方壽軍

（臨滄市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，云南 臨滄 677099）

1 GIS 技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域中的應(yīng)用概述

1.1 水文地質(zhì)學(xué)

水文地質(zhì)學(xué)是地質(zhì)學(xué)衍生的分支，是以地下水為主要研究對(duì)象，結(jié)合地表和地形地質(zhì)特點(diǎn)綜合勘查地下水資源量、地下水特性，進(jìn)而合理開(kāi)發(fā)和保護(hù)地下水資源。水文地質(zhì)學(xué)主要研究地質(zhì)地貌、水文氣象、土壤植被及地質(zhì)生態(tài)等，其工作內(nèi)容主要為搜集獲取信息數(shù)據(jù)，進(jìn)而分析地下水資源的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征和周邊地質(zhì)條件之間的關(guān)系，并以文字報(bào)表、圖形圖像或DEM（數(shù)字高程模型）等多種形式表現(xiàn)，為合理開(kāi)發(fā)水資源、保護(hù)水資源及預(yù)防各類地質(zhì)災(zāi)害提供理論依據(jù)[1]。

1.2 GIS 技術(shù)

水文地質(zhì)勘查需要大量的數(shù)據(jù)信息，且大部分勘查現(xiàn)場(chǎng)地形復(fù)雜，利用傳統(tǒng)的人工數(shù)據(jù)采集方式，需要消耗大量的人力、物力資源，已無(wú)法滿足當(dāng)前應(yīng)用發(fā)展的要求[2]。

GIS 空間信息系統(tǒng)是一門(mén)多專業(yè)交叉的學(xué)科，主要包含地理學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)、遙感學(xué)等，是以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集、編輯、分析等管理的綜合技術(shù)系統(tǒng)。GIS 技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用始于20 世紀(jì)70 年代初，技術(shù)的應(yīng)用既節(jié)省了水文地質(zhì)研究的時(shí)間，又顯著提高了水文研究的精度，推動(dòng)了水文地質(zhì)學(xué)的快速發(fā)展[3]。

GIS 技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用，主要是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，分析衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水文信息的搜集、匯總、分類與分析，全面掌握地下水資源現(xiàn)狀，預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)，提高地下水資源規(guī)劃的科學(xué)性。GIS 技術(shù)的應(yīng)用不僅可以有效解決傳統(tǒng)水文監(jiān)測(cè)管理存在的各種瓶頸問(wèn)題，還可以為地理信息系統(tǒng)的完善提供理論支持，對(duì)全面提升水資源開(kāi)發(fā)利用與綜合保護(hù)具有重要的促進(jìn)意義[4]。

2 GIS 技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1 水文信息監(jiān)測(cè)

GIS 技術(shù)具有時(shí)空數(shù)據(jù)整合特性，不僅能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各區(qū)域內(nèi)的水文信息，同時(shí)還能處理和利用水文信息數(shù)據(jù)，為水文信息監(jiān)測(cè)工作提供依據(jù)。如利用GIS 技術(shù)預(yù)測(cè)水文設(shè)計(jì)模型中的各項(xiàng)參數(shù)，在獲取精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提高水文模型的應(yīng)用質(zhì)量[5]。在數(shù)字高程模型中，將水力學(xué)相關(guān)技術(shù)與GIS 技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，增強(qiáng)水文信息監(jiān)測(cè)工作的真實(shí)性和針對(duì)性。

2.2 水資源專題規(guī)劃圖的繪制

水資源規(guī)劃的主要任務(wù)，是利用GIS 技術(shù)建立多種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，比如GIS 圖形庫(kù)、水資源實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)等。傳統(tǒng)的水資源規(guī)劃需要相關(guān)工作人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，耗時(shí)長(zhǎng)、誤差大，而GIS 技術(shù)的引入，使得規(guī)劃設(shè)計(jì)更加方便、快捷，同時(shí)該技術(shù)操作簡(jiǎn)便、數(shù)據(jù)更新快。

GIS 軟件系統(tǒng)能根據(jù)不同需求，規(guī)劃并繪制水資源供需圖、水資源污染分布圖等多種類型的水資源專題規(guī)劃圖。利用GIS 所具備的強(qiáng)大空間分析能力，不僅能完成人口分布、水資源空間分布等定量分析，還能確保規(guī)劃設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度，進(jìn)而依托GIS 強(qiáng)大的查詢和分析功能快速、直觀地完成研究區(qū)域內(nèi)規(guī)劃設(shè)計(jì)的可行性方案，為水資源的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、規(guī)劃設(shè)計(jì)和評(píng)估工程質(zhì)量提供理論依據(jù)。

