GIS在地下水资源管理方面的应用

2014-03-24肖震

地下水 2014年4期

肖震

(河北省环境地质勘查院，河北石家庄050021)

GIS是地理信息系统的简称，经过最近几十年的不断发展，已经初步的形成了一个十分完整的技术体系，并且逐步的建立起了相关的理论框架。在进行地下水资源管理的过程中，对GIS的应用也逐渐的形成了一种多层次且多尺度的格局。地理信息系统是一门新兴边缘的将计算机科学、环境科学、空间科学、地理学、城市科学、信息科学以及管理科学综合成一体的学科，地理信息系统的优势在于对数据的综合、地理模拟以及空间分析。各种专业的模型和GIS技术的互相结合，又为不同专业的研究人员提供了十分有利工具，使他们可以对所面临的一些新的问题进行更加深入的研究，并且可以解决很多十分复杂的、专业性比较强的问题，因此，GIS拥有十分大的应用空间。从20世纪的70年代以来，在一些发达的国家，相关人员已经开始把GIS的技术引入到对地下水资源进行研究的领域，GIS技术的加入使得地下水资源管理领域的发展发生了十分深刻的变化。

1 GIS在地下水资源管理中的应用现状分析

1.1 GIS在地下水资源管理中的研究现状

自从20世纪的70年代，美国的田纳西流域管理局就采用GIS技术处理以及分析各种流域的数据，为了流域管理以及规划提供决策方面的服务，也就是从这个时候，GIS就开始在水文学以及水资源管理方面应用。80年代之后，计算机技术得到了飞速的发展，网络已经进入到了各行各业的各个方面。将GIS和计算机技术结合，可以很好的推动地下水资源管理方面的发展。

1.2 基于GIS的地下水资源评价

地下水方面的问题具有十分明显的时空维，对地下水的模拟十分强调地下水在介质当中的运动情况。把GIS运用到地下水模拟当中，可以用来获得、操作以及显示和这些模型有关的数据以及所得到的成果，可以使模型能够进一步的细化，最终可以深入到认识地下水在含水层当中的赋存以及运动的情况，这为合理的开采地下水以及保护地下水的服务带来很大的帮助。

武强等研究并开发了把MapInfo当作平台的塔里木盆地的地下水资源管理的地下信息系统。邢毅等建立了南方某个城市的GIS城市地下水的管理模型等等;这些相关的研究在国内应该率先把GIS应用在地下书的模拟、评价以及管理，为地下水资源管理工作提供了一种新的技术手段。

随着组件GIS的不断发展，基于GIS组件的地下水地理信息系统的研究方面的开发也不断的增加，基于组件的二次开发最大的优点也是用户可以根据自己的需要，把模型和GIS的空间管理有机的集成而不是再将其进行松散的连接，这样可以开发出脱离GID平台的独立运行系统。从目前的研究水平及应用的现状来看，和GIS集成的模型以集中参数模型以及解析式的模型占了大部分。因为分布参数的模型设计到时空维的数据，大部分的系统仅仅是实现了模型以及GIS的数据交换。

1.3 GIS在地下水的水质评价当中的应用分析

地下水的水质通常情况下都是对地下水开发利用的一个十分重要的限制性的因素，地下水的化学组成经过了十分复杂的演化过程，这不仅仅有水和岩石之间的地球化学以及水化学、生物化学之间的相互作用，同时也受到了人类活动的强烈影响。把多种信息的GIS技术综合的去解决这些问题。GIS技术在地下水的水质研究当中的运用主要就是体现在对地下水的水质监测网的设计方面。通过地下水水质监测网的设计分类方法对空间参考数据进行分析，让它和GIS性能可以一体化，并且依据GIS对网络设计排列法所产生的作用，通过对城市掩埋的相关实例可以进行验证。GIS技术可以有效地完成很多和地下水监测网设计之间有关的任务，主要包括:存贮位置的数据以及目标属性的信息，推导出某等的高线内水头的值，计算出主要距离的变量值，编译并且显示权的重值来检验出最优的监测点等。

1.4 GIS在地下水资源管理中的应用

GIS技术在地下水资源的管理当中的应用主要表现在以下几个方面:地下水资源的评价、地下水污染以及环境影响的评价、水源地的保护、流域地表水以及地下水的联合调度、决策支持以及专家系统等等。

