崔臘梅+楊學(xué)春

摘 要：地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System）伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展進步。該文通過對地理信息系統(tǒng)概念的介紹，研究、歸納了GIS在水環(huán)境數(shù)據(jù)庫建立、水環(huán)境模擬、環(huán)保應(yīng)急反應(yīng)等方面的應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上進一步分析了GIS的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：Arcgis；地理信息系統(tǒng)；水環(huán)境；應(yīng)用

中圖分類號 X824 文獻標識碼 A 文章編號 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

水是人類生產(chǎn)、生活賴以生存的重要資源。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，水環(huán)境問題日益凸顯，如水資源利用不合理、造成水質(zhì)污染嚴重等。1997年發(fā)布的?世界水資源綜合評估報告?里明確指出，水環(huán)境問題將會對未來全球經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生嚴重的影響[1]。根據(jù)《中國水利年鑒》等資料的統(tǒng)計，我國2010年發(fā)生水資源沖突6998起，2011年發(fā)生水資源沖突7672起，2012年發(fā)生水資源沖突8423起，2013-2015年水資源沖突依然尖銳[2]。2007年太湖藍藻水華污染、2011年廣東化州市高嶺土廠排污事件等都在給世人敲響警鐘。而地理信息系統(tǒng)在解決這些問題方面都發(fā)揮了重要的作用。

2 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計算機軟硬件的支持下，對空間相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示，并采用地理模型分析方法，適時提供多種空間和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)而建立起來的計算機技術(shù)系統(tǒng)[3]。

GIS的基本功能包括：空間數(shù)據(jù)采集、空間數(shù)據(jù)處理、空間數(shù)據(jù)存儲、分析模型建立、空間信息分析、空間信息輸出、各種地圖制作等，其中空間分析功能是GIS的核心功能[4]。如圖1所示。

GIS起源于20世紀60年代，伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展發(fā)展至今，美國、加拿大等發(fā)達國家率先研究GIS技術(shù)，目前在GIS技術(shù)和應(yīng)用方面都比較成熟先進[6]。20世紀80年代初，我國地理信息系統(tǒng)工作進入起步階段，1994年中國GIS協(xié)會在北京成立，標志著中國GIS行業(yè)已經(jīng)形成一定規(guī)模。隨著社會的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)也成為管理決策的重要組成部分。未來地理信息系統(tǒng)也將朝著網(wǎng)絡(luò)化、綜合化、精細化方向發(fā)展。

3 GIS在水環(huán)境中的應(yīng)用

3.1 流域水環(huán)境數(shù)據(jù)庫的建立 利用GIS空間數(shù)據(jù)的采集、存儲及可視化功能，可以建立流域水環(huán)境資源數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫包含流域地形，人口分布，流域內(nèi)工廠企業(yè)基本信息以及危險化學(xué)品信息、流域水質(zhì)類別，主要污染物質(zhì)等。通過流域水環(huán)境數(shù)據(jù)庫的建立，使用戶更加直觀清晰的了解流域的基本概況，同時也為使用者和管理者查詢流域基本信息帶來便捷。

3.2 集成管理 GIS數(shù)據(jù)庫的集成，可以使一個數(shù)據(jù)庫不同要素數(shù)據(jù)集的集成，也可以是不同數(shù)據(jù)庫之間的集成?？梢詫IS數(shù)據(jù)庫集成用于流域范圍影響方面。將一個流域范圍內(nèi)多條河流、水文、水質(zhì)、污染狀況、主要污染物等信息進行集成，從而考察他們對于流域的綜合影響。

3.3 水資源評價與規(guī)劃 GIS具有疊加分析、緩沖區(qū)分析、三維分析、距離分析等應(yīng)用功能，使用者可以利用GIS的這些功能對河流或者流域進行污染源分析、影響范圍分析預(yù)測、影響因素分析等。利用水資源空間和屬性信息的整合，以基于地理信息系統(tǒng)平臺開發(fā)的鎮(zhèn)江市水資源管理決策系統(tǒng)[7]為例，系統(tǒng)借助GIS對水資源進行監(jiān)控和管理分析水質(zhì)變化及未來變化趨勢，為決策者更好的開發(fā)利用水資源而服務(wù)。

