14第十四章新技術(shù)方法在本文地質(zhì)工作中的應(yīng)用2

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1、第十四章 新技術(shù)方法在水文地質(zhì)工作中的應(yīng)用第一節(jié) 遙感技術(shù)在地下水研究中的應(yīng)用遙感技術(shù)之所以能被應(yīng)用于地下水研究，是因?yàn)樵摷夹g(shù)能夠顯示地表特征，同時(shí)航空地球物理學(xué)還能夠提供地面以下的信息。遙感技術(shù)在地下水研究中的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：第一，遙感圖像顯示地表特征。到目前為止，遙感獲取的地下水信息大多是通過定性推理和半定量的方法獲取的，并與水文地質(zhì)數(shù)據(jù)相結(jié)合，使其具有實(shí)際意義。一般來說，遙感中應(yīng)用的電磁波來源于地表或地表以下較淺土層（少于1m）的輻射或反射，因此，利用遙感不能直接探測(cè)深層含水層。但是，遙感技術(shù)為水文地質(zhì)工作者提供了常規(guī)地球物理方法以外的一種有效方法，即可以通過航空和衛(wèi)星像片解譯得

2、到的地表特征來推測(cè)含水層的位置。從衛(wèi)星圖像中還可以獲取地面調(diào)查甚至低空航空像片所無法得到的地面信息。在植被或灌木層覆蓋稠密的地區(qū)，雷達(dá)能穿透地表覆蓋物，顯示地表特征，因此雷達(dá)圖像在揭示地形起伏和地表粗糙度方面很有價(jià)值。第二，航空地球物理學(xué)（如航空磁測(cè)調(diào)查）能提供地面以下的信息，但其分析結(jié)果不唯一，因此，必須對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理解釋。非地面的微波傳感器具有一定的穿透能力，但僅能獲取一定條件下的信息，如粗粒物質(zhì)、地質(zhì)條件簡單和水位較淺的地區(qū)的信息。在一些特殊情況下，微波圖像能呈現(xiàn)沙漠中部分被掩埋的古河網(wǎng)，從熱紅外圖像上能直接識(shí)別裂隙帶。航空像片初步用于地下水的探測(cè)已經(jīng)有多年的歷史，近年來逐漸被衛(wèi)

3、星圖像數(shù)據(jù)取代，特別是陸地衛(wèi)星Landsat系列。衛(wèi)星圖像可以提供區(qū)域的概略特征、大尺度區(qū)域的地表特征，這些信息在航空?qǐng)D像和地面調(diào)查中往往不易獲取。通過衛(wèi)星圖像可以推斷出地層結(jié)構(gòu)及地層中巖石成分等。在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，可根據(jù)衛(wèi)星圖像上的地面采樣點(diǎn)進(jìn)行插值，再與單獨(dú)進(jìn)行野外調(diào)查的方法相比，就能更準(zhǔn)確地確定地表結(jié)構(gòu)，同時(shí)更加經(jīng)濟(jì)。總體來說，對(duì)航空像片或衛(wèi)星圖像的分析應(yīng)該在實(shí)地調(diào)查之前進(jìn)行，這樣可以排除貧水地層，確定需進(jìn)一步調(diào)查的區(qū)域。通過遙感數(shù)據(jù)能夠提取的地下水信息量的多少，取決于區(qū)域地質(zhì)、氣候條件和地表覆蓋類型等因素。在干旱和半干旱區(qū)，地表覆蓋物較少，很容易從遙感圖像上解譯地質(zhì)特征；在有植被覆蓋

4、的地方，由于地表覆蓋物和下伏地層之間聯(lián)系緊密，因此航空和衛(wèi)星圖像的解譯結(jié)果需要結(jié)合實(shí)地調(diào)查來驗(yàn)證。斷層、斷裂帶和其他線性構(gòu)造的存在表明可能含有地下水。同樣，沉積地層或特定地層的露頭，表明可能存在隱伏型的含水層。由于遙感方法主要限于地表特征的研究，因此利用遙感技術(shù)研究地下水的第一步主要是對(duì)地表特征和地貌形態(tài)進(jìn)行描述。淺層地下水可以通過土壤含水量、植被類型變化和模式來推定。在一個(gè)流域盆地中，地下水的補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)可以通過土壤、植被和淺層含水層或上層滯水的特征來推測(cè)。遙感監(jiān)測(cè)地表溫度變化的技術(shù)已經(jīng)用于推斷和確定淺層地下水和泉水。這些溫度的變化主要是由地下水的高熱容量在夏季產(chǎn)生熱沉，在冬季產(chǎn)生熱源所導(dǎo)

5、致的。近地表的土壤、土壤水分和植被溫度快速響應(yīng)氣象條件，而地下水的溫度變化則以日和季節(jié)為周期而衰減。合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)（SAR）在地下水監(jiān)測(cè)中也有很大的應(yīng)用潛力，特別是在干旱和極干旱地區(qū)，長波雷達(dá)的穿透能力和雷達(dá)探測(cè)土壤含水量的能力，使得SAR在干旱區(qū)地下水探測(cè)中成為一個(gè)很有價(jià)值的工具。機(jī)載側(cè)視雷達(dá)（SLAR）已經(jīng)成功地用于編制全球范圍的構(gòu)造特征圖，而在此之前由于永久云層的覆蓋或厚植被的影響，全球范圍的構(gòu)造特征圖一直沒有編制成功。與此同時(shí)，構(gòu)造特征圖還可以用陸地衛(wèi)星來輔助解譯。一、衛(wèi)星圖像在地下水研究中的意義衛(wèi)星圖像包含了許多地質(zhì)和水文信息，但這些信息必須通過對(duì)圖像進(jìn)行分析和解譯才能獲得。解譯的

6、參數(shù)包括地貌類型、排水模式、植被特性、土地利用方式、線性和彎曲的構(gòu)造特征以及圖像色調(diào)和紋理等。在干旱區(qū)，植被特性可能反映地下水的深度和水質(zhì)狀況。衛(wèi)星數(shù)據(jù)是全球范圍制圖和地質(zhì)調(diào)查的唯一數(shù)據(jù)源，其他信息源或不存在或不精確。分析衛(wèi)星圖像是區(qū)域研究中最有效的方法，也是快速、經(jīng)濟(jì)地獲取地下水信息的方法。區(qū)域范圍大、分辨率低的圖像，比單點(diǎn)的測(cè)試并更適合獲取總體含水層信息。對(duì)陸地衛(wèi)星或SPOT圖像解譯的意義在于：1）可減少不必要的實(shí)地勘探；2）更詳細(xì)地確定需研究和實(shí)地調(diào)查的區(qū)域；3）獲取新的、更好的地質(zhì)和水文信息；4）具有其他勘探方法所不能實(shí)現(xiàn)的大區(qū)域視野。然而，需要強(qiáng)調(diào)的是，遙感僅僅是一種提供信息源的手段

