GIS在地下水监测、管理中的应用

张晓环

(西北大学 城市与环境学院，陕西 西安 710127)

GIS在地下水监测、管理中的应用

张晓环

(西北大学 城市与环境学院，陕西 西安 710127)

GIS当前处入快速发展时期，随着软件、硬件、网络等的换代更新，将更好地应用于各行各业。针对地下水监测、管理工作过程中，所涉及的信息很大一部分都与空间相关，综合阐述GIS在地下水监测、管理中的应用。

地下水;GIS管理

地下水监测是系统获得第一手水文地质信息的有效手段，在地下水管理中具有不可替代的作用［1］。而不同的监测数据来自不同的观测系统、监测手法，具有来源复杂、格式多样、尺度不同等特点，因此，采用先进的技术平台对监测数据进行管理存储、管理、更新与有效的分析是解决以上问题的关键。

GIS技术在国外发展于本世纪60年代，我国则始于80年代，经过了几十年的发展，现已步入快速发展阶段。它是在计算机硬、软件系统支持下，对地理数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题［2］。

1 GIS在地下水监测上的应用

对地下水的有多方面的监测，张周平等人应用GIS实现了对地面沉降与地下水位的监测，以SuperMap作为开发平台，采用ORACLE公司的ORACLE数据库与 SuperMap SDB数据引擎，在此基础上进行二次开发，实现地面沉降与地下水位动态监测的科学化和自动化管理［3］;ESRI建立了地下水地理信息系统，管理有害物质对加州地下水的污染;王旭东等人运用ArcGIS、数据库技术和水质评价模型建立天津市地下水环境质量评价系统，实时动态对地下水质污染状况进行监测并预测发展趋势，做得控制污染源［4］。戴长雷等人，选择应用软件开发工具 Visual Basic 6.0、数据库设计工具Microsoft SQL Sever 2000、组件式 GIS应用开发工具 MapObjects设计了基于GIS的地下水监测管理信息系统(GMSMIS)，能够以信息共享模式提供地下水监测信息的统计、分析、查询等信息服务，运用图表、文字、图形等方法使监测信息更直观化、形象化，进而进一步规范地下水资源优化调度和日常管理，为评价、管理和决策提供信息基础平台［5］。

2 GIS在地下水管理上的应用

EL.Kai等人将GIS作为模型外壳，建立二维数值模拟模型，用于数据管理和模型的前后处理;Maidment应用GIS做了比利时Voer流域的降水和径流相关情况的空间分析，为该流域的地表水与地下水的联合调度与管理提供了可靠的科学依据［6］;K.E.Kenneth在 GIS环境下，建立了地下水勘探开发、模拟、评价与管理系统［7］;武强等研究开发了以 Mapinfo为平台的塔里木盆地地下水资源管理系统［8］;戴长雷等人开发了基于地下水信息管理系统分析［9］;杨旭等人采用组建式GIS技术，从系统结构、系统功能、数据库结构、集成方式等方面完成了地下水动态管理系统的设计，实现了地下水动态管理［10］。陈佩佩等人基于GIS技术开发的徐州市地下水资源信息系统，为地下水资源管理决策者提供了方便快捷的现代化管理工具［11］;丁尚起等人采用 GIS，.NET和3D技术建立了塘沽地下水资源管理系统，实现了地下水相关资料的管理、查询、分析以及辅助决策和三维展示功能［12］。

3 GIS在地下水监测、管理应用原理

GIS是一个技术手段并非追求目标，以通过GIS实现对地下水的监测、管理。GIS是一门学科也是一门技术，同时还是一个复杂的系统工程。GIS在地下水监测、管理上的应用主要是利用GIS的关键技术(GIS软件平台、二次开发平台)、空间数据库技术或GIS相关理论、理念等，设计、定制与开发一个管理系统，对地下水进行监测与管理。

3.1 获取监测数据

利用GIS对地下水领域的监测与管理需要获取地下水监测数据，包括空间数据与属性数据。首先确定监测区与监测内容，布设监测网点，提取监测信息，有动态监测信息与非动态监测信息，形成监测点的空间数据，带有明确坐标系下的坐标值、唯一标识码，并录入到监测点所对应的点要素的属性表中以便进行空间分析与处理。

3.2 数据库的建立

将监测数据通过数据库技术对其进行录入，可采用关系型数据库对其进行存储管理。监测数据是大量与空间地理位置相关联的数据，并非单纯的属性数据，因此，目前较多系统二次开发采用ORACLE进行管理，并基于ArcGIS的空间数据库引擎(ArcSDE)对监测数据进行管理。是否需要采取海量数据库引擎需根据数据量及分布情况再另行考虑(特定监测区的监测网点数量、内容);并对不同用户对数据库访问设置不同权限，以保证数据的安全性与一致性。

