基于GIS技術(shù)的水質(zhì)安全應(yīng)用

臧浩　楊冰潔　宋雪麗　吳倩敏　王家興

摘? 要：進(jìn)入21世紀(jì)以來，人類社會已經(jīng)全面進(jìn)入信息時代，信息技術(shù)越來越深刻地改變著人類生活與社會面貌。作為全球信息化浪潮重要組成部分的的地理信息系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用，日益受到科技界、企業(yè)界和政府部門的廣泛關(guān)注。同時越來越多的企業(yè)將GIS技術(shù)應(yīng)用到水資源領(lǐng)域。水質(zhì)安全已經(jīng)成為生產(chǎn)和生活中重要的一項(xiàng)因素，其決定著公眾的安全，社會的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。文章將闡述GIS技術(shù)的基本概念，探討GIS技術(shù)在水資源安全管理、建立水資源地理空間數(shù)據(jù)庫、防洪減災(zāi)以及水污染規(guī)劃等方面的應(yīng)用，并有效地將水質(zhì)安全與先進(jìn)的GIS技術(shù)結(jié)合在一起，從而提高生產(chǎn)工作上的效率。

關(guān)鍵詞：GIS;水質(zhì);安全

中圖分類號：X824? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）07-0167-02

Abstract： Since the beginning of the 21st century， human society has entered the information age in an all-round way， and information technology is changing the face of human life and society more and more profoundly. As an important part of the global information tide， the construction and application of geographic information system （GIS） has been paid more and more attention by the scientific and technological circles， enterprises and government departments. At the same time， more and more enterprises apply GIS technology to the field of water resources. Water quality safety has become an important factor in production and life， which determines public safety， social stability and economic development. This paper expounds the basic concept of GIS technology， discusses the application of GIS technology in water resources security management， establishment of water resources geospatial database， flood control and disaster reduction and water pollution planning， and effectively combines water quality safety with advanced GIS technology， so as to improve the efficiency of production work.

Keywords： GIS; water quality; safety

1 GIS的基本介紹

地理信息系統(tǒng)（GIS）是集環(huán)境科學(xué)、管理科學(xué)、測繪學(xué)、遙感學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、地理科學(xué)等學(xué)科為一體的新型邊緣學(xué)科。是由計算機(jī)硬件、軟件和不同的方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計來支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問題。GIS能夠及時而又準(zhǔn)確的向地球科學(xué)工作者、各類管理與生產(chǎn)部門提供有關(guān)區(qū)域分析、方案優(yōu)化、戰(zhàn)略決策等方面可靠的地理（或空間）信息。地理信息系統(tǒng)正在成為IT領(lǐng)域空間的發(fā)展動力之一。GIS憑借其空間分析功能被廣泛應(yīng)用于資源評估、環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害預(yù)測、國土監(jiān)管、城市規(guī)劃、通訊工程、交通運(yùn)輸、軍事安全、公安安全、水利電力、公共設(shè)施的管理、農(nóng)林牧業(yè)、統(tǒng)計、商業(yè)金融等幾乎所有領(lǐng)域。

2 水質(zhì)安全的重要性

如今中國正在全面建設(shè)小康社會，居民的安全成為國家關(guān)注的重中之重，而水質(zhì)安全對于居民的生活安全具有重大意義，水質(zhì)安全也是制約農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要力量之一，因此居民飲水水質(zhì)安全問題成為當(dāng)前社會和人民有待解決的關(guān)鍵問題。據(jù)近幾年的水質(zhì)調(diào)查研究報告顯示，農(nóng)村水資源質(zhì)量嚴(yán)重下跌，首先是近幾年自然災(zāi)害帶來的環(huán)境問題，再次為工業(yè)的迅速發(fā)展對環(huán)境的污染十分嚴(yán)重，另一原因?yàn)檗r(nóng)村水資源來源錯綜復(fù)雜。這些因素導(dǎo)致農(nóng)村水質(zhì)逐年降低。為國家的發(fā)展和社會的進(jìn)步以及居民生活質(zhì)量水平的提高，分析水污染的原因，加強(qiáng)水質(zhì)管理，改善水資源質(zhì)量，保證水質(zhì)安全成為當(dāng)前社會發(fā)展的首要考慮問題之一。

