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

任 偉

經(jīng)濟的快速發(fā)展，各種不同類型先進技術(shù)手段在各領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍相對比較廣，目前地下水在各領(lǐng)域中的應(yīng)用受到人們廣泛關(guān)注和重視。特別是在農(nóng)業(yè)灌溉用水中具有實質(zhì)性意義，但是由于近年來地下水資源的過渡開采，以及其自身呈現(xiàn)出這一系列特點，有時經(jīng)常會出現(xiàn)沼澤化以及巖漬化等諸多問題。地下水資源的過度開采，會導(dǎo)致地面沉降等諸多災(zāi)害的發(fā)生，對于環(huán)境的保護也會造成不良影響，甚至?xí)绊懙絿医?jīng)濟的建設(shè)和發(fā)展?；诖耍谒牡刭|(zhì)工作實施過程中，以GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)有針對性的改革和創(chuàng)新，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)有諸多問題的妥善處理，以此來推動水文地質(zhì)的穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展。

1 GIS技術(shù)

GIS技術(shù)，是融合了計算機技術(shù)、測繪技術(shù)和地理技術(shù)的一種空間信息系統(tǒng)，以地理空間為基礎(chǔ)，采集、分析、處理地理信息，為相關(guān)研究工作提供空間和動態(tài)的地理信息，GIS技術(shù)能夠?qū)⒈砀駭?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為地理圖形。GIS技術(shù)應(yīng)用范圍較為廣泛，可以應(yīng)用到水文地質(zhì)領(lǐng)域中，幫助水文地質(zhì)工作進行信息數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。地理信息系統(tǒng)處理的對象包括空間定位數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、遙感圖像數(shù)據(jù)等。GIS技術(shù)具有數(shù)據(jù)綜合、模擬與分析評價能力，能夠?qū)崿F(xiàn)地理空間過程演化的模擬和預(yù)測。

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

水文地質(zhì)工作流程眾多、內(nèi)容復(fù)雜，而將GIS技術(shù)應(yīng)用到水文地質(zhì)領(lǐng)域中，能夠采集、處理海量的水文地質(zhì)信息，提高水文地質(zhì)研究的質(zhì)量和效率，促進水文地質(zhì)工作的深入發(fā)展，因此水文地質(zhì)領(lǐng)域工作需要GIS技術(shù)的支持。

當(dāng)前GIS技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，而由于水文地質(zhì)工作環(huán)節(jié)復(fù)雜，涉及較多的利益環(huán)節(jié)，應(yīng)該對水文地質(zhì)工作的各個環(huán)節(jié)進行系統(tǒng)化管理。而借助GIS技術(shù)可以幫助水文地質(zhì)工作進行有效管理和深入開展，GIS技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合，能夠科學(xué)處理水文地質(zhì)模型，避免出現(xiàn)信息錯誤、數(shù)據(jù)偏差等問題。GIS技術(shù)能夠建立評測模型，繪制地下水的等級圖，觀察水質(zhì)變化情況。GIS技術(shù)貫穿水文地質(zhì)工作的各個流程，能夠推動水文地質(zhì)工作的進一步實施。

3 GIS技術(shù)在水文地質(zhì)中的應(yīng)用局限性

GIS技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域中的應(yīng)用，現(xiàn)有諸多技術(shù)并不是很完善，存在部分缺陷問題需要在實踐中進行不斷完善和優(yōu)化。在收集以及處理技術(shù)的選擇和應(yīng)用中，該技術(shù)能夠顯示出來的信息并不是很完善，缺少標(biāo)準(zhǔn)化管理。目前雖然現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)為GIS建模提供可靠依據(jù)作為支持，但是無法為建模提供可靠的數(shù)據(jù)參數(shù)作為保障。在信息共享方面，對于水文地質(zhì)領(lǐng)域的GIS技術(shù)應(yīng)用問題也會造成一系列的限制影響，現(xiàn)階段相關(guān)政策以及法律法規(guī)等，必須要在實踐中得到不斷完善和優(yōu)化，這樣才能夠?qū)⒐芾眢w制在其中的作用和價值充分發(fā)揮出來，滿足目前技術(shù)對地理信息共享提出的個性化需求。在技術(shù)平臺構(gòu)建和應(yīng)用中，現(xiàn)階段的整個平臺規(guī)模普遍比較小，現(xiàn)有諸多組件技術(shù)過于滯后，缺少創(chuàng)新性特點。GIS技術(shù)在應(yīng)用時，對于遙感技術(shù)的整體應(yīng)用空間相對比較大，建模技術(shù)以及集成技術(shù)相互之間的有效結(jié)合，要在實踐中進行完善和優(yōu)化，這樣才能夠保證精細化管理工作的全面有序開展，促使仿真效果得到提升。