7、，它不能取代地下水調(diào)查常用的傳統(tǒng)技術(shù)方法，如地面的地質(zhì)及水文地質(zhì)調(diào)查、地面物探等，但由于衛(wèi)星圖像某些獨(dú)特的特性，使它在地下水勘察方面具有特殊的價(jià)值。二、遙感圖像分析原理衛(wèi)星圖像是地表特征的本質(zhì)反映，由反映景觀的自然、生物結(jié)構(gòu)和人文特征要素組成。這些要素是圖像分析的線索。相似要素的組合能反映相似的水文地質(zhì)狀況。水文地質(zhì)工作者的任務(wù)是對(duì)具有地質(zhì)和水文意義的各種要素的組合進(jìn)行判斷、描繪、確定和分類，這必須遵循圖像解譯的原則，充分利用圖像的特征，如色調(diào)、色彩、紋理、圖案、大小、形狀、位置、高程和關(guān)聯(lián)性等。圖像分析的過程是解譯，景觀特性可劃分為以下幾個(gè)類型：1）地形在地球表面是一個(gè)可識(shí)別的自然特征（如基

8、巖山地、火山、沖積扇、冰川特征）。例如，可以認(rèn)為地下水與地表水的流向一樣，從坡度高的地方流向坡度低的地方，沿著沖積扇向下流動(dòng)；在大的流域盆地，可以認(rèn)為粗顆粒物質(zhì)是由排水系統(tǒng)遷移產(chǎn)生，被細(xì)顆粒物質(zhì)和透水性較小的物質(zhì)所覆蓋。2）排水特性包括盆地的大小和形狀、排水模式和密度、河谷形狀、河道位置和支流的角度，基巖的裂隙和斷裂也影響排水方式。3）地表植被（包括自然和人為植被）類型和土壤類型。河谷或盆地內(nèi)植被密集說明水分條件適宜，地下水離地表較近。一般地，岸邊植被和濕地植被在假彩色圖像上顯示為鮮紅色，而旱生植被可能顯示為褐色且分布稀疏。4）許多類型景觀的外貌呈直線或輕微的曲線。許多線狀特征在圖像上不連續(xù)，

9、需擴(kuò)展或連接。5）曲線勻稱，如圓形、橢圓形或精確的形狀。其分析與線形類似。6）排水方式的密度、紋理明顯。紋理細(xì)的排水系統(tǒng)說明排泄區(qū)由細(xì)顆粒沉積物組成，下滲相對(duì)緩慢。下滲最大的地區(qū)主要是河流沿岸。三、圖像的選擇用于地下水分析的遙感圖像的選擇標(biāo)準(zhǔn)與遙感應(yīng)用不同，圖像的正確選擇可以大大促進(jìn)地下水的勘察。對(duì)于陸地衛(wèi)星 Landsat TM圖像或SPOT圖像，波段和成像時(shí)間的選擇很重要。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，圖像選擇時(shí)要遵守以下原則：選擇太陽高度角低的圖像。當(dāng)太陽高度角相對(duì)較低（低于45）時(shí)，地表形態(tài)和一般的地形特征由于地形陰影而得到增強(qiáng)。選擇黑白的紅外圖像。對(duì)于陸地衛(wèi)星Landsat圖像，7波段圖像適宜描述景觀特

10、征而不會(huì)被植被的色調(diào)所混淆。至少選擇一幅假彩色圖像。假彩色組合在突出植被類型和模式的同時(shí)，顯示地表形態(tài)和排水模式，最大地突出了各種植被類型之間的差異。植被密度和亮度是分析地下水位置和邊界的線索。在干旱季節(jié)的圖像上，濕生植被顯示為鮮紅色，而水分條件不適宜的植被則呈現(xiàn)暗紅色或褐色。選擇兩幅來自不同軌道的黑白圖像。兩幅不同軌道（和日期）的圖像，能呈現(xiàn)研究區(qū)域粗略的立體場(chǎng)景。把軌道偏移或有輕微偏差的圖像沿著軌道航跡進(jìn)行疊加能體現(xiàn)出立體效果。雖然圖像不能用于制作高精度的高程圖，但可確定坡度和地表形態(tài)，這對(duì)于SPOT圖像更為重要，因?yàn)楂@取SPOT圖像的傳感器不是垂直方向的。目前，航空像片和衛(wèi)星圖像的解譯應(yīng)

11、用最多。在許多情況下，對(duì)遙感像片特殊波段的分析可以解決特定的問題。下面介紹幾種不同的遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用的實(shí)例：1淺部含水層沖積階地沉積物和冰積物是地下水賦存的良好場(chǎng)所，這些階地沉積物可以通過它們與土地覆蓋和排水條件的關(guān)系來識(shí)別。因此，牛軛湖和老河道的出現(xiàn)是沖積物沉積層的指示標(biāo)志。 Zigich和 Kolm于 1982年驗(yàn)證了陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)在美國東南達(dá)科他地區(qū)快速、經(jīng)濟(jì)地確定冰積前河谷位置的方法。將冬季時(shí)相的Landsat波段5和波段7圖像假彩色鑲嵌后，根據(jù)其呈現(xiàn)的形狀、排水模式和色調(diào)模式，可以推斷埋藏谷的存在與否。淺層地下水可以通過地表植被類型、分布模式的變化來推斷。文化特征諸如農(nóng)業(yè)耕作現(xiàn)狀也能推斷含

12、水層的存在。Myers和Moore于1972年在James河流低地的研究中指出，谷物是邊緣區(qū)的主導(dǎo)作物，而牧場(chǎng)和苜蓿是階地和河漫灘主要的土地利用類型。在近年的研究中，Rahn和Moore于1981年用多時(shí)相的Landsat圖像編制了近地面冰積含水層圖。其解譯結(jié)果主要是根據(jù)不同作物的反射光譜的相似性來獲得的。因此，一個(gè)排水盆地的地下水補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)可以根據(jù)土壤、植被、淺層或滯水含水層的位置來推斷。通過對(duì)熱輻射圖像中近地表地下水溫度差異的分析，可確定沖積沉積物、淺層地下水、泉和排泄區(qū)。利用熱紅外數(shù)據(jù)，選擇適當(dāng)?shù)募竟?jié)和日期，可以推斷淺層地下水的存在。然而，蒸散發(fā)速率不同的植被覆蓋、地形和其他環(huán)境因素

13、常常會(huì)影響圖像的解譯結(jié)果。Heilman和Moore于1982年通過HCMM數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)估算得出了地表溫度和地下水埋藏深度之間的關(guān)系。通過地表溫度可以推測(cè)地下水埋深。對(duì)砂壤土模擬研究的結(jié)果顯示：地下水埋深小于90cm的情況下可以探測(cè)，而地下水埋深大于90cm的情況則不能探測(cè)。這個(gè)結(jié)果是在特定的條件下，通過土壤水分和溫度模型模擬得到的。如果沒有這種模型，則很難區(qū)分地下水位是受地形起伏還是受氣象因素的影響。SAR數(shù)據(jù)在干旱和極度干旱區(qū)淺層地下水探測(cè)的應(yīng)用潛力已經(jīng)由SARA和SARB圖像所證實(shí)。長波雷達(dá)有很強(qiáng)的穿透能力，尤其適用于干旱地區(qū)。SARA數(shù)據(jù)在撒哈拉沙漠應(yīng)用效果很好。從SARA所得到的圖像上

