GIS在水环境中的应用

2018-01-12崔腊梅杨学春

安徽农学通报 2017年24期

崔腊梅+杨学春

摘要：地理信息系统（Geographic Information System）伴随着计算机技术的发展而不断发展进步。该文通过对地理信息系统概念的介绍，研究、归纳了GIS在水环境数据库建立、水环境模拟、环保应急反应等方面的应用，并在此基础上进一步分析了GIS的发展趋势。

关键词：Arcgis；地理信息系统；水环境；应用

中图分类号 X824 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）24-0127-03

Abstract：Geographic Information System is along with the development of computer technology and continuous development and progress. This paper introduces the concept of geographic information system，studies and summarizes the application of GIS in the establishment of water environment database，water environment simulation，environmental emergency response and so on，based on this，the trend of GIS is further analyzed.

Key words：Arcgis；Geographic information system；Water environment；Application

1 引言

水是人類生产、生活赖以生存的重要资源。随着我国经济的快速发展，水环境问题日益凸显，如水资源利用不合理、造成水质污染严重等。1997年发布的?世界水资源综合评估报告?里明确指出，水环境问题将会对未来全球经济的可持续发展产生严重的影响[1]。根据《中国水利年鉴》等资料的统计，我国2010年发生水资源冲突6998起，2011年发生水资源冲突7672起，2012年发生水资源冲突8423起，2013-2015年水资源冲突依然尖锐[2]。2007年太湖蓝藻水华污染、2011年广东化州市高岭土厂排污事件等都在给世人敲响警钟。而地理信息系统在解决这些问题方面都发挥了重要的作用。

2 地理信息系统

地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统[3]。

GIS的基本功能包括：空间数据采集、空间数据处理、空间数据存储、分析模型建立、空间信息分析、空间信息输出、各种地图制作等，其中空间分析功能是GIS的核心功能[4]。如图1所示。

GIS起源于20世纪60年代，伴随着计算机技术的发展发展至今，美国、加拿大等发达国家率先研究GIS技术，目前在GIS技术和应用方面都比较成熟先进[6]。20世纪80年代初，我国地理信息系统工作进入起步阶段，1994年中国GIS协会在北京成立，标志着中国GIS行业已经形成一定规模。随着社会的发展，地理信息系统也成为管理决策的重要组成部分。未来地理信息系统也将朝着网络化、综合化、精细化方向发展。

3 GIS在水环境中的应用

3.1 流域水环境数据库的建立利用GIS空间数据的采集、存储及可视化功能，可以建立流域水环境资源数据库。该数据库包含流域地形，人口分布，流域内工厂企业基本信息以及危险化学品信息、流域水质类别，主要污染物质等。通过流域水环境数据库的建立，使用户更加直观清晰的了解流域的基本概况，同时也为使用者和管理者查询流域基本信息带来便捷。

3.2 集成管理 GIS数据库的集成，可以使一个数据库不同要素数据集的集成，也可以是不同数据库之间的集成。可以将GIS数据库集成用于流域范围影响方面。将一个流域范围内多条河流、水文、水质、污染状况、主要污染物等信息进行集成，从而考察他们对于流域的综合影响。

3.3 水资源评价与规划 GIS具有叠加分析、缓冲区分析、三维分析、距离分析等应用功能，使用者可以利用GIS的这些功能对河流或者流域进行污染源分析、影响范围分析预测、影响因素分析等。利用水资源空间和属性信息的整合，以基于地理信息系统平台开发的镇江市水资源管理决策系统[7]为例，系统借助GIS对水资源进行监控和管理分析水质变化及未来变化趋势，为决策者更好的开发利用水资源而服务。

3.4 地表水与地下水水环境模拟将原有的水文、水质、地形、地貌以及河流相关信息汇总整理成数据库，通过输入连接到Arcgis软件中，由计算机进行统一管理，利用这些数据，建立相关模型，对河流水环境进行模拟，利用地理信息系统软件强大的图形图像处理功能，将流域内的所有特征充分显示出来，并可以以地图、图片等多种形式输出结果。柳佳斌等将三维仿真地理信息系统与二维的地理信息系统有机结合，进行洪水演进模拟和系统分析[8]。程军蕊等以宁波市皎口水库为例，对流域水质时空变化特征进行模拟[9]。孙启宏等[10]利用GIS动态分段技术实现了河流一维水质扩散模拟和空间显示分析。