3.3 监测、管理系统的研发、定制

开发语言可选择VB，也可选用VC或其他的语言，并基于ArcEngine进行二次研发，遵循B/S+，C/S体系结构，可采用ArcIMS技术，实现分布式管理，并实现监测数据的输入、输出、查询、修改、分析、统计、可视化等，以便对地下水进行监测、管理。各个功能如下:

3.3.1 输入

监测管理系统形成的第一步，输入过程包括监测点空间数据的数字化:将获取的硬拷贝数据，按照一定的数学法则，进行数字化，特定的投影、特定的坐标系，录入与空间数据相关的属性数据，单井基本信息、抽水试验资料、参数数据、历史和实时、动态监测数据等;系统建立完成后，可实时将动态监测数据输入系统，以期进一步分析、管理与应用。

3.3.2 查询

通过友好的查询界面实现对单个机井的基本情况(水位、水量、水质、结构与地层、文档等)进行查询浏览的功能，空间几何实体与属性数据的链接，可按照属性与空间位置对一项或多项监测数据进行查询并高亮显示，也可通过网络远程凭权限对数据进行查询。

3.3.3 修改更新

不同的用户有不同的权限，具有修改权限的用户根据采集资料对数据库进行更新。更新内容包括新增加的监测数据，修改变动的监测数据。

3.3.4 分析

通过地下水参数等以及一定的地下水分析模型对地下水水量、水质分析评价。系统分析模型的建立是实现分析效果好坏的关键。

3.3.5 统计

将水质数据中的各水质评价指标按时序以二维或三维的柱状或曲线图表达;可定制专业报表:水质报表、水位报表、土质实验成果报表;制作钻孔资料柱状图，按指定数据表中数据绘制钻孔结构剖面图，并提供打印输出功能;水质检验，对数据库中水质数据按不同孔号进行水质检验，并列出检验结果。

3.3.6 可视化

可视化即将分析结果以形象直观为特性输出分析、查询结果。可视化包括二维、三维。二维就是制作专题地图，统计报表也可与专题地图结合;三维即在数据库空间数据中载入高程数据，可生成DEM，即进行线性拉伸，实现地形的三维可视化，将分析结果更形象、更直观的展现在用户面前，供用户进行决策参考。

3.4 系统的维护

一个系统要长期有效运行，对其进行维护是不可缺少的工作。主要包括数据库的维护、分析模块的优化、系统整体优化。

4 结语

本文首先从GIS在国内、外监测、管理上的应用，并在此基础上以ESRI公司产品系列为例提出了GIS在监测、管理中的一般原理。

基于GIS技术对地下水进行监测、管理，效率的高低受较多因素影响:采集的技术手段，技术标准，数据的采集频率;计算机软硬件的技术;更大一部分依赖于分析模型的设计与优化。技术人员需有地下水方面的相关知识，同时用户沟通，做好需求分析，这也是监测管理的重点。

当然，对于应用平台、开发平台与数据库管理平台可根据不同的需求、不同的目标、不同的性价比来选取以获取较高的经济效益、社会效益。

［1］［以］Bachmat Y著.水利部水文司译.地下水观测计划的管理〔M〕.瑞士日内瓦:世界气象组织秘书处.1992.

［2］汤国安，等.地理信息系统［M］.北京:科学出版社.2000:2.

［3］张周平.西安市地面沉降与地下水位动态监测信息管理系统设计与实现:proceedings of the现代工程测量技术发展与应用研讨交流会论文集［C］.2005.

［4］王旭东，等.基于 ArcGIS的天津市地下水环境质量评价系统［J］.南水北调与水利科技.2003，1(6):13 ～16.

［5］戴长雷，迟宝明，林岚，et al.基于gis的地下水监测管理信息系统(Gmsmis)分析与设计［J］.遥感技术与应用.2005，(06).

［6］E.L.Kai，et a1..Use of a geographic information system in site—specific groundwater modeling［J］.Groundwater.1994，32(4):617～625.

［7］Tang Changyuan，et a1..Regional groundwater model with GIS ic .30‘International Geological Congress.Beijing，China，1996，1:471.

［8］武强，等.塔里木盆地水资源开发管理的地理信息系统［J］.中国矿业大学学报，1999，28(1):78 ～81.

［9］戴长雷，迟高林.基于gis的地下水信息管理系统分析［J］.世界地质.2004(02).

［10］杨旭，黄许闾.基于组件式gis的地下水动态管理系统设计与开发［J］.地理与地理信息科学.2004，(01).

［11］陈佩佩，等.GIS支持下岩溶地下水资源信息系统的开发与应用［J］.中国岩溶.2000，19(1):28～34.

［12］丁尚起.滨海新区塘沽地下水资源管理系统［J］.山西建筑.2010，36(26).

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1004－1184(2012)03－0079－02

2012－02－03

张晓环(1982－)，女，广西柳州人，在读硕士研究生，主攻方向:数字高程模型。