(shù)，構(gòu)建實時管理模式，發(fā)展可視化建模技術(shù)，可使GIS成為實用性更強的水文地質(zhì)研究工具，促進多領(lǐng)域協(xié)同發(fā)展。