GIS技术在水文地质领域的应用研究

杜 旋

（安徽省地质环境监测总站，安徽 合肥 230000）

GIS结合多学科知识，以地理、地图学为基础学科，基于计算机科学，综合遥感技术，在多个领域可见其应用。利用GIS可高效率处理地理相关数据，完成对数据的分析和展示等。GIS是空间信息的整合处理工具，客观现象和事件可被其记录成图，结合数据分析，利用地图的视觉化效果，分析地理数据，支持信息查询与相关信息的统计分析。

1 GIS技术概述

1.1 概念

GIS技术是利用专业软件和计算机硬件，获取空间地理信息，编辑并存储数据，供需要时随时调取查询，支持计算和管理所存储信息，还可通过制图处理显示信息，并可分析和应用相关数据，为地质水文工作提供支持。1960年左右，GIS概念便已经出现，在该时期，GIS通常被应用于管理自然资源，或规划特定领域。当前技术水平下，GIS得以多维度发展，且进展迅速。GIS技术被应用于城市规划、土木工程、地理测绘等，国土资源管理也会应用GIS的测绘遥感技术[1]。

1.2 发展现状

水文地质研究受多维度因素影响，地球运动影响水文地质，地质地貌对其有干预作用，土壤状态、地表植物覆盖都是客观影响因素，此外，人类活动也对水文地质研究产生影响作用，以上因素皆为实际影响因素。想要发展水文地质研究，创新相关技术，要求便捷高效、实用性强的技术支持，在既往研究中，研究者进行多方向尝试寻求技术创新，数学建模和计算机技术皆包含在内。技术发展以后，水文地质研究开始应用GIS技术，水文地质研究者者利用GIS的技术集成优势，收集、处理、存储、分析地理信息数据，并支持信息传输共享等管理操作，在水文地质领域，GIS技术得到发展和创新，应用水平增强，并反作用于水文地质研究，为相关研究提供更优质的技术支持[2]。

2 在水文地质中的应用

2.1 水灾预防

GIS在水灾预防方面体现了其应用价值，防洪救灾使用灾难管理系统，该系统可存储过往水灾信息样本，基于样本分析，总结过往经验和水文地质发展趋势，预测未来洪灾。灾难管理系统协调整合时间、空间信息，使二者保持一致，同步应用决策系统，使系统信息更加精准。数据可靠性对水灾预防而言至关重要，但当前信息精准程度有待提升。增强GIS应用性，提升其水灾预防水平，对防洪抗灾意义重大，可降低水灾造成的经济损失，减少水灾伤亡。GIS技术优化以后，精准的数据信息有助于分析水土现状，针对性调节水土流失问题，预测未来水灾，提前加以防范。GIS技术在当前应用中预测准确性尚不完善，利用GIS技术确定水灾发生概率较高后，评价所预测水灾的严重性，明确水灾等级和影响范围，有利于制定更详细和实用性的防灾抗灾计划。对于已发生的水灾，通过灾难管理系统有效控制灾情，结合可视化建模还原灾情发生过程以及当前灾情局势，通过技术仿真辅助研究工作，寻求最优应对策略，体现GIS技术对水灾防控的积极影响。

2.2 水资源管理

水资源是关系生存发展的核心资源，在实际管理中，利用GIS技术，可控制水资源开发过程，保证科学开发，避免开发过度。地下水管理应加强GIS技术应用，促进技术结合，基于地下水信息创建模型，在建模过程中，离不开GIS信息采集和信息处理技术，综合GIS技术，可客观全面地了解地下水资源现状，评估资源开发可能性，制定开发方案。在GIS技术辅助下，可科学构建地下水资源信息系统，弥补地下水管理系统应用中的缺陷，增强系统完善性，使水资源管理效率提升、质量优化。

2.3 水位线图绘制

采用GIS技术，可根据采集的地下水信息通过绘制手段显示水位线情况，为水文地质研究者提供水位线图，以供研究使用。GIS绘制地下水位线图的过程与工程建模仿真相似，所用模型为系统中的TIN模型，通过建模，地下水位等值线可通过图表形式直观显示在研究者面前，分析仿真建模，可深入了解地下水当前状态。在其应用中，应加强实时控制，了解地下水位的动态变化，根据水位变化趋势采取措施，调节水资源。在GIS使用时，也可使用GRD建模，此种建模手段是以规则间距数据点为信息依据，与TIN建模各有优势，综合运用TIN建模和GRD建模，力求优势互补，可提升建模水平，体现GIS的优质应用价值[3]。

2.4 地面沉降监测

地面沉降是GIS技术当前关注的问题之一，并且在寻求该项技术突破，侧面说明GIS技术在水文地质研究中的应用地位。地面沉降研究结合GIS技术，建立了预测系统，该系统以Arc为平台支持，所用开发工具为Map-basicD，可分析地面沉降发展趋势，是具有可视化处理性能的应用。通过该预测系统，模拟分析地面沉降情况，可直观观测地面、水面的影响细节，详细展示管理态势，辅助制定地面沉降干预措施。