4 GIS技術(shù)在水文地質(zhì)中的應(yīng)用

4.1 GIS 技術(shù)在水災(zāi)預(yù)防中的應(yīng)用

GIS在現(xiàn)代化水災(zāi)預(yù)防體系的構(gòu)建和應(yīng)用中具有實質(zhì)性意義，結(jié)合目前各地區(qū)防洪抗汛辦公室所使用的信息化管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)與GIS技術(shù)之間的高效結(jié)合。結(jié)合過去水災(zāi)總結(jié)中提出的一系列資料以及數(shù)據(jù)等，可以直接將現(xiàn)有諸多材料信息全部都儲存在對應(yīng)數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，將其作為抗洪救災(zāi)分析時的重要來源。這樣不僅能夠?qū)ぷ魅藛T分析過去的抗洪防汛經(jīng)驗提供便利條件，而且能夠推動整個水文地質(zhì)的穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展，將其作為區(qū)域范圍內(nèi)在預(yù)測時的重要參考依據(jù)。相關(guān)部門對信息化管理系統(tǒng)進行構(gòu)建和應(yīng)用時，要結(jié)合管理以及決策管理中提出的一系列要求，促使其可以實現(xiàn)有效融合，在保證數(shù)據(jù)信息具有決定性的同時，能夠促使工作人員的決策業(yè)務(wù)處理水平得到有效提升。根據(jù)GIS技術(shù)在提出和應(yīng)用時的基本原則，對施工現(xiàn)場的地貌以及圖紙數(shù)據(jù)等展開深入分析，保證定位的準(zhǔn)確性和有效性，這樣才能夠?qū)Ψ弦蟮膽?yīng)對方案進行編制和落實。GIS技術(shù)與信息化管理系統(tǒng)之間的高效結(jié)合，能夠保證系統(tǒng)得到不斷完善和優(yōu)化，為工作人員在整個轄區(qū)范圍內(nèi)與水土情況的分析提供便利條件。對于可能會出現(xiàn)的水土流失等問題進行及時有效防范處理，GIS技術(shù)在水災(zāi)預(yù)防體系的構(gòu)建和應(yīng)用中，能夠體現(xiàn)出其自身的層次化決策作用。結(jié)合GIS系統(tǒng)可以對水災(zāi)區(qū)域范圍內(nèi)出現(xiàn)的一系列現(xiàn)象進行分析，對管理體系進行構(gòu)建和落實，同時對整個轄區(qū)范圍內(nèi)的災(zāi)情進行有效管控，這樣才能夠達到良好的防控效果。

4.2 GIS 技術(shù)在水資源管理中的應(yīng)用

GIS技術(shù)與水資源管理之間的高效結(jié)合，可以將其應(yīng)用優(yōu)勢特點體現(xiàn)在各方面，特別是在水資源開發(fā)中，對GIS技術(shù)進行合理利用、有效管理和控制。對水資源進行有效開發(fā)的同時，能夠保證水資源整體利用得到提升，地下水管理體系結(jié)構(gòu)進行應(yīng)用時，要結(jié)合目前GIS技術(shù)提出的一系列要求，這樣才能夠保證其建模思想優(yōu)勢特點充分發(fā)揮出來。對地下水環(huán)境展開有針對性的建模處理，保證地下水資源開發(fā)方案在編制和實施過程中的有效性和針對性，滿足該方案實施提出的一系列要求。根據(jù)GIS技術(shù)在應(yīng)用時的特點，對地下水資源涉及到的諸多信息進行全方位有效收集和處理，幫助工作人員以更加直觀的方式對整個轄區(qū)范圍內(nèi)地下水資源的具體分布情況進行直觀掌握和了解。對傳統(tǒng)地下水管理中存在的不足問題進行有效處理，在保證決策具有一定精準(zhǔn)性的同時，可以促使地下水資源整體利用率得到提升，保證水資源管理工作的全面有序開展。