3.4 地表水與地下水水環(huán)境模擬 將原有的水文、水質(zhì)、地形、地貌以及河流相關(guān)信息匯總整理成數(shù)據(jù)庫，通過輸入連接到Arcgis軟件中，由計算機進行統(tǒng)一管理，利用這些數(shù)據(jù)，建立相關(guān)模型，對河流水環(huán)境進行模擬，利用地理信息系統(tǒng)軟件強大的圖形圖像處理功能，將流域內(nèi)的所有特征充分顯示出來，并可以以地圖、圖片等多種形式輸出結(jié)果。柳佳斌等將三維仿真地理信息系統(tǒng)與二維的地理信息系統(tǒng)有機結(jié)合，進行洪水演進模擬和系統(tǒng)分析[8]。程軍蕊等以寧波市皎口水庫為例，對流域水質(zhì)時空變化特征進行模擬[9]。孫啟宏等[10]利用GIS動態(tài)分段技術(shù)實現(xiàn)了河流一維水質(zhì)擴散模擬和空間顯示分析。

3.5 洪水預(yù)估和分析 將GIS與航空攝影、遙感影像、水文模型相結(jié)合，可以用來預(yù)測洪水淹沒范圍。將淹沒范圍圖與人口分布、土地利用類型、周邊基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等信息相結(jié)合，從而對洪水進行綜合全面分析，在此基礎(chǔ)上預(yù)測洪水的影響范圍，為救援搶險提供相關(guān)的決策支持。陳凱[11]結(jié)合湖南冷水灘區(qū)洪水淹沒評估系統(tǒng)實例，在GIS技術(shù)支持下，對洪水淹沒評估系統(tǒng)從洪水淹沒計算與洪水淹沒評估兩方面進行研究。endprint

3.6 非點源污染 污染大體可以分為點源污染和非點源污染。非點源污染又稱面源污染，其具有的隨機性、廣泛性、滯后性、模糊性、潛伏性等特點[12]。非點源污染的研究需要綜合和顯示多種相互交錯的空間信息。因此，在水污染治理中，可以通過對不同土地利用類型與流域內(nèi)水文、水質(zhì)狀況影響的研究，減少因空間信息數(shù)據(jù)的變動而導(dǎo)致的不確定性。

3.7 無資料地區(qū)水文模擬 通過GIS分析流域內(nèi)地形、地貌、土壤覆蓋情況、植被分布狀況等地理信息，從而獲取無資料區(qū)水文分析模型所需要的參數(shù)信息，利用模型對無資料區(qū)水文環(huán)境進行模擬分析。趙宏臻等[13]應(yīng)用GIS技術(shù)根據(jù)DEM進行流域劃分、水流方向確定等處理，并結(jié)合流域水文地質(zhì)圖、土壤分布圖等建立GIS圖層，進而構(gòu)建淮北分布式水文模型。結(jié)果表明，該模型可用于無資料地區(qū)的排澇水文計算。

3.8 環(huán)保應(yīng)急反應(yīng) 對于重大水環(huán)境事件，如危險化學(xué)品的泄露，藍藻、水華爆發(fā)等。這些水環(huán)境事件發(fā)生突然，需要環(huán)境保護部門具有較高的環(huán)境應(yīng)急能力。利用GIS技術(shù)，結(jié)合GPS、RS技術(shù)，對環(huán)境事件發(fā)生的地點以及周圍的地址地形、人口分布、工礦企業(yè)、危險品倉庫的分布等信息進行定位顯示，同時對污染物質(zhì)進行追蹤，判斷其擴散過程。輔助上級主管部門制定相關(guān)的安全防范措施。上海市環(huán)保局在2000年12月率先啟動了環(huán)保應(yīng)急系統(tǒng)[14]。