14、可以看到廣闊的被沙漠所掩埋的河谷和小河道網(wǎng)。這些現(xiàn)象在以前的觀測(cè)中從來沒有發(fā)現(xiàn)過，主要是由于排水網(wǎng)絡(luò)在可見光傳感器中被阻擋。根據(jù)土壤水分也能判明淺層地下水的存在。2團(tuán)體地質(zhì)介質(zhì)巖石中的主要含水層或含水帶區(qū)域是沿著斷層和裂隙帶存在的，因?yàn)檫@些地方水力傳導(dǎo)率和潛在的蓄水量較大。斷層和裂隙在地表上的分布，在航空像片和衛(wèi)星圖像上常呈線狀或曲線狀，可以分辨。當(dāng)然，不是所有的線狀特征都是斷層或裂隙，因此，只能依靠背景信息選擇最可能的線狀特征。目前，有許多研究嘗試減少圖像解譯的人為主觀性。已有人嘗試應(yīng)用空間濾波方法（如Hough變換）確定線狀特征，但其圖像經(jīng)常出現(xiàn)由錯(cuò)誤解譯得到的偽信息。 Kaufman等于

15、 1986年應(yīng)用高空間分辨率的衛(wèi)星圖像（Landsat TM）輔助水文地質(zhì)研究，確定了希臘的伯羅奔尼撤喀斯特巖溶地區(qū)地下水的排水模式。他們將TM圖像1、4、7波段進(jìn)行組合，根據(jù)所得圖像的紋理和植被密度特征確定巖性單元。由于從喀斯特地區(qū)排出的淡水流向Argos海灣，因此可以確定主要的地下水流路徑。TM熱波段還可以監(jiān)測(cè)近海區(qū)水下的泉。Landsat數(shù)據(jù)的解譯已經(jīng)成為全球范圍水文地質(zhì)研究的一個(gè)有價(jià)值的工具。Gurney等于 1982年用衛(wèi)星數(shù)據(jù)在博茨瓦納的喀拉哈里高原輔助地下水資源評(píng)價(jià)，野外調(diào)查隊(duì)將衛(wèi)星數(shù)據(jù)和有限的航空像片相結(jié)合，從而研究下伏砂石含水層的地質(zhì)特征。Zall和 Russell于 198

16、1年應(yīng)用陸地衛(wèi)星圖像 Landsat數(shù)字增強(qiáng)和數(shù)字拉伸技術(shù)。數(shù)字增強(qiáng)處理增加了由于巖性特征、地質(zhì)構(gòu)造和土壤水分等因素引起的稀少色調(diào)的灰度級(jí)。數(shù)字拉伸技術(shù)也增強(qiáng)了線性特征、裂隙、斷層和排水河道的特征，這些特征在沒有經(jīng)過處理前是很難判斷的。雷達(dá)對(duì)地表粗糙率和地形起伏較敏感，因此可以用于監(jiān)測(cè)巖性、地表形態(tài)和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。雷達(dá)有穿過云層和植被覆蓋的能力，這使它成為全球范圍大尺度制圖和地質(zhì)調(diào)查的工具。盡管雷達(dá)只能直接探測(cè)淺層地下水，但在監(jiān)測(cè)人類難以到達(dá)地區(qū)的地表形態(tài)和地質(zhì)構(gòu)造工作中的應(yīng)用，使它成為監(jiān)測(cè)地下水的有力工具。四、遙感技術(shù)在區(qū)域地下水資源評(píng)價(jià)中的應(yīng)用遙感技術(shù)在區(qū)域地下水資源評(píng)價(jià)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下

17、兩個(gè)方面：水文地質(zhì)條件的概化。根據(jù)地表和地下地質(zhì)現(xiàn)象，建立三維水文地質(zhì)框架；估計(jì)區(qū)域地下水面；最后，通過地下水流識(shí)別系統(tǒng)，建立概念性的地下水模型（特別是在地下水的補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)）。水均衡。一旦概念性模型建立完畢，就意味著已經(jīng)考慮了所有可以獲取的信息以及地質(zhì)、地下水位和基流數(shù)據(jù)，并討論了邊界上的補(bǔ)給量、蒸散發(fā)損失量和地下水灌溉量等。如果研究區(qū)包含以下兩個(gè)特性必通過遙感資料可以推斷出該地區(qū)的空間分布；地下水資源稀缺，并受地表狀況的影響，如土地覆蓋、土地利用。則可以把這個(gè)地區(qū)看作是補(bǔ)給區(qū)。1三維水文地質(zhì)條件三維水文地質(zhì)條件通過圖像解譯和實(shí)地水文地質(zhì)勘察得到，可由鉆孔柱狀圖和地球物理數(shù)據(jù)等融合而成。目

18、前，許多研究已經(jīng)闡述了如何應(yīng)用圖像解譯進(jìn)行水文地質(zhì)制圖和定性評(píng)價(jià)。第四系沉積物在地質(zhì)圖中不易區(qū)分。由于第四系沉積物在遙感圖像上比較容易區(qū)分（特別是在干旱區(qū)），所以常通過解譯遙感圖像來制圖。對(duì)于第四系火山地貌，識(shí)別其地表形態(tài)和分割程度的難易與相對(duì)年代有密切的關(guān)系。火山的年代與其緊實(shí)程度有密切的聯(lián)系，這反過來也影響透水性、基流和總補(bǔ)給。2地下水面一年中某個(gè)時(shí)期地下水位的重構(gòu)，需要利用地形圖、水井的水頭數(shù)據(jù)和基流信息來區(qū)分因地下水和河流之間的相互作用而引起的河流入流或出流。水頭高程必須精確，常見的問題是沒有實(shí)地的勘察資料又要確定其高程大小。這時(shí)利用角反射器、雷達(dá)干涉技術(shù)可以提高精度。否則，兩次記錄的

19、圖像之間的地表狀況（水分含量、植被等）就不會(huì)發(fā)生變化。圖像解譯能確定哪些區(qū)域是地下水位較淺的地區(qū)。這主要是由于地下水在地表或近地表的出現(xiàn)是由地形洼地、靜態(tài)的潛水水位或上升的地下水流系統(tǒng)的出流造成的，它們能對(duì)植被、土壤相對(duì)含水量、土地利用或排水系統(tǒng)產(chǎn)生影響。這些信息都能在遙感圖像上識(shí)別出來。如果要了解區(qū)域特征，植被可以作為一個(gè)指示器，植被類型能從遙感圖像上識(shí)別。例如，在歐洲的地中海地區(qū)，河邊柳樹、白楊和夾竹桃是淺層地下水的指示器。在河間地的硬巖地帶，沒有地下水濕生植物，說明地下水狀況較差。地形特征也能作為地下水的指示，例如，小沼澤、濕地、湖泊和滲流區(qū)；高密度排水和河流的轉(zhuǎn)化區(qū)域；季節(jié)性的砂質(zhì)河床

