張 馳，楊聯(lián)安

(西北大學 城市與環(huán)境學院，陜西 西安710127)

地下水作為當今淡水資源的重要組成部分，擁有重要價值和作用。現(xiàn)階段，地下水監(jiān)測技術主要可以分為人工監(jiān)測和自動監(jiān)測兩種方式?，F(xiàn)有的地下水監(jiān)測方式，對于小范圍地下水資源還可使用，但是對于大范圍的地下水資源的研究和管理工作，需要融合地理信息技術，更好地快速的對大面積地下水環(huán)境狀況進行監(jiān)測，達到宏觀、快速、綜合、動態(tài)地完成地下水的監(jiān)測工作。

1 地下水動態(tài)監(jiān)測技術現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，地下水監(jiān)測技術主要可以分為人工監(jiān)測和自動監(jiān)測兩種方式。而在我國，對地下水的監(jiān)測主要是以人工監(jiān)測方式為主，然后通過人工的方式進行數(shù)據(jù)整理和傳輸，這對于海量且復雜的地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理是很不方便的。從地下水的自動監(jiān)測方面來看，我國的監(jiān)測技術的普及程度是遠遠不及西方發(fā)達國家的地下水監(jiān)測自動化程度。水質(zhì)監(jiān)測由于其監(jiān)測頻次要求低、監(jiān)測要素復雜、監(jiān)測費用昂貴等，不論在國外還是國內(nèi)，一般都是人工取樣監(jiān)測方式，因此從監(jiān)測頻次上來看，由于我國擁有一支完整的水文專業(yè)技術隊伍，對地下水監(jiān)測頻次還是明顯高于國外的［1］。

對于地下水的監(jiān)測內(nèi)容，主要由水位、水質(zhì)、水溫三大部分組成。

地下水水位的監(jiān)測是地下水數(shù)據(jù)中較為重要的數(shù)據(jù)之一，而如今現(xiàn)有的大部分監(jiān)測站的任務便是對地下水位的監(jiān)測，又叫做對埋深的監(jiān)測。人工地下水位的監(jiān)測主要采用的方法有測蠱和電接懸錘式水尺。此類方法較為簡單，目前測蠱一直在大范圍內(nèi)進行使用，但是使用該方法進行測量時會產(chǎn)生很大的誤差，水位測量值不會很準確。而電接觸懸錘式水尺便于攜帶，對使用者的要求并不高，而且其測量精度也較高，因此其優(yōu)勢較大。而自動監(jiān)測地下水位主要是應用浮子式地下水位計、壓力式地下水位計等。浮子式地下水位計結構簡單、可靠，便于操作維護。只要測井口徑滿足安裝要求，測井的傾斜度滿足要求，可以用于所有地點，水位測量的準確性也較高［2］。

人工地下水水質(zhì)監(jiān)測也是主要以人工方式為主，研究人員通過地下水采樣泵和采樣器對地下水進行采樣，再進行人工化驗的方式進行水質(zhì)監(jiān)測。也可以通過便攜式自動測量儀進行半自動半人工的地下水采樣和測量分析過程。水質(zhì)自動監(jiān)測可以分為電極法水質(zhì)自動檢測方法和抽水采樣自動分析方法，目前基本上都是采樣電極法水質(zhì)自動測量［3］。

地下水水溫的書瑤監(jiān)測工具便是數(shù)字式溫度計測溫。在實際應用中，對水溫的測量常常可以與水質(zhì)信息的測量一并進行，將多傳感器與數(shù)字溫度計相聯(lián)系即可。

2 3S技術在地下水監(jiān)測中的應用

3S技術是以現(xiàn)代信息技術為基礎，以遙感技術(Remote Sensing，簡稱 RS)、全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，簡稱GPS)，地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，簡稱GIS)為主要手段，以計算機、現(xiàn)代網(wǎng)絡技術和通訊技術為支撐技術，實現(xiàn)大容量空間數(shù)據(jù)的獲取、存儲、管理、分析等一系列處理方法的實現(xiàn)的技術體系。地理信息技術可以在地下水監(jiān)測的各個環(huán)節(jié)得到應用。

2.1 遙感技術的應用

遙感是利用遙感器從空中獲得地面物體性質(zhì)的方法，它可以根據(jù)不同物體對波譜的反射相應不同的原理，來識別地物。按照遙感平臺分類，可以將遙感分為:地面遙感、航空遙感、航天遙感。利用飛行器上載有的遙感器來獲取地面數(shù)據(jù)資料，并從中獲取信息，進行記錄、傳送、分析和判讀來識別地物。

遙感作為一種可以遠距離進行綜合探測的技術，可以解決地下水大面積監(jiān)測難的問題。利用遙感技術，可以根據(jù)地表冰雪、徑流等可進行遙感監(jiān)測信息進行分析，根據(jù)其變化特點，估算地下水補給量和勘探區(qū)域地下水資源存儲量，確定其空間分布范圍，評價地下水水質(zhì)，對地下水動態(tài)變化進行監(jiān)測與預測［4］。

2.2 GPS技術的應用

GPS是一種結合衛(wèi)星以及通訊發(fā)展的技術，利用導航衛(wèi)星進行當行定位，利用GPS進行全球導航定位具有定位精度高、觀測時間短、提供三維坐標、操作簡便、全天候作業(yè)等特點。

GPS憑借其操作簡單、定位精度高、觀測時間短等特點，可以供研究人員進行現(xiàn)場采樣定位，獲取地下水采樣點的三維空間信息，可以為地下水三維建模提供可能，也可以提高定位精度和速度。如今GPS在地下水資源的管理和監(jiān)測中應用比較廣泛，例如王海英［5］等人利用GPS、GIS技術與PMWIN地下水模型技術在冀北壩上高原綜合資源評估中聯(lián)合應用，其中GPS在該研究中就被用來作為地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡中監(jiān)測井的定位工作。