4 GIS在水環(huán)境領(lǐng)域中發(fā)展趨勢

4.1 多學(xué)科的綜合利用 測繪學(xué)、地理學(xué)、制圖學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、計算機科學(xué)以及其他需要進行空間數(shù)據(jù)處理和分析，GIS是進行數(shù)據(jù)采集、分析、存儲、顯示的強大工具。因此，GIS具有多學(xué)科交叉的特征，它既要吸取諸多相關(guān)學(xué)科的精華和營養(yǎng)，并逐步形成獨立的邊緣學(xué)科，又將被多個相關(guān)學(xué)科所運用，并推動他們的發(fā)展。

4.2 伴隨科技進步而發(fā)展 在未來水資源領(lǐng)域中，科技的不斷進步發(fā)展，將會推動著GIS朝著三維化、系統(tǒng)的智能化、平臺操作的便捷化以及模型模擬預(yù)測的精確化方向發(fā)展。從而更好的為廣大用戶提供服務(wù)，為環(huán)境保護部門提供決策支持。

4.3 社會化 目前，GIS多服務(wù)于政府機構(gòu)或者其他相關(guān)企業(yè)，普通群眾對于GIS的了解微乎其微。未來，GIS應(yīng)用將更加普遍和社會化。不再僅僅局限于政府機構(gòu)部門或者是有需要的企業(yè)，為他們提供技術(shù)服務(wù)和決策支持，而是隨著應(yīng)用的廣泛化深入千家萬戶，最終服務(wù)于廣大人民群眾。

5 結(jié)語

應(yīng)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，將水環(huán)境中各項數(shù)據(jù)與流域的空間信息相聯(lián)系，進而進行水資源利用和管理以及水環(huán)境模型預(yù)測，實現(xiàn)水環(huán)境問題可視化，為管理部門規(guī)劃與決策提供依據(jù)。相信隨著GIS技術(shù)的不斷發(fā)展，它在水環(huán)境領(lǐng)域的運用會進一步得到擴展和完善，而水環(huán)境管理也會因它而更加方便。

參考文獻

[1]張利平，夏軍，胡志芳.中國流域水資源狀況月水資源安全問題分析[J].長江流域資源與環(huán)境，2009，18（2）：116-120.

[2]周愛群，吳鳳萍.從典型案例看我國水資源沖突管理制度的缺失[J].內(nèi)燃機與配件，2016（12）：98-102.

[3]張超，陳丙咸，鄔倫.地理信息系統(tǒng)[M].北京：高等教育出版社，1995.

[4]余明，艾延華.地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[5]陳文鋒，戴宏民，周均，等.地理信息系統(tǒng)技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用[J].重慶工商大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，26（1） ：31-34

[6]毛志紅.地理信息系統(tǒng)（GIS）發(fā)展趨勢綜述[J].城市勘測，2002（1）：25-28.

[7]沈翼軍，鄭銘，徐進，甘欣欣.基于GIS的水資源管理決策系統(tǒng)[J].排灌機械，2004，22（2）.

[8]柳佳斌，張延華.基于GIS的洪水模擬仿真研究[J].科技信息，2009（31）.

[9]程軍蕊，王侃，馮秀麗，等.基于GIS的流域水質(zhì)模擬及可視化應(yīng)用研究[J].水利學(xué)報，2014，45（11）.

[10]孫啟宏.利用動態(tài)分段技術(shù)進行河流一流水質(zhì)擴散模擬研究[C].中國地理信息系統(tǒng)協(xié)會第三屆年會論文集，1997：440-449.

[11]陳凱.基于GIS的洪水淹沒評估系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].災(zāi)害學(xué)，2009，24（4）：35-39.

[12]付永虎，劉黎明，任國平. 平原河網(wǎng)地區(qū)非點源污染風(fēng)險差異化分區(qū)防控研究[J].長江流域資源與環(huán)境，2017，26（5）：713-722.

[13]趙宏臻，陳鳴，吳永祥，等.淮北平原分布式除澇水文模型及應(yīng)用[J].水資源保護，2014（4）：14-17.

[14]劉敏.上海環(huán)保應(yīng)急熱線系統(tǒng)中GIS和GPS技術(shù)的應(yīng)用[J]. 環(huán)境保護，2001（16）：42-43.

（責(zé)編：徐煥斗）endprint