20、由寬到窄的變化區(qū)域；蜿蜒曲折的常年流水的小溪流等。在區(qū)域水文地質(zhì)研究中，封閉或半封閉狀態(tài)下的承壓水的信息時(shí)常缺乏或僅僅在抽水的含水層中才有。潛水區(qū)或承壓水區(qū)能通過水文地質(zhì)推理獲得。但也需要實(shí)地觀測(cè)，遙感圖像僅僅能間接地提供這方面的信息。值得注意的是地下水面的重建是人工操作的過程，需要有足夠多的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，在這種情況下，采用內(nèi)插的方法才有意義。有兩點(diǎn)需要注意：經(jīng)常耕作的區(qū)域，地下水位較淺，一般為13m，但在遙感圖像上卻沒有明確的顯示；在山區(qū)，判斷淺層地下水是否是上層滯水、季節(jié)性的或是否是地下水體的黏著面，可以通過遙感圖像解譯，結(jié)合實(shí)地勘察的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)解決。3地下水流系統(tǒng)地下水流系統(tǒng)理論的提出應(yīng)

21、歸功于Toth（1962年），因?yàn)樗峁┝怂牡刭|(zhì)遙感圖像深入解譯的背景。據(jù)估計(jì)，一個(gè)盆地5%30的地表區(qū)域由地下水流出區(qū)組成。在水文地質(zhì)數(shù)據(jù)缺乏的地區(qū)，橫斷面特征顯著的簡單二維水流模型能輔助水文地質(zhì)遙感圖像的解譯。通過不同的假設(shè)，模型的結(jié)果常能幫助我們從不同的視角對(duì)遙感圖像進(jìn)行處理。更深一步講，模擬指導(dǎo)實(shí)地研究。例如，在印度尼西亞的火山山坡，地下水出流的分布可以通過灌溉的稻田來反映，因其稻田常用出流的地下水來灌溉，干旱季節(jié)的河流可用于觀測(cè)基流。這些數(shù)據(jù)資料（如與水平和垂直透水性有關(guān)的火山地質(zhì)狀況和地下水位）可以作為所建立模型的幾何輸入值。此時(shí)建立模型需不斷調(diào)整參數(shù)，直到模擬的出流率與實(shí)地觀測(cè)

22、值一致。比利時(shí)學(xué)者Batelaan于1993年曾利用遙感來做過相應(yīng)的研究，其模擬的出流區(qū)和植被響應(yīng)之間的一致性較好。如果上升的地下水和周圍干旱區(qū)域的溫度存在差別，通過高空間分辨率的衛(wèi)星（如 TM的 6波段）或航空熱波段可研究地下水的流出區(qū)。在寒冷季節(jié)，地下水出露地區(qū)比周圍地區(qū)的溫度要高，而夏季正好相反。但是熱波段遙感圖像難以解譯這種現(xiàn)象，通常要與多波段圖像進(jìn)行對(duì)比。其中植被可能會(huì)對(duì)研究結(jié)果有一定的影響，在溫度較低的情況下（實(shí)際上是低反射率），植被高蒸騰的地區(qū)不能被認(rèn)為是地下水的出流區(qū)。在熱輻射圖像上，如果地下水上升區(qū)的海面濃度低而周圍海面濃度高，這時(shí)熱輻射對(duì)比明顯，那么海濱地帶地下水的滲漏或上

23、升就可以通過遙感圖像監(jiān)測(cè)。如果含水層中的地下水處于受壓狀態(tài)，與海水面相距較遠(yuǎn)，并且有較好的區(qū)域水流路徑，如斷層裂隙和喀斯特空隙等，那么就會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象。4永均衡分析在上述討論的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步進(jìn)行地下水易污性評(píng)價(jià)。如果數(shù)據(jù)資料充足，就可應(yīng)用地下水?dāng)?shù)值模型。遙感解譯可用于評(píng)價(jià)地下水上層邊界狀況，特別是在地下水灌溉和補(bǔ)給規(guī)劃中的評(píng)價(jià)。5地下水灌溉規(guī)劃在許多地方，缺乏地下水灌溉規(guī)劃，所以需要開發(fā)一個(gè)地下水模型，故要求同時(shí)有穩(wěn)定態(tài)和瞬時(shí)態(tài)的信息。操作步驟是：第一步確定灌溉面積；第二步計(jì)算作物蒸散發(fā)量。如果時(shí)相選擇適當(dāng)，灌溉面積的大小可以通過多光譜衛(wèi)星遙感圖像確定。正在灌溉的作物和非灌溉的植被覆蓋區(qū)在圖

24、像上有明顯的差別。如果在直方圖中分割高植被覆蓋度（NDVI）值和低NDVI值，花崗巖地區(qū)使用地下水灌溉的作物在圖像上就顯示為白色。如果情況更復(fù)雜，就需要運(yùn)用多光譜遙感圖像的監(jiān)督分類來確定地下水的灌溉區(qū)。河流灌溉和地下水灌溉區(qū)不易區(qū)分，通常需要實(shí)地勘察。根據(jù)Doorenbos和 Pruitt于 1977年提出的方法，計(jì)算作物蒸散發(fā)量，通常需要首先確定作物的生長階段，并為每一種作物在每個(gè)生長階段確定一個(gè)生長系數(shù)。6地下水補(bǔ)給當(dāng)采用土壤水分平衡方法計(jì)算地下水補(bǔ)給量時(shí)，遙感信息的提取主要用于空間信息的估算。 （14.1）水平衡方程可寫為式中：R補(bǔ)給量；P降水量；Ic植被阻截；Qd直接徑流；ESW水體和

25、濕潤土壤的蒸發(fā)量；a系數(shù)，指土壤水分小于田間持水量時(shí)的土壤蒸發(fā)量，土壤濕潤的狀況下，a=1；Tr蒸散發(fā)量。雖然這個(gè)方程形式簡單，但確定植被阻截率和實(shí)際的蒸散發(fā)率卻是水文學(xué)中著名的難題。遙感能確定水體、植被類型和密度、裸露的土壤、基巖表面和直接徑流的相對(duì)信息。除了通常的水平衡外，還有其他特殊的特征（如模型運(yùn)行的條件、河床損失等）都影響補(bǔ)給。確定地下水補(bǔ)給的方法如下：（l）定性法在水文地質(zhì)實(shí)踐中，通常把含水層看作是均勻分布的、經(jīng)驗(yàn)估計(jì)的補(bǔ)給量。雖然，定性方法估計(jì)補(bǔ)給量可以使我們認(rèn)識(shí)到補(bǔ)給的空間差異，不同土壤覆蓋層單元的區(qū)域地貌特征可通過對(duì)遙感圖像特別是立體航空像片的可視化解譯來獲得，但地表覆蓋層的