4.3 GIS 技術(shù)在水位線圖繪制中的應(yīng)用

水位線繪制可以被看作是某些地下水管理體系在構(gòu)建和實施過程中非常重要的組成部分，根據(jù)GIS技術(shù)在應(yīng)用時的特點和要求，技術(shù)人員可以對地下水位線進行準(zhǔn)確繪制，保證水位線圖的高質(zhì)量，為各項工作的全面有序開展提供可靠依據(jù)作為支持。以GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，對水位線圖進行繪制時，要對建模思想進行合理利用，主要是以TIN和CRD建模方式為主，對TIN模型進行構(gòu)建和利用時，要對地下水位線的具體變化形式展開綜合分析，將線圖方式作為基礎(chǔ)，這樣能夠以更加直觀的方式呈現(xiàn)出來。通過對其具有仿真性特點建模手段的合理利用，能夠幫助工作人員對地下水位的變動情況有更加深刻的認(rèn)識和了解。在地下水位動態(tài)變化的影響下，可以對地下水位實施方案進行編制和落實，針對地下水位呈現(xiàn)出的一系列異常情況進行及時有效反饋，保證水資源得到及時有效調(diào)整，促使自身能夠處于正常狀態(tài)。CRD建模是GIS技術(shù)在應(yīng)用時的重要組成部分，與TIN建模之間能夠?qū)崿F(xiàn)有效互補，保證建模效果得到強化，這樣才能夠?qū)IS技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢特點充分體現(xiàn)出來。

4.4 GIS 技術(shù)在地面沉降監(jiān)測中的應(yīng)用

由于目前地下水資源的過度開采等因素影響，導(dǎo)致地面沉降問題發(fā)生率相對比較高，為了實現(xiàn)對該問題的有效規(guī)避，以GIS 技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠針對地面沉降的相關(guān)問題進行有效處理。由此可以看出，地面沉降監(jiān)測在實施過程中，可以將GIS 技術(shù)在其中的作用和價值充分發(fā)揮出來。現(xiàn)階段地面沉降監(jiān)測體系的構(gòu)建和應(yīng)用時，可以對GIS 技術(shù)進行合理應(yīng)用，該技術(shù)無論是在沉降預(yù)測或者預(yù)防方案編制等各方面，都能夠?qū)⑵渥陨淼淖饔煤蛢r值充分體現(xiàn)出來。特別是在地質(zhì)部門應(yīng)用預(yù)防地面沉降信息化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可以幫助工作人員對地面沉降幅度以及趨勢等進行及時有效預(yù)測，保證預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。該系統(tǒng)主要是在Arc 平臺和Map-basic 語言開發(fā)基礎(chǔ)上進行有效推進，對未來一段時間范圍內(nèi)地面沉降的整體發(fā)展趨勢進行科學(xué)合理的預(yù)測和分析。對符合要求的地面沉降方案進行編制和落實，這樣才能夠從多個角度出發(fā)實現(xiàn)對地面沉降問題的有效規(guī)避。預(yù)防沉降系統(tǒng)在構(gòu)建和實施過程中，要結(jié)合GIS 技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，以此來體現(xiàn)出沉降預(yù)防體系的可視化作用。對專業(yè)性的軟件平臺進行合理利用，這樣能夠針對地面沉降預(yù)防情況進行科學(xué)合理的模擬處理。針對影響地面以及水面的諸多要素進行客觀合理判斷，對符合要求的地面沉降體系進行構(gòu)建和落實，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)對地面沉降問題的有效預(yù)防。