3.5 洪水预估和分析将GIS与航空摄影、遥感影像、水文模型相结合，可以用来预测洪水淹没范围。将淹没范围图与人口分布、土地利用类型、周边基础设施建设等信息相结合，从而对洪水进行综合全面分析，在此基础上预测洪水的影响范围，为救援抢险提供相关的决策支持。陈凯[11]结合湖南冷水滩区洪水淹没评估系统实例，在GIS技术支持下，对洪水淹没评估系统从洪水淹没计算与洪水淹没评估两方面进行研究。endprint

3.6 非点源污染污染大体可以分为点源污染和非点源污染。非点源污染又称面源污染，其具有的隨机性、广泛性、滞后性、模糊性、潜伏性等特点[12]。非点源污染的研究需要综合和显示多种相互交错的空间信息。因此，在水污染治理中，可以通过对不同土地利用类型与流域内水文、水质状况影响的研究，减少因空间信息数据的变动而导致的不确定性。

3.7 无资料地区水文模拟通过GIS分析流域内地形、地貌、土壤覆盖情况、植被分布状况等地理信息，从而获取无资料区水文分析模型所需要的参数信息，利用模型对无资料区水文环境进行模拟分析。赵宏臻等[13]应用GIS技术根据DEM进行流域划分、水流方向确定等处理，并结合流域水文地质图、土壤分布图等建立GIS图层，进而构建淮北分布式水文模型。结果表明，该模型可用于无资料地区的排涝水文计算。

3.8 环保应急反应对于重大水环境事件，如危险化学品的泄露，蓝藻、水华爆发等。这些水环境事件发生突然，需要环境保护部门具有较高的环境应急能力。利用GIS技术，结合GPS、RS技术，对环境事件发生的地点以及周围的地址地形、人口分布、工矿企业、危险品仓库的分布等信息进行定位显示，同时对污染物质进行追踪，判断其扩散过程。辅助上级主管部门制定相关的安全防范措施。上海市环保局在2000年12月率先启动了环保应急系统[14]。

4 GIS在水环境领域中发展趋势

4.1 多学科的综合利用测绘学、地理学、制图学、统计学、计算机科学以及其他需要进行空间数据处理和分析，GIS是进行数据采集、分析、存储、显示的强大工具。因此，GIS具有多学科交叉的特征，它既要吸取诸多相关学科的精华和营养，并逐步形成独立的边缘学科，又将被多个相关学科所运用，并推动他们的发展。

4.2 伴随科技进步而发展在未来水资源领域中，科技的不断进步发展，将会推动着GIS朝着三维化、系统的智能化、平台操作的便捷化以及模型模拟预测的精确化方向发展。从而更好的为广大用户提供服务，为环境保护部门提供决策支持。

4.3 社会化目前，GIS多服务于政府机构或者其他相关企业，普通群众对于GIS的了解微乎其微。未来，GIS应用将更加普遍和社会化。不再仅仅局限于政府机构部门或者是有需要的企业，为他们提供技术服务和决策支持，而是随着应用的广泛化深入千家万户，最终服务于广大人民群众。

5 结语

应用地理信息系统技术，将水环境中各项数据与流域的空间信息相联系，进而进行水资源利用和管理以及水环境模型预测，实现水环境问题可视化，为管理部门规划与决策提供依据。相信随着GIS技术的不断发展，它在水环境领域的运用会进一步得到扩展和完善，而水环境管理也会因它而更加方便。

参考文献

[1]张利平，夏军，胡志芳.中国流域水资源状况月水资源安全问题分析[J].长江流域资源与环境，2009，18（2）：116-120.

[2]周爱群，吴凤萍.从典型案例看我国水资源冲突管理制度的缺失[J].内燃机与配件，2016（12）：98-102.

[3]张超，陈丙咸，邬伦.地理信息系统[M].北京：高等教育出版社，1995.

[4]余明，艾延华.地理信息系统导论[M].北京：清华大学出版社，2009.

[5]陈文锋，戴宏民，周均，等.地理信息系统技术在环境科学中的应用[J].重庆工商大学学报（自然科学版），2009，26（1）：31-34