GIS在地下水監測、管理中的應用

張曉環

(西北大學 城市與環境學院，陜西 西安 710127)

GIS在地下水監測、管理中的應用

張曉環

(西北大學 城市與環境學院，陜西 西安 710127)

GIS當前處入快速發展時期，隨著軟件、硬件、網絡等的換代更新，將更好地應用于各行各業。針對地下水監測、管理工作過程中，所涉及的信息很大一部分都與空間相關，綜合闡述GIS在地下水監測、管理中的應用。

地下水;GIS管理

地下水監測是系統獲得第一手水文地質信息的有效手段，在地下水管理中具有不可替代的作用［1］。而不同的監測數據來自不同的觀測系統、監測手法，具有來源復雜、格式多樣、尺度不同等特點，因此，采用先進的技術平臺對監測數據進行管理存儲、管理、更新與有效的分析是解決以上問題的關鍵。

GIS技術在國外發展于本世紀60年代，我國則始于80年代，經過了幾十年的發展，現已步入快速發展階段。它是在計算機硬、軟件系統支持下，對地理數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。地理信息系統處理、管理的對象是多種地理空間實體數據及其關系，包括空間定位數據、圖形數據、遙感圖像數據、屬性數據等，用于分析和處理在一定地理區域內分布的各種現象和過程，解決復雜的規劃、決策和管理問題［2］。

1 GIS在地下水監測上的應用

對地下水的有多方面的監測，張周平等人應用GIS實現了對地面沉降與地下水位的監測，以SuperMap作為開發平臺，采用ORACLE公司的ORACLE數據庫與 SuperMap SDB數據引擎，在此基礎上進行二次開發，實現地面沉降與地下水位動態監測的科學化和自動化管理［3］;ESRI建立了地下水地理信息系統，管理有害物質對加州地下水的污染;王旭東等人運用ArcGIS、數據庫技術和水質評價模型建立天津市地下水環境質量評價系統，實時動態對地下水質污染狀況進行監測并預測發展趨勢，做得控制污染源［4］。戴長雷等人，選擇應用軟件開發工具 Visual Basic 6.0、數據庫設計工具Microsoft SQL Sever 2000、組件式 GIS應用開發工具 MapObjects設計了基于GIS的地下水監測管理信息系統(GMSMIS)，能夠以信息共享模式提供地下水監測信息的統計、分析、查詢等信息服務，運用圖表、文字、圖形等方法使監測信息更直觀化、形象化，進而進一步規范地下水資源優化調度和日常管理，為評價、管理和決策提供信息基礎平臺［5］。

2 GIS在地下水管理上的應用

EL.Kai等人將GIS作為模型外殼，建立二維數值模擬模型，用于數據管理和模型的前后處理;Maidment應用GIS做了比利時Voer流域的降水和徑流相關情況的空間分析，為該流域的地表水與地下水的聯合調度與管理提供了可靠的科學依據［6］;K.E.Kenneth在 GIS環境下，建立了地下水勘探開發、模擬、評價與管理系統［7］;武強等研究開發了以 Mapinfo為平臺的塔里木盆地地下水資源管理系統［8］;戴長雷等人開發了基于地下水信息管理系統分析［9］;楊旭等人采用組建式GIS技術，從系統結構、系統功能、數據庫結構、集成方式等方面完成了地下水動態管理系統的設計，實現了地下水動態管理［10］。陳佩佩等人基于GIS技術開發的徐州市地下水資源信息系統，為地下水資源管理決策者提供了方便快捷的現代化管理工具［11］;丁尚起等人采用 GIS，.NET和3D技術建立了塘沽地下水資源管理系統，實現了地下水相關資料的管理、查詢、分析以及輔助決策和三維展示功能［12］。

3 GIS在地下水監測、管理應用原理

GIS是一個技術手段并非追求目標，以通過GIS實現對地下水的監測、管理。GIS是一門學科也是一門技術，同時還是一個復雜的系統工程。GIS在地下水監測、管理上的應用主要是利用GIS的關鍵技術(GIS軟件平臺、二次開發平臺)、空間數據庫技術或GIS相關理論、理念等，設計、定制與開發一個管理系統，對地下水進行監測與管理。

3.1 獲取監測數據

利用GIS對地下水領域的監測與管理需要獲取地下水監測數據，包括空間數據與屬性數據。首先確定監測區與監測內容，布設監測網點，提取監測信息，有動態監測信息與非動態監測信息，形成監測點的空間數據，帶有明確坐標系下的坐標值、唯一標識碼，并錄入到監測點所對應的點要素的屬性表中以便進行空間分析與處理。

3.2 數據庫的建立

將監測數據通過數據庫技術對其進行錄入，可采用關系型數據庫對其進行存儲管理。監測數據是大量與空間地理位置相關聯的數據，并非單純的屬性數據，因此，目前較多系統二次開發采用ORACLE進行管理，并基于ArcGIS的空間數據庫引擎(ArcSDE)對監測數據進行管理。是否需要采取海量數據庫引擎需根據數據量及分布情況再另行考慮(特定監測區的監測網點數量、內容);并對不同用戶對數據庫訪問設置不同權限，以保證數據的安全性與一致性。