4.5 GIS 技術(shù)在水質(zhì)評價中的應(yīng)用

現(xiàn)階段在整個地下水質(zhì)量評價體系構(gòu)建和實施過程中，可以實現(xiàn)與GIS技術(shù)之間的有效結(jié)合。地下水污染治理本身具有一定復(fù)雜性特點，所以要對水質(zhì)當(dāng)中是否存在嚴(yán)重污染物等進行客觀合理判斷，對污染物的類型以及含量進行確定，同時要對地下水質(zhì)量評價展開綜合分析，保證各種不同類型的標(biāo)準(zhǔn)能夠落實到實處。相關(guān)部門需要投入大量精力，才能夠保證地下水質(zhì)量評價工作的全面有序開展。由此可以看出，在水質(zhì)評價體系構(gòu)建和實施過程中，會涉及到的數(shù)據(jù)信息相對比較多，同時對數(shù)據(jù)信息的處理要求越來越高。為了實現(xiàn)該目標(biāo)，以GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠保證地下水?dāng)?shù)據(jù)采集工作的全面有序開展，提高采集效率以及質(zhì)量。通過對智能化系統(tǒng)的合理利用，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)集成分析處理，這樣能夠保證整個地下水平價體系在構(gòu)建和應(yīng)用時的規(guī)范化以及高效化。結(jié)合目前水質(zhì)評價工作展開現(xiàn)狀，通過對GIS技術(shù)的合理利用，能夠?qū)λ|(zhì)的具體情況進行更加直觀的掌握和了解，同時以智能化系統(tǒng)為基礎(chǔ)，保證各種不同類型的專業(yè)化數(shù)據(jù)分析工具可以得到合理利用，促使數(shù)據(jù)分析效率以及質(zhì)量得到提升。對水質(zhì)評價方案的編制和落實，這樣才能夠保證水質(zhì)污染物分析精準(zhǔn)度得到提升，以此來保證水質(zhì)評價工作的全面有序開展。

4.6 GIS 技術(shù)在地下水保護中的應(yīng)用

GIS系統(tǒng)在構(gòu)建和具體應(yīng)用中，尤其是在地下水水質(zhì)探測中可以實現(xiàn)合理利用，整個應(yīng)用過程相對比較完善，地下水保護工作也是目前我國水資源開發(fā)和利用時的重中之重。在地下水資源保護中，要將GIS技術(shù)的應(yīng)用作用充分發(fā)揮出來，這樣不僅有利于對地下水流量進行準(zhǔn)確有效的監(jiān)測和分析，而且還可以對其受污染程度進行判斷。以該技術(shù)為基礎(chǔ)，對符合要求的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系進行構(gòu)建和利用，為地下水資源污染調(diào)查提供可靠依據(jù)作為支持。

5 GIS技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域的未來發(fā)展趨勢

5.1 信息標(biāo)準(zhǔn)化

GIS技術(shù)在應(yīng)用過程中，其重點是在數(shù)據(jù)信息的處理方面，要針對施工現(xiàn)場設(shè)計到的諸多數(shù)據(jù)信息展開精準(zhǔn)的采集以及共享，保證數(shù)據(jù)自身的應(yīng)用作用和價值充分發(fā)揮出來。目前我國在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化以及共享化等各方面的探索相對比較深，對于數(shù)據(jù)信息的標(biāo)準(zhǔn)化實施可以起到良好的推動效果。但是目前應(yīng)用時，對于數(shù)據(jù)信息的標(biāo)準(zhǔn)化要求普遍比較高，現(xiàn)有眾多標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)和應(yīng)用無法滿足實際要求。比如GIS 技術(shù)在具體實踐分析中的應(yīng)用，要保證其能夠針對現(xiàn)場采集到的各種數(shù)據(jù)進行及時有效的分析和處理，整個過程對數(shù)據(jù)的重視程度普遍比較高，要保證數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)能夠落實到實處，這樣才能夠為數(shù)據(jù)的公開以及共享等打下良好基礎(chǔ)。所以在后續(xù)GIS系統(tǒng)的開發(fā)以及利用中，要對符合要求的高標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)規(guī)范體系等進行構(gòu)建和落實，這樣才能夠滿足GIS在數(shù)據(jù)方面提出的基本需求。