3 水質(zhì)污染原因分析

一是工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生的殘渣帶來的污染。當(dāng)前世界各國均大力發(fā)展工業(yè)，我國也不堪落后，在五六十年代，我國工業(yè)迅速發(fā)展，隨著我國現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)的不斷邁進(jìn)，產(chǎn)出的工業(yè)殘渣也逐漸增多，廢渣廢水的大量排放使得工業(yè)污染已經(jīng)逐步從城市蔓延至農(nóng)村，尤其是近十幾年內(nèi)大量的工廠搬遷地區(qū)，逐漸地從城市遷移到了農(nóng)村，導(dǎo)致一些地區(qū)的水質(zhì)遭到破壞。逐年累計，一些突發(fā)性的惡性水污染事件在農(nóng)村不斷發(fā)生，一起起的事件不僅會給農(nóng)民的身體健康甚至生命安全帶來威脅，而且對社會的穩(wěn)定帶來影響。二是水資源的來源錯綜復(fù)雜。據(jù)調(diào)查研究，我國南北方大部分村莊附近周圍均有河流，湖泊或水庫，加之村民知識面狹窄，因此農(nóng)村飲用水的水源主要來自于陰雨天氣降落的雨水、水庫、河流、溪水、池塘、湖泊以及地下水和窖藏水等等。尤其是遇至干旱缺水時間間隙，往往需要儲存雨水和雪水，儲存時間一久，大量細(xì)菌滋生，嚴(yán)重污染水源。三是農(nóng)村生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的污水排放。近年來，農(nóng)業(yè)在生產(chǎn)過程中，使用的農(nóng)藥化肥過多，加之農(nóng)作物靠近河岸，導(dǎo)致大量的有害物質(zhì)流入至河流和湖泊之中，使農(nóng)村的水源遭到破壞污染。加上在日常生活中居民對水質(zhì)概念淡薄，因此無節(jié)制的排放污水，忽視了對環(huán)境的保護(hù)，導(dǎo)致飲用水水源被污染。四是保護(hù)水質(zhì)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度不高。飲用水的保護(hù)設(shè)施在很多農(nóng)村比較缺乏，加之管理不到位，對于水質(zhì)預(yù)警和監(jiān)測方面缺乏相應(yīng)的體系，有些村莊甚至存在部分水源人畜共用狀況。多量飲用水在農(nóng)村往往沒有經(jīng)過消毒處理就直接供給居民飲用，導(dǎo)致很多飲用水中的具有嚴(yán)重超標(biāo)的有害成分，這些成分無色無味，難以發(fā)現(xiàn)，成為危害人體健康的禍源。五是村民知識缺乏，難知安全用水的常識。安全用水的宣傳在我國早期發(fā)展階段未能達(dá)到應(yīng)有的力度，主要原因還是我國對于安全用水方面的知識儲備并未全面，導(dǎo)致多數(shù)情況下難以判斷飲用的水源質(zhì)量是否達(dá)到可以飲用的標(biāo)準(zhǔn)，加上農(nóng)村投到飲用水安全方面的精力嚴(yán)重匱乏，促使農(nóng)村的飲用水安全受到了極大的威脅。

這幾類是常見于農(nóng)村的水質(zhì)危害的原因，綜上所述，不僅需要提高居民的水質(zhì)安全意識，而且需要找到一種合理高效的水質(zhì)檢測技術(shù)，通過多個方面提高水質(zhì)安全的保障。

4 GIS技術(shù)在水質(zhì)安全方面的實(shí)際應(yīng)用

4.1 依靠GIS技術(shù)對水質(zhì)進(jìn)行合理安全管理

在進(jìn)行水資源管理工作時，在地理信息系統(tǒng)中引入GIS技術(shù)，不但可以有效地幫助從業(yè)人員合理、有效的進(jìn)行水資源的開發(fā)和利用，而且還可以有效的促進(jìn)對水資源的深入分析和研究，從而實(shí)現(xiàn)對水資源的科學(xué)管理。在進(jìn)行水資源管理的具體工作時，可以利用GIS技術(shù)建立完善的水資源信息管理系統(tǒng)，利用大量的監(jiān)測水資源數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對水資源的合理開發(fā)和利用[1]。同時，在GIS技術(shù)的支持下打造水資源管理模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對水資源的合理利用，減少對水資源的浪費(fèi)，提高管理人員的管理效率，實(shí)現(xiàn)水資源的合理調(diào)配與使用。

4.2 依靠GIS技術(shù)建立水資源地理空間數(shù)據(jù)庫

利用GIS技術(shù)為進(jìn)行水文水資源管理建立完善的水文水資源地理空間數(shù)據(jù)庫是非常重要的工作。GIS技術(shù)本身具有較強(qiáng)的空間特征，能夠?qū)崟r進(jìn)行數(shù)據(jù)資料的更新和信息的傳遞。同時，還具有十分清晰的可視化效果，使各類信息能夠清晰地呈現(xiàn)出來。而想要從數(shù)據(jù)中得到信息，數(shù)據(jù)處理過程是非常重要的環(huán)節(jié)。所謂數(shù)據(jù)處理過程，是指對數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集、篩選、排列、歸類、轉(zhuǎn)換、存儲、檢索、計算，以及后期的分析、模擬和預(yù)測等操作過程。數(shù)據(jù)處理的目的在于：（1）把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成便于觀察、分析、傳輸或進(jìn)一步處理的形式;（2）把數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，使所搜集的數(shù)據(jù)成為對正確管理和決策有用的數(shù)據(jù);（3）把編輯后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，以供后續(xù)使用。從而保障水資源數(shù)據(jù)庫能夠?qū)崟r獲取到準(zhǔn)確的水文資料。