3.3 監測、管理系統的研發、定制

開發語言可選擇VB，也可選用VC或其他的語言，并基于ArcEngine進行二次研發，遵循B/S+，C/S體系結構，可采用ArcIMS技術，實現分布式管理，并實現監測數據的輸入、輸出、查詢、修改、分析、統計、可視化等，以便對地下水進行監測、管理。各個功能如下:

3.3.1 輸入

監測管理系統形成的第一步，輸入過程包括監測點空間數據的數字化:將獲取的硬拷貝數據，按照一定的數學法則，進行數字化，特定的投影、特定的坐標系，錄入與空間數據相關的屬性數據，單井基本信息、抽水試驗資料、參數數據、歷史和實時、動態監測數據等;系統建立完成后，可實時將動態監測數據輸入系統，以期進一步分析、管理與應用。

3.3.2 查詢

通過友好的查詢界面實現對單個機井的基本情況(水位、水量、水質、結構與地層、文檔等)進行查詢瀏覽的功能，空間幾何實體與屬性數據的鏈接，可按照屬性與空間位置對一項或多項監測數據進行查詢并高亮顯示，也可通過網絡遠程憑權限對數據進行查詢。

3.3.3 修改更新

不同的用戶有不同的權限，具有修改權限的用戶根據采集資料對數據庫進行更新。更新內容包括新增加的監測數據，修改變動的監測數據。

3.3.4 分析

通過地下水參數等以及一定的地下水分析模型對地下水水量、水質分析評價。系統分析模型的建立是實現分析效果好壞的關鍵。

3.3.5 統計

將水質數據中的各水質評價指標按時序以二維或三維的柱狀或曲線圖表達;可定制專業報表:水質報表、水位報表、土質實驗成果報表;制作鉆孔資料柱狀圖，按指定數據表中數據繪制鉆孔結構剖面圖，并提供打印輸出功能;水質檢驗，對數據庫中水質數據按不同孔號進行水質檢驗，并列出檢驗結果。

3.3.6 可視化

可視化即將分析結果以形象直觀為特性輸出分析、查詢結果。可視化包括二維、三維。二維就是制作專題地圖，統計報表也可與專題地圖結合;三維即在數據庫空間數據中載入高程數據，可生成DEM，即進行線性拉伸，實現地形的三維可視化，將分析結果更形象、更直觀的展現在用戶面前，供用戶進行決策參考。

3.4 系統的維護

一個系統要長期有效運行，對其進行維護是不可缺少的工作。主要包括數據庫的維護、分析模塊的優化、系統整體優化。

4 結語

本文首先從GIS在國內、外監測、管理上的應用，并在此基礎上以ESRI公司產品系列為例提出了GIS在監測、管理中的一般原理。

基于GIS技術對地下水進行監測、管理，效率的高低受較多因素影響:采集的技術手段，技術標準，數據的采集頻率;計算機軟硬件的技術;更大一部分依賴于分析模型的設計與優化。技術人員需有地下水方面的相關知識，同時用戶溝通，做好需求分析，這也是監測管理的重點。

當然，對于應用平臺、開發平臺與數據庫管理平臺可根據不同的需求、不同的目標、不同的性價比來選取以獲取較高的經濟效益、社會效益。

［1］［以］Bachmat Y著.水利部水文司譯.地下水觀測計劃的管理〔M〕.瑞士日內瓦:世界氣象組織秘書處.1992.

［2］湯國安，等.地理信息系統［M］.北京:科學出版社.2000:2.

［3］張周平.西安市地面沉降與地下水位動態監測信息管理系統設計與實現:proceedings of the現代工程測量技術發展與應用研討交流會論文集［C］.2005.

［4］王旭東，等.基于 ArcGIS的天津市地下水環境質量評價系統［J］.南水北調與水利科技.2003，1(6):13 ～16.

［5］戴長雷，遲寶明，林嵐，et al.基于gis的地下水監測管理信息系統(Gmsmis)分析與設計［J］.遙感技術與應用.2005，(06).

［6］E.L.Kai，et a1..Use of a geographic information system in site—specific groundwater modeling［J］.Groundwater.1994，32(4):617～625.

［7］Tang Changyuan，et a1..Regional groundwater model with GIS ic .30‘International Geological Congress.Beijing，China，1996，1:471.

［8］武強，等.塔里木盆地水資源開發管理的地理信息系統［J］.中國礦業大學學報，1999，28(1):78 ～81.

［9］戴長雷，遲高林.基于gis的地下水信息管理系統分析［J］.世界地質.2004(02).

［10］楊旭，黃許閭.基于組件式gis的地下水動態管理系統設計與開發［J］.地理與地理信息科學.2004，(01).

［11］陳佩佩，等.GIS支持下巖溶地下水資源信息系統的開發與應用［J］.中國巖溶.2000，19(1):28～34.

［12］丁尚起.濱海新區塘沽地下水資源管理系統［J］.山西建筑.2010，36(26).

P641.74

B

1004－1184(2012)03－0079－02

2012－02－03

張曉環(1982－)，女，廣西柳州人，在讀碩士研究生，主攻方向:數字高程模型。