2.5 水质评价

结合GIS技术，还可评价地下水质量，分析地下水中的污染物构成情况。评价地下水水质时，对信息需求量较高，必须配合科学分析，综合多方信息，进行整体评估。GIS系统的核心功能之一即为信息采集，在系统内完成信息集成，该功能与地下水评价系统功能具有相关性，两系统对接后，水质监测和污染物分析开展难度降低，GIS技术也可在地下水监测中得到更多应用。系统设计者以图形管理为技术研究出发点，构建水质评价模型，综合评估地下水情况，判断水质水平，分析污染物含量和构成，通过此种方式，提升水质评价可靠性，促进技术结合，丰富水质评价方法。

2.6 地下水保护

在诸多资源中，地下水资源是我国予以重点保护的资源，关于其保护方法的探讨和研究从未止步，为环保核心课题之一。利用GIS技术，可将水源划分为不同区域，根据区域特点开展保护活动。对于污染物数量多、水质敏感度高的区域，采取强效措施，给予更多关注。基于GIS技术，构建完善性更强的地下水水质监测网络，动态监控水资源，在保护水资源中具有明显的正向影响。

3 当前技术局限

GIS技术应用于水文管理中，技术并未完善，部分技术缺陷有待优化。收集和处理技术时，该技术捕捉和显示的信息并非完全精准，数据缺少标准化管理。国家标准虽为GIS建模提供指导，但不足以为建模提供准确参数支持。信息共享也是限制水文地质领域GIS应用的核心问题，目前相关政策法规在地理信息共享方面仍需完善，而此问题需要通过体制改革的方式解决，最终满足技术对地理信息共享的需求。技术平台方面，当前平台规模普遍较小，同时相关组件技术滞后，缺少创新性。GIS技术对遥感技术应用仍有较大发展空间，集成技术和建模技术的结合性有待加强，可视化水平在一些细节工作中无法满足精细化需要，仿真效果较低。此外，GIS技术应用所必需的信息标准化以及信息共享方面，也有待完善[4]。

4 应用优化策略与未来展望

GIS技术发展必须适应水文地质需要，实现发展同步。水文地质研究也可为GIS技术发展提供支持，二者具有发展需求和利益上的一致性，应促进二者协同发展。从GIS技术角度而言，优化自身技术，提升应用价值，是其在水文地质领域应用和发展的主要思路。

4.1 信息标准化

在GIS技术发展中，核心要素是信息交流和数据共享。国家建立了部分试点，探讨数据标准化和信息共享的解决方案，可见一定成效，然而与GIS技术发展要求相比，数据交流共享工作仍然任重道远。在具体工程应用中，GIS通常分析具体事件，针对性满足信息分析管理等需求，此种工作要求高水准的信息标准化，以及充分的共享支持，在系统开发中，应加强完善标准规范。

4.2 集成建模技术

GIS集成、建模是水文地质系统中的重要应用，需要多系统支持，集成技术与建模技术契合度越高，解决问题的能力越强，对水文地质应用中的影响力也就越大。建模需要准确的参数支持，集成技术可收集数据并处理数据，提供参数支持，集成建模技术一致性对GIS在水文地质领域中的应用影响较大，应增强二者统一性，促进领域发展。

4.3 可视化建设

为适应水文地质领域的研究需求，GIS的可视化建设仍需加强。三维软件和四维软件是未来可视化的开发方向，应加强三维可视化和四维可视化的理论探讨，促进概念对接，助力研究工作，推动可视化研究发展。在工程仿真中，建模仿真具有关键性地位，是主要环节，高水平的建模仿真技术，可增强工程的可行性，使工程具有更可靠的理论依据。GIS技术应用于水文地质中时，应大力开发建模软件，为该领域可视化研究提供技术支持，促进水文地质研究推进。

4.4 结合RS技术

RS技术即遥感技术，综合使用 RS技术，对发展GIS栅格数据具有积极影响，应加强GIS和RS的综合应用，利用RS技术和GIS技术的栅格技术高度一致性，促进GIS技术提升。研究水文地质时，此种栅格技术和地下水离散网格一致性较强，结合应用可能性较高（见图1）。与此同时，RS技术具有实时动态信息显示的突出优势，利用此优势，可对地下水管理系统进行准确监测，判断其发展趋势，对地下水研究中的数值模型研究意义深远。

图1 GIS技术应用

5 结论

综上所述，在GIS技术支持下，水文地质相关研究进展迅速，此类应用显示GIS技术在该领域的实际应用价值。在水文地质研究中，GIS技术功不可没，GIS以其技术优势，辅助地下水质量监测、研究，为地下水保护提供助力，可作为资源战略布局的技术支持。系统化建设GIS技术，构建实时管理模式，发展可视化建模技术，可使GIS成为实用性更强的水文地质研究工具，促进多领域协同发展。