26、質(zhì)地和深度需要實(shí)地調(diào)查。通過對(duì)每一個(gè)自然地理單元具有的地貌、土壤特性或植被特性的研究編制單元和屬性圖，但需要有一個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)把氣象和地形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成地下水補(bǔ)給數(shù)據(jù)，這也正是最難的地方。其中一種轉(zhuǎn)換方法為研究類似地區(qū)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)或進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊巴饪辈?，同時(shí)還需要加入特定的地形特征，如微排水方式等?？偟膩碚f，當(dāng)制圖單元僅僅限制在3類或4類時(shí)，偏差最小，單元信息選擇除了“高”補(bǔ)給、“低”補(bǔ)給，剩下的就是“中間”結(jié)合，直到能獲取更多的信息。砂礫沉積層、裂隙程度高的巖石露頭、地表有喀斯特的石灰?guī)r單元等，都能從遙感圖像上確定。在干旱條件下，這些單元地下水的補(bǔ)給實(shí)質(zhì)上是年降水的一部分。沒有或很少有補(bǔ)給的區(qū)域是地下水

27、的出流區(qū)、淺層土壤或巖層露頭的溢出區(qū)。其他能夠用地形進(jìn)行區(qū)別補(bǔ)給的主要是具有傳輸損失的河床。透水性能好的地層，如裂隙度高的巖石和砂礫質(zhì)的沖積物，能從航空航天圖像上識(shí)別并制圖。如果能進(jìn)行同位素測(cè)定，將其結(jié)果與制圖結(jié)果聯(lián)系起來是很有價(jià)值的。這些區(qū)域新老水體同時(shí)存在，老水體只存在于不透水層中。因此，在水流系統(tǒng)中必須考慮同位素的測(cè)定結(jié)果。把已有的地質(zhì)圖、空間降水圖和少量河流觀測(cè)點(diǎn)相結(jié)合，考慮圖像解譯的植被分布特征和自然地理解釋，定性研究地下水補(bǔ)給的空間分布特征。(2）半經(jīng)驗(yàn)法既然植被可以通過遙感圖像快速地識(shí)別和制圖，并且精度也很高，可通過研究植被來研究補(bǔ)給。理論上對(duì)植被增加補(bǔ)給存在正反兩方面的爭辯。正

28、面的觀點(diǎn)認(rèn)為由于植被覆蓋在土壤表層形成了有利的微氣象條件，土壤蒸發(fā)率低而增加了下滲率，增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，地表不會(huì)出現(xiàn)結(jié)皮。另外，腐爛的植物根系還為地下水滲漏提供了良好的通道。反面的觀點(diǎn)則對(duì)蒸散發(fā)速率提出質(zhì)疑，認(rèn)為下滲的水可能全部用于蒸散發(fā)，深層根系會(huì)吸收來自潛水面的水分。Rosenzweig于1972年得出結(jié)論：石灰?guī)r地區(qū)（年降雨量為 672mm），密集的灌木叢的蒸散發(fā)消耗了所有的降水，而一年生的草地蒸散發(fā)量僅280mm，因此余下的主要用于地下水補(bǔ)給；Finch于 1990年通過對(duì)博茨瓦納的一個(gè)區(qū)域進(jìn)行研究認(rèn)為，在 NDVI植被指數(shù)圖上的密集植被，至少臨時(shí)的土壤水分和部分降水有可能到達(dá)地下

29、水面。降雨強(qiáng)度和歷時(shí)會(huì)影響研究結(jié)果。土壤的透水性也會(huì)影響對(duì)地下水的補(bǔ)給。通過對(duì)澳大利亞砂質(zhì)環(huán)境的研究顯示，只要降雨量不是很少（如小于200mm），草地、闊葉樹和松樹三種植被就會(huì)增加地下水補(bǔ)給，在非砂質(zhì)環(huán)境很少有可對(duì)比的數(shù)據(jù)； Bosch和 Hewlett于1982年對(duì)大量成對(duì)的實(shí)驗(yàn)流域類似的蒸散發(fā)的研究結(jié)果進(jìn)行了論述，盡管這些結(jié)果主要是有關(guān)非砂質(zhì)流域的，且徑流和基流沒有明顯差別，但除草地和灌叢的蒸散發(fā)量較低有利于地下水補(bǔ)給外，其他因素均相同。Issar等于1985年對(duì)以色列的海岸沙丘區(qū)進(jìn)行研究，通過計(jì)算地下水補(bǔ)給量的公式估算蒸散發(fā)。公式為R=C（Ptr），其中經(jīng)驗(yàn)系數(shù)C與蒸發(fā)及降雨特性有關(guān)（在

30、其研究中為0.4），P是年平均降雨量，tr是蒸散發(fā)量。（3）半定量法 (14.2)自然地理和地貌特征（由遙感圖像解譯獲得）結(jié)合土地覆蓋和植被類型（由多波段圖像或增強(qiáng)的微波圖像的監(jiān)督分類獲得），可得到地表覆蓋層單元特征，通過半定量的方法進(jìn)行研究（需計(jì)算上層水平衡）。如果計(jì)算時(shí)段較長，需要計(jì)算月有效降水（Pe，等于降水減去直接徑流）和月潛在蒸散發(fā)量（ETO）。這種方法是一個(gè)簡單的簿記程序。當(dāng)水分虧缺累積量為APWL時(shí)，干旱時(shí)期（PeETO）的土壤水分（Sm）由式（14.2）決定：水分保持能力（WHC）可根據(jù)土壤質(zhì)地（假定單個(gè)地形單元是一致的）和植被類型（由光譜分類提?。﹣泶_定。該方法中，干旱季節(jié)實(shí)

31、際蒸散發(fā)量等于土壤水分加上降水量的減少量。當(dāng)PeETO時(shí)，認(rèn)為實(shí)際的蒸散發(fā)量等于潛在的蒸散發(fā)量。過剩的土壤水的削減過程能用公式表示，可通過一個(gè)線性方程計(jì)算，其參數(shù)依賴于水文地質(zhì)狀況。該方法可以在GIS環(huán)境下實(shí)現(xiàn)，用于模擬基流，而且可以進(jìn)一步擴(kuò)展采用植被覆蓋度（NDVI）值，NDVI值和作物系數(shù)相關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)WHC值和淺層地下水位波動(dòng)的削減因子進(jìn)行率定。在贊比亞，Houston于1982年成功地應(yīng)用了類似的方法估算地下水補(bǔ)給量。計(jì)算中，蒸散發(fā)以潛在的蒸散發(fā)速率計(jì)算，當(dāng)土壤水分虧缺小于根系常數(shù)時(shí)，根系常數(shù)根據(jù)區(qū)域主導(dǎo)的植被類型來估算（疏林，200mm；低矮植物，75mm；植被稀少裸土，50