5.2 集成建模

GIS技術(shù)在水文地質(zhì)中的應(yīng)用，尤其在建模方面的應(yīng)用優(yōu)勢特點相對比較明顯。在實施過程中，可以深入到施工現(xiàn)場內(nèi)部，對現(xiàn)場環(huán)境進行分析，以高質(zhì)量建模的方式，為工作人員分析實際情況提供參考依據(jù)。高質(zhì)量建模的根本目的是為了實現(xiàn)與集成技術(shù)之間的有效連接，促使集成技術(shù)與建模之間可以形成一定的結(jié)合關(guān)系，以此來保證GIS建模的專注度以及精準(zhǔn)度得到有效提升。對模型進行購價和具體應(yīng)用中，可以將模型在應(yīng)用時的價值等體現(xiàn)出來，同時對水文工作中相對比較復(fù)雜的問題進行妥善處理。在水文工作中，有利于將其自身的應(yīng)用作用和價值充分發(fā)揮出來，對參數(shù)進行選擇和利用，可以被看作是水文建模中的重中之重，結(jié)合集成技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢特點，有利于保證數(shù)據(jù)收集以及分析的精確性得到提升，為GIS建模工作的有序開展提供保證。

5.3 結(jié)合遙感技術(shù)

GIS技術(shù)與遙感技術(shù)之間的有效結(jié)合，可以將GIS技術(shù)在水文地質(zhì)中的應(yīng)用作用和價值體現(xiàn)出來。兩者之間的高效結(jié)合，具有一致性特征，對GIS技術(shù)中的格柵體系可以起到良好的改善和優(yōu)化效果，促使GIS 技術(shù)在應(yīng)用時的精細化水平得到有效提升，強化其應(yīng)用性能。比如在水文地質(zhì)工作開展中，對地下水離散網(wǎng)格進行科學(xué)合理的構(gòu)建和利用，實現(xiàn)與GIS格柵技術(shù)之間的有效結(jié)合。對現(xiàn)場環(huán)境的格柵化處理情況進行客觀分析，保證其應(yīng)用性能得到完善和優(yōu)化。對遙感技術(shù)進行選擇和利用時，要結(jié)合遙感技術(shù)在地下水資源動態(tài)監(jiān)測方面的優(yōu)勢特點，這樣不僅有利于為工作人員提供便利條件，而且還可以保證水資源的分布具有科學(xué)性、合理性。

5.4 可視化建設(shè)

水文地質(zhì)工作可視化技術(shù)有待進一步提高。水文地質(zhì)工作大多采用二維建模機制，應(yīng)用GIS 技術(shù)實現(xiàn)真三維的案例較少,水文地質(zhì)工作立體化效應(yīng)不足，因此要將水文地質(zhì)領(lǐng)域的研究與可視化相結(jié)合。地下水的運動狀態(tài)以及模型的運行都是四維的,因此在未來的水文地質(zhì)研究中，可以向四維可視化方向發(fā)展,使得水文地質(zhì)工作與GIS 技術(shù)的結(jié)合方向呈現(xiàn)三維或更多維度，借助專業(yè)軟件與GIS 技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)更高層次、更高質(zhì)量的建模，為相關(guān)人員提供更科學(xué)合理的決策方案，從而提升水文地質(zhì)工作的立體化效應(yīng)，實現(xiàn)真三維或四維可視化研究，提高水文地質(zhì)工作的可行性。

5.5 “3S”一體化深入應(yīng)用

“3S”一體化指的是將GIS、GPS以及RS進行綜合運用，單獨運用3S中的任何一種技術(shù)往往無法滿足一些水文地質(zhì)工作的需要，要綜合利用這三項技術(shù)的優(yōu)勢，彌補彼此的不足，才能提高水文地質(zhì)觀測、信息處理、分析模擬的能力?！?S”一體化應(yīng)該融入專家系統(tǒng)(ES)、虛擬技術(shù)(VR)以及決策支持(DSS)等先進技術(shù)，建立綜合的管理評價系統(tǒng)，為水文地質(zhì)資源的開發(fā)提供科學(xué)可靠的依據(jù)，進一步推動水文地質(zhì)工作的發(fā)展。目前3S系統(tǒng)還存在許多不足之處，因此要進行深入地研究和建設(shè)，促進3S一體化技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

6 結(jié)語

GIS技術(shù)在目前水文地質(zhì)領(lǐng)域中的應(yīng)用具有非常重要的影響和作用，不僅有利于對現(xiàn)有諸多工作提供便利條件以及可參考數(shù)據(jù)信息，而且還可以保證地下水勘察工作的有序開展，為勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性提供保證，以此來實現(xiàn)水資源的有效保護。