GIS技術在水文地質領域的應用研究

杜 旋

（安徽省地質環境監測總站，安徽 合肥 230000）

GIS結合多學科知識，以地理、地圖學為基礎學科，基于計算機科學，綜合遙感技術，在多個領域可見其應用。利用GIS可高效率處理地理相關數據，完成對數據的分析和展示等。GIS是空間信息的整合處理工具，客觀現象和事件可被其記錄成圖，結合數據分析，利用地圖的視覺化效果，分析地理數據，支持信息查詢與相關信息的統計分析。

1 GIS技術概述

1.1 概念

GIS技術是利用專業軟件和計算機硬件，獲取空間地理信息，編輯并存儲數據，供需要時隨時調取查詢，支持計算和管理所存儲信息，還可通過制圖處理顯示信息，并可分析和應用相關數據，為地質水文工作提供支持。1960年左右，GIS概念便已經出現，在該時期，GIS通常被應用于管理自然資源，或規劃特定領域。當前技術水平下，GIS得以多維度發展，且進展迅速。GIS技術被應用于城市規劃、土木工程、地理測繪等，國土資源管理也會應用GIS的測繪遙感技術[1]。

1.2 發展現狀

水文地質研究受多維度因素影響，地球運動影響水文地質，地質地貌對其有干預作用，土壤狀態、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研究產生影響作用，以上因素皆為實際影響因素。想要發展水文地質研究，創新相關技術，要求便捷高效、實用性強的技術支持，在既往研究中，研究者進行多方向嘗試尋求技術創新，數學建模和計算機技術皆包含在內。技術發展以后，水文地質研究開始應用GIS技術，水文地質研究者者利用GIS的技術集成優勢，收集、處理、存儲、分析地理信息數據，并支持信息傳輸共享等管理操作，在水文地質領域，GIS技術得到發展和創新，應用水平增強，并反作用于水文地質研究，為相關研究提供更優質的技術支持[2]。

2 在水文地質中的應用

2.1 水災預防

GIS在水災預防方面體現了其應用價值，防洪救災使用災難管理系統，該系統可存儲過往水災信息樣本，基于樣本分析，總結過往經驗和水文地質發展趨勢，預測未來洪災。災難管理系統協調整合時間、空間信息，使二者保持一致，同步應用決策系統，使系統信息更加精準。數據可靠性對水災預防而言至關重要，但當前信息精準程度有待提升。增強GIS應用性，提升其水災預防水平，對防洪抗災意義重大，可降低水災造成的經濟損失，減少水災傷亡。GIS技術優化以后，精準的數據信息有助于分析水土現狀，針對性調節水土流失問題，預測未來水災，提前加以防范。GIS技術在當前應用中預測準確性尚不完善，利用GIS技術確定水災發生概率較高后，評價所預測水災的嚴重性，明確水災等級和影響范圍，有利于制定更詳細和實用性的防災抗災計劃。對于已發生的水災，通過災難管理系統有效控制災情，結合可視化建模還原災情發生過程以及當前災情局勢，通過技術仿真輔助研究工作，尋求最優應對策略，體現GIS技術對水災防控的積極影響。

2.2 水資源管理

水資源是關系生存發展的核心資源，在實際管理中，利用GIS技術，可控制水資源開發過程，保證科學開發，避免開發過度。地下水管理應加強GIS技術應用，促進技術結合，基于地下水信息創建模型，在建模過程中，離不開GIS信息采集和信息處理技術，綜合GIS技術，可客觀全面地了解地下水資源現狀，評估資源開發可能性，制定開發方案。在GIS技術輔助下，可科學構建地下水資源信息系統，彌補地下水管理系統應用中的缺陷，增強系統完善性，使水資源管理效率提升、質量優化。

2.3 水位線圖繪制

采用GIS技術，可根據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前狀態。在其應用中，應加強實時控制，了解地下水位的動態變化，根據水位變化趨勢采取措施，調節水資源。在GIS使用時，也可使用GRD建模，此種建模手段是以規則間距數據點為信息依據，與TIN建模各有優勢，綜合運用TIN建模和GRD建模，力求優勢互補，可提升建模水平，體現GIS的優質應用價值[3]。

2.4 地面沉降監測

地面沉降是GIS技術當前關注的問題之一，并且在尋求該項技術突破，側面說明GIS技術在水文地質研究中的應用地位。地面沉降研究結合GIS技術，建立了預測系統，該系統以Arc為平臺支持，所用開發工具為Map-basicD，可分析地面沉降發展趨勢，是具有可視化處理性能的應用。通過該預測系統，模擬分析地面沉降情況，可直觀觀測地面、水面的影響細節，詳細展示管理態勢，輔助制定地面沉降干預措施。