32、mm）。要估算直接徑流量，需確定有效降雨量（Pe）。Rodier干1975年計(jì)算出薩赫勒小流域地區(qū)不同降水頻率的徑流系數(shù)，并通過航空像片描述流域狀況（透水和不透水）。其他地區(qū)類似數(shù)據(jù)可從區(qū)域觀測(cè)站獲得。地下水出流區(qū)由于上升流的存在，可與補(bǔ)給區(qū)進(jìn)行區(qū)分。有植被覆蓋的地下水排泄區(qū)水流損失估算的簡單方法是假定此損失等于ETO。這種假定的前提是地下水的毛管水上升到植被根區(qū)，此時(shí)，植被“不缺水”。如果干旱期較長，對(duì)于淺層根系作物或探土需根據(jù)地下水位埋藏深度和地表覆蓋物的質(zhì)地估算毛管水的上升值，以代替ETO損失值。這些都可以通過熱波段圖像進(jìn)行驗(yàn)證。這種方法很適宜通過地理信息系統(tǒng)（GIS）來實(shí)現(xiàn)，并用于確定

33、地下水埋藏深度、質(zhì)地和土地覆蓋類型。在補(bǔ)給區(qū)，蒸發(fā)損失不能大于補(bǔ)給量。（4）定量法估算空間變異的補(bǔ)給的定量方法到目前為止仍不是很精確。誤差的主要來源是不飽和區(qū)水力參數(shù)和植物根系參數(shù)的水平和垂直變異性以及確定潛在蒸散發(fā)的困難性，因?yàn)閬碜杂谡舭l(fā)池的觀測(cè)數(shù)據(jù)很少能與計(jì)算的數(shù)據(jù)（如利用PenmanMontheith模型計(jì)算所得數(shù)據(jù)）相一致。（5）地下水模型的率定在水文研究實(shí)踐中，空間的補(bǔ)給量是通過地下水模型的率定來估算的。利用觀測(cè)數(shù)據(jù)率定地下水模型的水頭模擬值后，用水流的分布與圖像解譯的相對(duì)補(bǔ)給值進(jìn)行對(duì)比是非常有用的。產(chǎn)生的誤差可能是由水力模型參數(shù)、側(cè)向邊界條件（特別是特定水頭、水流的錯(cuò)誤估計(jì)）以及圖

34、像的錯(cuò)誤解譯而3！起的。在率定結(jié)果不唯一的情況下，可能存在多種補(bǔ)給的空間分布形式。（6）一維IF他和水流模型這種模型在降雨和潛在蒸散發(fā)給定的情況下，通過土壤質(zhì)地和植物根區(qū)吸收地下水的函數(shù)，模擬水分的垂直運(yùn)動(dòng)過程。從理論上講，這類模型能把植被的分類信息轉(zhuǎn)換為補(bǔ)給量信息。然而，植物根區(qū)的函數(shù)信息主要用干作物而非天然植被。只對(duì)測(cè)定的點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插不能很好地描述區(qū)域的空間變異。能否利用遙感獲取更多的地表和地下水特性是一個(gè)比較關(guān)鍵的問題。Reeves（1992）將伽馬射線光譜法已經(jīng)應(yīng)用到地面土壤制圖中；微波傳感器也能促進(jìn)數(shù)據(jù)的區(qū)域化，而這些數(shù)據(jù)仍然依賴大量的實(shí)地勘察來獲取。（7）能量平衡針對(duì)以上困難，S

35、chultz于1988年提出了基于遙感輸入的水文模型方法，該方法能較好地應(yīng)用于補(bǔ)給量的計(jì)算?？臻g分布的補(bǔ)給量可以根據(jù)土壤水平衡方程計(jì)算，蒸發(fā)損失能根據(jù)能量平衡方程計(jì)算。這種方法減少了需要實(shí)地勘察的參數(shù)數(shù)目，但仍存在問題。五、巖石地表特征全球大部分地表都是由堅(jiān)硬巖石或石灰?guī)r組成，其孔隙度與裂隙、斷層（線狀特征）、風(fēng)化帶或喀斯特地區(qū)的充滿水的洞穴相比，透水性能限制在二級(jí)。大多數(shù)文獻(xiàn)對(duì)圖像上的線性特征進(jìn)行了研究。然而，圖像在硬巖地區(qū)最有效的應(yīng)用是區(qū)域水文地質(zhì)的地帶性分區(qū)。地帶性分區(qū)充分利用了地質(zhì)一巖相、構(gòu)造和裂隙特性一地貌、土壤和植被之間的關(guān)系。每一個(gè)具有特定的補(bǔ)給、儲(chǔ)存和地下水流特征的水文地質(zhì)帶都

36、稱為“hydrotoPe”。圖像上的線性特征是在裂隙地帶形成的線性結(jié)構(gòu)要素，可在遙感圖像上識(shí)別。解譯的線性特征是不同構(gòu)造特性的裂隙（有或沒有二次動(dòng)土填充）。裂隙帶在剝蝕作用下形成的低地形廊道那狹長的線性巖石露頭區(qū)，也被認(rèn)為是線性特征。六、地下水易行性評(píng)價(jià)遙感除用于管理地下水資源的區(qū)域水文地質(zhì)情勢(shì)外，最有效的應(yīng)用是估算補(bǔ)給量、規(guī)劃地下水灌溉和識(shí)別只有少量水文地理數(shù)據(jù)的區(qū)域水流系統(tǒng)。地表?xiàng)l件、土壤、風(fēng)化帶、地貌和植被決定地下水補(bǔ)給，并影響人工補(bǔ)給的適宜性評(píng)價(jià)和土壤水分保護(hù)措施。地下水的易污性與地表狀況直接相關(guān)。Aller等于1987年應(yīng)用指數(shù)和類似的方法，對(duì)地下水埋深、凈補(bǔ)給、含水介質(zhì)、土壤介質(zhì)、

37、地形、滲流區(qū)介質(zhì)和含水層水力傳導(dǎo)率的影響等進(jìn)行分級(jí)，生成了DRASTIC模型，它應(yīng)用權(quán)重和打分組合產(chǎn)生數(shù)值模擬結(jié)果。在全球大部分地方，上述數(shù)據(jù)都可通過遙感圖像解譯（自然地理和地貌特征）獲得。指數(shù)打分模型的不足之處是沒有考慮側(cè)向流或水流系統(tǒng)，可以用一個(gè)簡單的二維脆弱性模擬模型來改進(jìn)。另外，遙感圖像提供的實(shí)時(shí)土地利用分類信息的更新對(duì)確定農(nóng)業(yè)和點(diǎn)污染源（可從高分辨率圖上獲取圖像，如航空像片）是很重要的。七、遙感技術(shù)應(yīng)用展是除監(jiān)測(cè)淺層地下水和排泄區(qū)以外，任何技術(shù)進(jìn)步或新傳感器的發(fā)展都不可能從空間平臺(tái)直接監(jiān)測(cè)地下水位。我們期望技術(shù)能夠不斷完善和多光譜遙感數(shù)據(jù)（可見光、紅外、熱輻射和雷達(dá)）能夠得到充分利用