2.3 GIS技術的應用

GIS是基于計算機硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)的技術支持下，對地球空間中有關地理空間數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示以及綜合應用的綜合性技術系統(tǒng)。GIS技術可以將具有空間信息特征的事物進行聯(lián)系、描述分析，進而得到一系列客觀規(guī)律，模擬現(xiàn)實世界，模仿現(xiàn)實世界的一些發(fā)展過程。

地下水空間分布不均勻，信息雜亂，且控制點少，造成了傳統(tǒng)方法對于地下水研究工作的展開的阻力。而GIS技術憑借其強大的大容量空間數(shù)據(jù)管理集成功能，以及對于空間信息的分析功能，為地下水數(shù)據(jù)的采集存儲、空間分析，以及后續(xù)的管理和研究工作提供了重要的技術支撐。

20世紀70年代，美國田納西流域管理局首次將GIS技術引入水資源的管理中，利用GIS技術的處理和分析功能，將田納西各個流域的數(shù)據(jù)進行處理分析，為其后續(xù)的管理規(guī)劃工作提供了參考資料以及決策服務。20世紀80年代后，計算機技術的飛速發(fā)展，GIS在水資源以及水文研究領域的應用也逐漸變得地舉足輕重。20世紀90年代以來，在水文學和水資源管理研究中，GIS技術的應用已經(jīng)成為一個熱點內(nèi)容。1993年在維也納召開“地理信息系統(tǒng)在水文學和水資源管理中的應用”專題會議［6］;1995年，美國科羅拉多大學召開了“水資源系統(tǒng)的模擬與管理專題學術會議”等。國內(nèi)的地下水資源管理和研究與地理信息技術相結合始于20世紀80年代，之后其發(fā)展非常迅速。例如:雷靜［7］結合GIS技術，根據(jù)唐山市平原區(qū)的具體情況對唐山市平原區(qū)地下水脆弱性進行了評價，并繪制了唐山市平原區(qū)地下水分布圖，分析結果和該地區(qū)實地測出的硝酸鹽的濃度吻合度相對較好。武強［8］等人利用Mapinfo作為平臺，開發(fā)了“塔里木盆地水資源開發(fā)管理的地理信息系統(tǒng)”，將GIS技術運用于塔里木盆地的水資源開發(fā)和管理的應用中，實現(xiàn)了GIS與水文地質(zhì)學的專業(yè)分析的結合。

3 地理信息技術的集成應用

在實際應用中，地理信息技術常常相互交叉滲透。RS技術為GIS技術提供了數(shù)據(jù)參考源，將數(shù)據(jù)的更新提供途徑，GIS的強大分析功能彌補了RS的分析功能的不足，GPS技術能夠提高定位精度，形成三維坐標，為GIS的空間建立三維模型提供可能，GIS技術實現(xiàn)空間可視化［9］。

利用RS技術實現(xiàn)對地下水的動態(tài)監(jiān)測，加快地理信息數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)更新，使數(shù)據(jù)更加實時化。利用GPS技術對大范圍地下水動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡進行定位，獲取地下水監(jiān)測參數(shù)的空間三維數(shù)據(jù)，為GIS系統(tǒng)建立空間三維模型奠定基礎。GIS模型和地下水專業(yè)模型相結合［10］，建立基于GIS的地下水監(jiān)測系統(tǒng)。

圖1 基于地理信息技術的地下水監(jiān)測網(wǎng)絡

4 結語

大范圍的地下水信息數(shù)據(jù)容量大，空間信息復雜，基于傳統(tǒng)地下水動態(tài)監(jiān)測技術，地理信息技術可以使大范圍地下水監(jiān)測工作的數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)管理功能更加準確化和實時化，并且可以讓地下水網(wǎng)地圖的三維可視化技術和多維空間分析技術得以實現(xiàn)。隨著地理信息技術的發(fā)展，將提供更多的適用于地下水監(jiān)測的功能。大數(shù)據(jù)技術、移動互聯(lián)技術、三維模擬技術在地理信息技術的滲透更加強了地理信息技術在地下水監(jiān)測的廣泛應用。地理信息技術在地下水監(jiān)測中的應用具有很大潛力。

［1］楊建青，章樹安，陳喜，等.國內(nèi)外地下水監(jiān)測技術與管理比較研究［J］.水文.2013，03:18 －24.

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［3］王愛平，楊建青，楊桂蓮，等.我國地下水監(jiān)測現(xiàn)狀分析與展望［J］.水文.2010，06:53 －56.

［4］阿布都瓦斯提·吾拉木，秦其明.地下水遙感監(jiān)測研究進展［J］.農(nóng)業(yè)工程學報.2004，01:184 －188.

［5］王海英，王明瑜.GPS、GIS技術與PMWIN地下水模型技術在冀北壩上高原綜合資源評估中聯(lián)合應用［J］.地下水.2005，05:76－79.

［6］趙軍，賈艷紅.國外GIS在地下水管理與研究中的應用和啟示［J］.地下水.2005，03:166－168.

［7］雷靜，張思聰.唐山市平原區(qū)地下水脆弱性評價研究［J］.環(huán)境科學學報.2003，01:94 －99.

［8］武強，鄒德禹，董東林，等.塔里木盆地水資源開發(fā)管理的地理信息系統(tǒng)(GIS)［J］.中國礦業(yè)大學學報.1999，01:85－88.

［9］謝海輝.GIS在水資源管理中的應用研究［D］.南昌大學.2007.

［10］魏加華，李慈君，王光謙，等.地下水數(shù)值模型與組件GIS集成研究［J］.吉林大學學報(地球科學版).2003，04:534 －538.