2.3 水文地質(zhì)調(diào)查

水文鉆探、物探以及地質(zhì)測(cè)繪是水文地質(zhì)調(diào)查的主要內(nèi)容，GIS 技術(shù)在地下水資源監(jiān)測(cè)中，可以實(shí)時(shí)搜集水文數(shù)據(jù)資料，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)可視化操作，包括可視化顯示、查詢及信息檢索，同時(shí)還能預(yù)測(cè)水文地質(zhì)的動(dòng)態(tài)發(fā)展趨勢(shì)，以便于探索地下水資源變化規(guī)律。此外，通過(guò)GIS 技術(shù)能建立數(shù)據(jù)平臺(tái)與數(shù)據(jù)模型，提供較為完善的數(shù)據(jù)信息，提升調(diào)查與監(jiān)測(cè)效率，尤其是將GIS 技術(shù)與全球定位技術(shù)、遙感技術(shù)相結(jié)合以后，能大幅度提高調(diào)查效率與評(píng)價(jià)精度，為地下水資源的管理決策提供科學(xué)建議。

2.4 水質(zhì)評(píng)價(jià)

受到外界環(huán)境與人為因素的雙重影響，地下水水質(zhì)會(huì)經(jīng)歷較為復(fù)雜的演化過(guò)程，最終成為難以解決的地下水污染問(wèn)題。GIS 技術(shù)可以通過(guò)對(duì)信息的綜合分析功能及建模方式解決地下水水質(zhì)惡化問(wèn)題。利用GIS 技術(shù)動(dòng)態(tài)模擬污染物的空間分布規(guī)律，當(dāng)出現(xiàn)地下水污染事故時(shí)，能快速掌握污染源發(fā)生的地點(diǎn)、水文現(xiàn)狀等相關(guān)信息，從而及時(shí)判斷出水體污染強(qiáng)度，以便做出適宜的應(yīng)急措施。

2.5 地下水資源管理

GIS 技術(shù)在地下水資源管理中的應(yīng)用，主要集中在水資源規(guī)劃設(shè)計(jì)、開(kāi)采以及調(diào)度三個(gè)方面[6]。因此，對(duì)水資源分區(qū)后，利用GIS 技術(shù)可以構(gòu)建出科學(xué)高效的管理模式，直觀呈現(xiàn)水資源分布情況及水量動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，并能實(shí)時(shí)建立水資源管理模型，提升水資源管理與決策成效，達(dá)到節(jié)約用水的目的。

2.6 水災(zāi)預(yù)防

當(dāng)前GIS 技術(shù)已廣泛運(yùn)用于現(xiàn)代洪水預(yù)報(bào)工作中，成為水情預(yù)報(bào)領(lǐng)域的主要技術(shù)手段。在水災(zāi)預(yù)防中，采用GIS 技術(shù)可以建立信息化管理平臺(tái)，進(jìn)行水文空間數(shù)據(jù)的信息收集、查詢、搜索等工作，極大程度上提升了各項(xiàng)信息資源的利用率。

GIS 技術(shù)在災(zāi)情風(fēng)險(xiǎn)分析與區(qū)域規(guī)劃中發(fā)揮著重大作用。利用GIS 技術(shù)對(duì)排水設(shè)施進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，可以快速做出應(yīng)對(duì)措施，可視化地協(xié)助城市排泄洪澇積水。此外，GIS 技術(shù)能模擬計(jì)算洪水的發(fā)生概率及強(qiáng)度，有效評(píng)估洪災(zāi)的危害程度，準(zhǔn)確核算各項(xiàng)損失，進(jìn)而完善GIS 水災(zāi)評(píng)估機(jī)制，為防洪、防汛提供決策依據(jù)。

2.7 地下水資源保護(hù)

地下水資源保護(hù)主要從水源保護(hù)區(qū)劃分、監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與優(yōu)化、污染源調(diào)查與評(píng)價(jià)和地下水脆弱性評(píng)價(jià)四個(gè)方面入手[7]。地下水脆弱性評(píng)價(jià)是地下水資源保護(hù)研究中的重大課題，利用GIS 技術(shù)與DRASTIC模型的結(jié)合，能建立承壓水評(píng)價(jià)體系，更加科學(xué)地分析地下水脆弱成因。

GIS 技術(shù)與RS 技術(shù)結(jié)合。通過(guò)RS 技術(shù)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)地獲取水資源資料，利用GIS 技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析整理，建立專用水資源保護(hù)系統(tǒng)，在GIS 系統(tǒng)中輸入各類水文數(shù)據(jù)資料，可模擬地下水資源污染的發(fā)生演變情況，并通過(guò)圖像形式呈現(xiàn)出來(lái)，以驗(yàn)證水資源保護(hù)方案的可行性和實(shí)施效果。