38、，以使每個(gè)光譜信息都能最大限度地得到利用。如果光譜信息都得到利用，融合后產(chǎn)生更真實(shí)、詳盡的圖像是可以實(shí)現(xiàn)的。地下水的航空勘探近年來已發(fā)展到由礦業(yè)發(fā)展起來的電磁勘探傳感器技術(shù)。這種技術(shù)已用于編制深度大于200m的含水層分布圖。未來，隨著遙感領(lǐng)域的不斷發(fā)展，特別是寬波段傳感器的改進(jìn)和計(jì)算機(jī)解譯技術(shù)的發(fā)展，地下水勘探技術(shù)將會(huì)有更大的進(jìn)步。到目前為止，遙感在地下水研究中的實(shí)踐應(yīng)用主要依賴定性方法，該方法需要水文地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)。立體航空像片、多波段圖像和主動(dòng)微波圖像的信息提取已經(jīng)證明了它們?cè)诰幹坪透滤牡刭|(zhì)圖中的價(jià)值。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，我們已能結(jié)合航空航天技術(shù)和地面數(shù)據(jù)，獲取地面以下的信息；衛(wèi)星圖像

39、豐富的地面信息促進(jìn)了地下水模型的不斷完善；遙感信息的充分利用使模型方法得以改善。如果不能充分利用風(fēng)化的上層裂隙區(qū)空間變異的透水性信息，那么研究堅(jiān)硬巖石的補(bǔ)給是很困難的，因此，可將遙感數(shù)據(jù)空間補(bǔ)給的分布狀況作為模型的輸入值，然后對(duì)模型進(jìn)行率定。建立在物理基礎(chǔ)上計(jì)算實(shí)際蒸散發(fā)與土壤水分以及監(jiān)測(cè)補(bǔ)給量的方法，在以后將更受歡迎。用熱波段和氣象衛(wèi)星（如 NOAA AVHRR）的植被指數(shù)來計(jì)算蒸散發(fā)量的方法近年來已經(jīng)得到很大的發(fā)展，如 Bastiaanssen于 1998年的研究。在南非，已經(jīng)有人將被動(dòng)微波衛(wèi)星圖像用于確定地表土壤水分。這些數(shù)據(jù)主要用于結(jié)合土壤水流來估算地下水補(bǔ)給量。主動(dòng)微波遙感圖像理論包

40、含土壤水分信息，但植被覆蓋對(duì)后向散射的影響則必須通過先驗(yàn)知識(shí)來剔除，這也進(jìn)一步加深了其應(yīng)用的復(fù)雜性。最近10年，水文地質(zhì)數(shù)據(jù)庫和地理信息系統(tǒng)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)綜合技術(shù)以及水文模型的集成得到了快速發(fā)展。因此，遙感信息現(xiàn)已能嵌入到計(jì)算模型中。在未來的發(fā)展過程中，這一定會(huì)促進(jìn)地下水補(bǔ)給和排泄兩個(gè)重要研究方向的發(fā)展。第二節(jié) GIS技術(shù)在地下水研究中的應(yīng)用在地下水研究中應(yīng)用GIS技術(shù)，是由于地下水研究需要組織、定量和解釋大量的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)。早期的地下水模擬研究需要把地圖、圖表等信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可讀的數(shù)據(jù)格式。這些工作費(fèi)時(shí)、冗長，并且容易出現(xiàn)誤差。水文信息，如降水、參數(shù)信息（如水力傳導(dǎo)度）、參數(shù)格式（如井的位置和

41、流量值）以及輔助信息（如邊界條件），都需要海量數(shù)據(jù)的組織和管理。事實(shí)上，所有這些信息都是空間分布的，在某些情況下，還是時(shí)間分布的。其中許多數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中以地圖形式存在，如柵格形式、矢量格式或數(shù)據(jù)表形式的圖像。由于計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在這些信息可以有效地通過GIS系統(tǒng)來存取。這使地下水模擬工具成為一個(gè)集成化的、基于Windows的、界面友好的、面向圖形的、功能綜合的數(shù)據(jù)輸入、分析和預(yù)處理系統(tǒng)。相關(guān)方面的軟件有GIM（argus one geograPhic information modeling）、PTC（Princeton transport code）和 MODFLOW、MT3D等。利

42、用 GIS方法，可以利用原始的空間信息來進(jìn)行工作，例如，由地圖提供的信息。這些信息一般是用通用的、大多數(shù)人都能理解的術(shù)語，而不是用地下水模擬的特殊的術(shù)語來分類和描述?？梢暬挠?jì)算機(jī)圖形方法使數(shù)據(jù)的組織和分析更加直觀。一、地下水地理信息系統(tǒng)概述（一）概念地下水地理信息系統(tǒng)是地理信息系統(tǒng)在地下水資源環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用的產(chǎn)物，是基于地下水資源環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用的地理信息系統(tǒng)。在地理信息系統(tǒng)的分類體系中，地下水地理信息系統(tǒng)屬于行業(yè)性的地理信息系統(tǒng)。地下水地理信息系統(tǒng)是采集、存儲(chǔ)、管理、分析、顯示與應(yīng)用地下水資源環(huán)境地理信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是分析和處理地下水資源環(huán)境地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)。它正廣泛地應(yīng)用于地下水資源開發(fā)利

43、用、保護(hù)及管理，地下水水質(zhì)污染及水環(huán)境評(píng)價(jià)，地下水模擬及可視化，水源地保護(hù)，地表水和地下水聯(lián)合調(diào)度及地下水空間決策支持系統(tǒng)等領(lǐng)域，成為地下水資源環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。（二）結(jié)構(gòu)及組成地下水地理信息系統(tǒng)的組成可分為4個(gè)子系統(tǒng)，即計(jì)算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、應(yīng)用人員和組織結(jié)構(gòu)。1）計(jì)算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)。這是開發(fā)和應(yīng)用地下水地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)。其中，硬件主要包括計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、繪圖儀、數(shù)字化儀等；軟件主要指操作系統(tǒng)等。2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。功能是完成對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，包括空間（圖形）數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。3）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。這是地理信息系統(tǒng)的核心。通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可以完成對(duì)地理數(shù)據(jù)的輸入、處

44、理、管理、分析和輸出。4）應(yīng)用人員和組織機(jī)構(gòu)。地理信息系統(tǒng)專業(yè)人員是地理信息系統(tǒng)應(yīng)用成功的關(guān)鍵，而強(qiáng)有力的組織是系統(tǒng)正常高效運(yùn)行的保障。另外，從地下水地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程來看，地下水地理信息系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理和分析子系統(tǒng)，以及數(shù)據(jù)輸出子系統(tǒng)4個(gè)部分組成的。1）數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)。收集和預(yù)處理各種不同來源的地下水地理空間和屬性數(shù)據(jù)。這個(gè)子系統(tǒng)還承擔(dān)著轉(zhuǎn)換各種不同類型的空間數(shù)據(jù)的任務(wù)。2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索子系統(tǒng)。以一定的格式組織地下水空間數(shù)據(jù)，以便于數(shù)據(jù)查詢、更新和編輯。3）數(shù)據(jù)處理和分析子系統(tǒng)。負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)中存儲(chǔ)的地下水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行各種分析計(jì)算，如地下水?dāng)?shù)據(jù)的集成和分