2 GIS在地下水资源管理方面应用的发展趋势

在最近几年以来，地理信息技术发展十分迅速，他的主要的原动力主要是来自于逐渐广泛的应用领域对该信息系统不断增加的要求。此外，计算机的快速发展为地理信息系统的发展提供了十分先进的工具以及手段，很多计算机领域的新技术，比如说:面向对象技术、图像处理以及三维技术和人工智能技术都可以直接的应用在地理信息系统当中。下面对当前GIS技术研究的几个方向进行详细的分析。

2.1 加强GIS应用规范以及标准的研究

在实际的操作当中，对GIS的应用以及开发基本上是各个部门依据具体生产以及科研需要而独立进行开发的，因为缺乏一个十分完整的技术规范以及标准，对平台的开发以及数据格式的多样化，这给信息的交流及共享都带来了十分大的困难。在我国，虽然行业规范的试点工作已经开展了，但是仍然有很多和国家相关标准不一致的问题，因此对于GIS在地下水资源管理方面的应用趋势就是要加强GIS应用规划以及标准的研究。

2.2 建立起水文水资源地理空间的数据库

空间数据库是整个系统的核心以及决策的基础，所以，要加强GIS应用的标准化以及规范化的基础上大力的开展基础数据库的建设，特别是具有水温水资源方面的特色数据库，比如说:雨情以及水情数据库以及水旱灾情的数据库等等。除此之外，数据库还要包括流域内的自然资源以及社会经济环境的基本数据。对于数据库的数据采集要保持全面、准确并且及时的进行更新。

2.3 水文水资源领域要GIS朝向多维的方向发展

因为水文水资源的变化过程拥有明显的时空动态的特征，所以，需要开发出可以实现三维以及四维空间分析以及显示等功能的GIS软件。到目前为止，仅仅有少量的GIS可以进行三维的分析，但是它们在几何建模以及分析功能方面存在着很多的不足。随着计算机和空间技术的进步以及水文水资源方面的发展要求，GIS的发展将从独立的系统转换成为兼容以及集成，从传统的二维转向多维的方向发展。

2.4 GIS技术面向对象技术的研究

面向对象法也就是Object Oriented，可以帮助人们在计算机上面直接的去描述物理世界提供一条比较适合人们的思维模式的方法，而面向对象的技术在GIS当中的哦应用也就是面向对象的GIS，这已经成为GIS未来发展的一个大的方向之一。这主要是因为空间信息和传统的数据库处理的一维信息更加的复杂、琐碎，面向对象的方法为复杂空间信息的描述提供了一条比较直观的、结构比较清晰的、组织十分有序的方法，所以，受到各行各业的重视。

面向对象的GIS技术和传统的GIS有很多的优势，主要包括以下几个方面:首先，所有的地物都是通过对象的形式进行封装，而不光是对复杂的关系形式进行存储，使整个系统组织可以保持结构十分良好及清洗;其次，把对象作为基础，把分层的概念很好的消除了;第三，面向对象类型的分类结构以及组装结构使得GIS能够直接的定义并处理那些比较复杂的、地物类型。

2.5 GIS网络化

计算机是现代工作中不可缺少的一个物品，对于各行各业的发展都起到了很好的帮助。因此，对于GIS的发展也起到了很大的帮助，计算机技术的加入使得GIS技术从量变到质变的改变，实现了很多传统技术无法实现的事情。如果网络技术可以使得数据库在地理位置方面上，以分布的方式而存在的，这样做，使得各个数据库都可以局部的进行生产、更新以及维护和管理，而网络又让这些分布在局部的数据库相互之间可以很好的链接起来，实现资源的共享。这样高速度的数据传输可以使数据库之间的数据能够快速的实现数据的传输。

网络技术虽然发展的速度十分惊人，但是，在GIS的应用方面还是有很多的局限的，主要就表现在地理数据的传输方面，到目前为止，因为GIS的数据通畅的容量比较大，但是现在网络宽带的能力在中远距离的大量数据传输过程中，速度是没有令人十分满意的，这也是发展中的一个瓶颈问题。