4.3 依靠GIS技術(shù)進(jìn)行防洪減災(zāi)工作

隨著我們國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，給生態(tài)環(huán)境帶來了非常惡劣的影響。近年來洪澇災(zāi)害頻發(fā)，不僅造成了不可估量的經(jīng)濟(jì)損失，還危害了人們的生命和財產(chǎn)安全。而在水文數(shù)據(jù)信息監(jiān)測過程中，不但需要對河流的水位、流量、降水等信息進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)測、全面的掌控，而且還需要對旱、澇情、水質(zhì)、地形地貌、氣候條件、河流狀況、綠化情況、水利設(shè)施等各種信息進(jìn)行獲取。利用GIS非常強(qiáng)大的信息整合能力，對獲取的信息進(jìn)行全面的整合，建設(shè)專門有效的預(yù)報系統(tǒng)。充分發(fā)揮GIS的優(yōu)勢。除此之外，GIS技術(shù)還可以實(shí)時獲取水文的準(zhǔn)確情況，利用GIS技術(shù)對相關(guān)情況進(jìn)行處理，并進(jìn)行全面的評估工作，做好預(yù)防工作，將災(zāi)害損失降到最低[2]。

4.4 依靠GIS技術(shù)進(jìn)行水污染控制規(guī)劃

工農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展，人們對工農(nóng)業(yè)高速發(fā)展負(fù)面影響的認(rèn)識速度相對滯后，預(yù)防不夠，導(dǎo)致了全球性的環(huán)境污染，然而在環(huán)境污染中最為嚴(yán)重的為水污染。在進(jìn)行水污染控制規(guī)劃時，一般借助GIS技術(shù)來獲取相關(guān)信息。地理信息系統(tǒng)的優(yōu)勢就是在于它的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和對有效的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成、獨(dú)特的地理空間分析、快速的空間定位搜索和復(fù)雜的空間查詢、圖形的快速生成和可視覺化的表達(dá)手段，以及地理過程的演化模擬和空間決策支持功能等。利用地理信息系統(tǒng)，工作人員可以分析和查看空間信息數(shù)據(jù)的資料，幫助工作人員進(jìn)行分析水質(zhì)變化情況和以后的發(fā)展情況。建立水污染監(jiān)測體系，能夠及時了解水污染的治理情況。即使在治理過程中出現(xiàn)了問題，也可以依靠該系統(tǒng)迅速做出反應(yīng)，及時進(jìn)行相關(guān)的調(diào)整，并制定相關(guān)的措施[3]。

5 GIS的發(fā)展趨勢

5.1 繼續(xù)完善GIS規(guī)范

由于目前我國在開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上，還不夠完善統(tǒng)一，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)模式和開發(fā)平臺較多，獲得的數(shù)據(jù)也不一樣，信息共享方面也存在很多問題。所以，在未來的工作中，對GIS進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)范是非常重要的。而且還需要培養(yǎng)GIS技術(shù)的應(yīng)用型人才，從而推動GIS技術(shù)的發(fā)展。

5.2 聯(lián)合RS技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用

根據(jù)當(dāng)前水文水資源領(lǐng)域的現(xiàn)狀分析，GIS技術(shù)聯(lián)合RS技術(shù)可以有效的調(diào)高GIS技術(shù)的工作效率，增強(qiáng)其完整性和準(zhǔn)確性。具體的要與無人機(jī)技術(shù)、因特網(wǎng)通信技術(shù)、虛擬顯示等多種相關(guān)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)而形成綜合的信息技術(shù)。在進(jìn)行水文水資源相關(guān)信息的收集和工作的實(shí)施時，通過GIS技術(shù)和RS技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，使實(shí)際工作中的效率和成本控制都有了顯著的提升[4]。

6 結(jié)束語

眾所周知，水資源在人類日常生活和生產(chǎn)過程中是不可或缺的重要能源，然而伴隨著工業(yè)與經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我們賴以生存的生活環(huán)境被日益破壞。工廠排放，生活垃圾排出等一系列肆意破壞行為都是造成水污染的關(guān)鍵原因。水質(zhì)安全問題不僅是與人類生存和發(fā)展過程中最緊密的環(huán)境問題之一，還是人類生活、經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的主要核心問題之一，為此基于GIS技術(shù)，我們研究了其在水質(zhì)安全方面的應(yīng)用，使該技術(shù)能夠?yàn)樗|(zhì)的保護(hù)和改善提供合理有效的數(shù)據(jù)分析，讓GIS技術(shù)可以在水文領(lǐng)域發(fā)揮其最有價值的意義。

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