2.5 水質評價

結合GIS技術，還可評價地下水質量，分析地下水中的污染物構成情況。評價地下水水質時，對信息需求量較高，必須配合科學分析，綜合多方信息，進行整體評估。GIS系統的核心功能之一即為信息采集，在系統內完成信息集成，該功能與地下水評價系統功能具有相關性，兩系統對接后，水質監測和污染物分析開展難度降低，GIS技術也可在地下水監測中得到更多應用。系統設計者以圖形管理為技術研究出發點，構建水質評價模型，綜合評估地下水情況，判斷水質水平，分析污染物含量和構成，通過此種方式，提升水質評價可靠性，促進技術結合，豐富水質評價方法。

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，關于其保護方法的探討和研究從未止步，為環保核心課題之一。利用GIS技術，可將水源劃分為不同區域，根據區域特點開展保護活動。對于污染物數量多、水質敏感度高的區域，采取強效措施，給予更多關注?；贕IS技術，構建完善性更強的地下水水質監測網絡，動態監控水資源，在保護水資源中具有明顯的正向影響。

3 當前技術局限

GIS技術應用于水文管理中，技術并未完善，部分技術缺陷有待優化。收集和處理技術時，該技術捕捉和顯示的信息并非完全精準，數據缺少標準化管理。國家標準雖為GIS建模提供指導，但不足以為建模提供準確參數支持。信息共享也是限制水文地質領域GIS應用的核心問題，目前相關政策法規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，最終滿足技術對地理信息共享的需求。技術平臺方面，當前平臺規模普遍較小，同時相關組件技術滯后，缺少創新性。GIS技術對遙感技術應用仍有較大發展空間，集成技術和建模技術的結合性有待加強，可視化水平在一些細節工作中無法滿足精細化需要，仿真效果較低。此外，GIS技術應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 應用優化策略與未來展望

GIS技術發展必須適應水文地質需要，實現發展同步。水文地質研究也可為GIS技術發展提供支持，二者具有發展需求和利益上的一致性，應促進二者協同發展。從GIS技術角度而言，優化自身技術，提升應用價值，是其在水文地質領域應用和發展的主要思路。

4.1 信息標準化

在GIS技術發展中，核心要素是信息交流和數據共享。國家建立了部分試點，探討數據標準化和信息共享的解決方案，可見一定成效，然而與GIS技術發展要求相比，數據交流共享工作仍然任重道遠。在具體工程應用中，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，在系統開發中，應加強完善標準規范。

4.2 集成建模技術

GIS集成、建模是水文地質系統中的重要應用，需要多系統支持，集成技術與建模技術契合度越高，解決問題的能力越強，對水文地質應用中的影響力也就越大。建模需要準確的參數支持，集成技術可收集數據并處理數據，提供參數支持，集成建模技術一致性對GIS在水文地質領域中的應用影響較大，應增強二者統一性，促進領域發展。

4.3 可視化建設

為適應水文地質領域的研究需求，GIS的可視化建設仍需加強。三維軟件和四維軟件是未來可視化的開發方向，應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，推動可視化研究發展。在工程仿真中，建模仿真具有關鍵性地位，是主要環節，高水平的建模仿真技術，可增強工程的可行性，使工程具有更可靠的理論依據。GIS技術應用于水文地質中時，應大力開發建模軟件，為該領域可視化研究提供技術支持，促進水文地質研究推進。

4.4 結合RS技術

RS技術即遙感技術，綜合使用 RS技術，對發展GIS柵格數據具有積極影響，應加強GIS和RS的綜合應用，利用RS技術和GIS技術的柵格技術高度一致性，促進GIS技術提升。研究水文地質時，此種柵格技術和地下水離散網格一致性較強，結合應用可能性較高（見圖1）。與此同時，RS技術具有實時動態信息顯示的突出優勢，利用此優勢，可對地下水管理系統進行準確監測，判斷其發展趨勢，對地下水研究中的數值模型研究意義深遠。

圖1 GIS技術應用

5 結論

綜上所述，在GIS技術支持下，水文地質相關研究進展迅速，此類應用顯示GIS技術在該領域的實際應用價值。在水文地質研究中，GIS技術功不可沒，GIS以其技術優勢，輔助地下水質量監測、研究，為地下水保護提供助力，可作為資源戰略布局的技術支持。系統化建設GIS技術，構建實時管理模式，發展可視化建模技術，可使GIS成為實用性更強的水文地質研究工具，促進多領域協同發展。