3 GIS 技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域中的發(fā)展趨勢(shì)

GIS 技術(shù)具有實(shí)時(shí)準(zhǔn)確獲取信息、操作管理方便、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)空間信息等多種優(yōu)點(diǎn)。GIS 技術(shù)的超強(qiáng)功能，使其廣泛應(yīng)用在水文地質(zhì)領(lǐng)域的地下水資源開(kāi)發(fā)利用、水資源保護(hù)、防洪減災(zāi)、地下水資源監(jiān)測(cè)建模及水質(zhì)評(píng)價(jià)等方面。GIS 技術(shù)不足之處表現(xiàn)在，數(shù)據(jù)分析能力有待提升、互操性較差等。但隨著信息技術(shù)和水文地質(zhì)學(xué)科的不斷發(fā)展，在水文地質(zhì)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 集成化建模

GIS 技術(shù)和RS 技術(shù)都具有豐富法人柵格信息，且兩者的柵格數(shù)據(jù)與地下水?dāng)?shù)值模型的離散網(wǎng)格相似度較高。因此，充分利用RS 的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和GIS 技術(shù)空間數(shù)據(jù)處理能力，將現(xiàn)有的計(jì)算模型轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)的分布式模型，進(jìn)而能實(shí)現(xiàn)GIS 技術(shù)、RS 技術(shù)和地下水?dāng)?shù)值模型的有機(jī)集成。

3.2 多維化分析研究

現(xiàn)有的GIS 技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域并不能完全實(shí)現(xiàn)三維或四維可視化分析，在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)法滿足部分工作要求，尤其體現(xiàn)在水文地質(zhì)勘測(cè)、地下水動(dòng)態(tài)分析和模型運(yùn)行結(jié)果分析等方面。因此今后應(yīng)加強(qiáng)研究多維化立體技術(shù)，充分利用GIS 技術(shù)，不斷開(kāi)發(fā)多維可視化空間顯示軟件，以便更好地服務(wù)于水文地質(zhì)工作。

3.3 創(chuàng)新3S（GIS、GPS、RS）技術(shù)的應(yīng)用

GIS 系統(tǒng)可以對(duì)地下水文地質(zhì)進(jìn)行空間信息監(jiān)測(cè)，GPS 系統(tǒng)可以通過(guò)高精度的定位技術(shù)提高水文地質(zhì)信息監(jiān)測(cè)的速度和精度，RS 技術(shù)能搜索到分辨率較高的地質(zhì)空間信息，且不受時(shí)限、波段的影響，“3S”技術(shù)的結(jié)合將進(jìn)一步提高水文地質(zhì)工作的效率、信息精度及宏微觀信息的實(shí)時(shí)性[8]。目前我國(guó)并未實(shí)現(xiàn)3S一體化技術(shù)的應(yīng)用，大部分地區(qū)僅采用單項(xiàng)或2S 技術(shù)模式，沒(méi)有充分發(fā)揮“3S”技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。后期應(yīng)充分發(fā)揮“3S”技術(shù)的主導(dǎo)作用，創(chuàng)新“3S”一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水文地質(zhì)工作現(xiàn)代化、多元化發(fā)展。

3.4 與人工智能相結(jié)合

隨著科技社會(huì)的發(fā)展，可以用GIS技術(shù)與人工智能技術(shù)相結(jié)合，以緩解操作人員的工作壓力和操作危險(xiǎn)性，而且可以避免因工作人員主觀或疏忽出現(xiàn)的數(shù)據(jù)誤差，有效提高工作的效率和精度。

3.5 趨向標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化

GIS 技術(shù)的局限性表現(xiàn)在缺乏針對(duì)性，其數(shù)據(jù)庫(kù)和相應(yīng)的應(yīng)用平臺(tái)的數(shù)據(jù)格式存在一定差異，部分?jǐn)?shù)據(jù)不能正常使用[9]。因此，未來(lái)應(yīng)積極完善GIS 軟件平臺(tái)，制定完善的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，構(gòu)建完善的應(yīng)用模型，規(guī)范GIS 技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，逐步實(shí)現(xiàn)信息資源共享。

4 結(jié)語(yǔ)

GIS 技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，如水文信息監(jiān)測(cè)、水資源專題規(guī)劃圖的繪制、水文地質(zhì)調(diào)查、水質(zhì)評(píng)價(jià)、地下水資源管理、水災(zāi)預(yù)防和地下水資源保護(hù)等方面。但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在諸多問(wèn)題，如數(shù)據(jù)分析能力弱、互操性差等，因此在未來(lái)的研究中，應(yīng)加強(qiáng)GIS 技術(shù)與GPS、RS 等技術(shù)的集成，加大多維可視化軟件的開(kāi)發(fā)，積極融合人工智能，逐步提高GIS 技術(shù)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，為GIS 技術(shù)在水文地質(zhì)領(lǐng)域的快速發(fā)展提供充足動(dòng)力。