45、析、參數(shù)估算、空間拓?fù)浏B加和模擬功能等。4）數(shù)據(jù)輸出子系統(tǒng)。以表格、圖形或地圖的形式將數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容或系統(tǒng)分析模擬的結(jié)果通過屏幕或其他設(shè)備輸出。（三功能地下水地理信息系統(tǒng)的基本功能有：1）地下水資源環(huán)境空間數(shù)據(jù)的輸入和編輯，即可將地下水資源環(huán)境的空間數(shù)據(jù)有效地輸入到地理信息系統(tǒng)（GIS）中。大多數(shù)的地下水資源環(huán)境空間數(shù)據(jù)是由紙質(zhì)地圖通過掃描和矢量化輸入到地理信息系統(tǒng)當(dāng)中的。采集地下水資源環(huán)境空間數(shù)據(jù)的另外兩個(gè)途徑是遙感和全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)。GPS可以快速、準(zhǔn)確地對(duì)地球表面任何位置進(jìn)行定位，在飛行器跟蹤、緊急事件處理、環(huán)境和資源監(jiān)測(cè)、管理等方面有著很大的潛力。2）地下水資源環(huán)境空間數(shù)據(jù)的存

46、儲(chǔ)與管理。地下水資源環(huán)境的空間數(shù)據(jù)分為柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)兩大類，如何在計(jì)算機(jī)中有效地存儲(chǔ)和管理這兩類數(shù)據(jù)是地下水地理信息系統(tǒng)的基本問題。柵格模型、矢量模型或柵格矢量混合模型是常用的空間數(shù)據(jù)組織方法。GIS的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)有其獨(dú)特之處，大多數(shù)的GIS采用了數(shù)據(jù)分層技術(shù)，即根據(jù)空間數(shù)據(jù)的特征，將其分成若干層。3）地下水資源環(huán)境空間數(shù)據(jù)的操作和分析。GIS中的數(shù)據(jù)操作模塊提供了對(duì)圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改等基本操作功能。GIS的空間分析功能，是GIS最本質(zhì)的特征，也是GIS得以廣泛應(yīng)用的重要原因之一。通過GIS提供的空間分析功能，可以為水資源環(huán)境部門提供重要的決策參考依據(jù)。4）地下水資源環(huán)境空間

47、數(shù)據(jù)的顯示與輸出。將地下水資源環(huán)境研究的結(jié)果通過計(jì)算機(jī)屏幕顯示或通過繪圖儀輸出。目前，三維可視化及輸出也得到了快速的發(fā)展。本節(jié)介紹GIS在建立地下水空間數(shù)據(jù)庫及決策支持系統(tǒng)方面的應(yīng)用。二、地下水地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫（一）概述完整的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（ database management system，DBMS）及其開發(fā)工具、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)3個(gè)組成部分。其中，數(shù)據(jù)庫是存放數(shù)據(jù)的倉庫，是長期儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲(chǔ)存，具有較小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和易擴(kuò)展性，并可為各種用戶共享；數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是位于用戶與

48、操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)庫管理軟件，它主要提供數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行管理以及數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)等多種功能；而數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)則是指為了滿足特定的用戶數(shù)據(jù)處理需求而建立起來的，它是具有數(shù)據(jù)庫訪問功能的應(yīng)用軟件，它向用戶提供一個(gè)訪問和操作特定數(shù)據(jù)庫的用戶界面。地下水空間數(shù)據(jù)庫也是由上述3個(gè)部分所組成。其中，地下水空間數(shù)據(jù)庫指的是地下水地理信息系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)物理存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)的與地下水資源及地下水環(huán)境有關(guān)的地下水地理空間數(shù)據(jù)的總和，一般是以一系列特定結(jié)構(gòu)文件的形式組織在存儲(chǔ)介質(zhì)之上的。地下水空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)則是指能夠?qū)ξ锢斫橘|(zhì)上存儲(chǔ)的地下水地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行語義和邏輯上的定義，提供必需的地下水空

49、間數(shù)據(jù)查詢檢索和存取功能，以及能夠?qū)Φ叵滤臻g數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的維護(hù)和更新的一套軟件系統(tǒng)。地下水空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是建立在常規(guī)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之上的。如ESRI公司的 SDE（spatial database engine），是在常規(guī)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之上添加的一層空間數(shù)據(jù)庫引擎，以獲得在常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)功能之外的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理的能力。地下水空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)是指由地理信息系統(tǒng)的空間分析模型和應(yīng)用模型所組成的軟件，通過它用戶不僅可以全面地管理地下水空間數(shù)據(jù)，還可以運(yùn)用地下水空間數(shù)據(jù)進(jìn)行地下水的有關(guān)分析和決策。（二）地下水地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)模型模型是現(xiàn)實(shí)世界特征的模擬和抽象。數(shù)據(jù)模型（data

50、 model）也是一種模型，它是現(xiàn)實(shí)世界空間數(shù)據(jù)特征的抽象。在數(shù)據(jù)庫中用數(shù)據(jù)模型這個(gè)工具來抽象、表示和處理現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)和信息。地下水地理信息系統(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)模型是有關(guān)地下水的水文地質(zhì)實(shí)體空間數(shù)據(jù)特征的抽象。水文地質(zhì)實(shí)體空間數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三方面要求：一是能比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界；二是容易被理解；三是便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。不同的空間數(shù)據(jù)模型提供了不同的模型化數(shù)據(jù)、信息和工具。根據(jù)模型應(yīng)用的目的不同，可將模型劃分為兩類：第一類模型是概念模型，是按用戶的觀點(diǎn)來對(duì)空間數(shù)據(jù)和信息建模，主要用于空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)；另一類模型是空間數(shù)據(jù)模型，主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關(guān)系模型等，它是按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)空間數(shù)

51、據(jù)建模，主要用于DBMS的實(shí)現(xiàn)?？臻g數(shù)據(jù)模型是空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。各種DBMS軟件都是基于某種數(shù)據(jù)模型的。（三）空間數(shù)據(jù)模型的組成要素空間數(shù)據(jù)模型通常由空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間數(shù)據(jù)操作和完整性約束三部分組成。1空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究的空間對(duì)象類型的集合，是刻畫一個(gè)空間數(shù)據(jù)模型性質(zhì)最重要的方面，是對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述。2空間數(shù)據(jù)操作空間數(shù)據(jù)操作是對(duì)空間數(shù)據(jù)庫中各種空間對(duì)象允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作及有關(guān)的操作規(guī)則?？臻g數(shù)據(jù)庫主要有檢索和更新（包括插入、刪除、修改）兩大類操作?？臻g數(shù)據(jù)模型必須定義這些操作的確切含義、操作符號(hào)、操作規(guī)則（如優(yōu)先級(jí)）以及實(shí)現(xiàn)操作的語言?？臻g數(shù)據(jù)操作是對(duì)

52、系統(tǒng)特性的動(dòng)態(tài)描述。3空間數(shù)據(jù)的約束條件空間數(shù)據(jù)的約束條件是一組完整性規(guī)則的集合。完整性規(guī)則是給定的空間數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和依存規(guī)則，用以限定符合空間數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，以保證空間數(shù)據(jù)的正確、有效和相容?？臻g數(shù)據(jù)模型應(yīng)該反映和規(guī)定本數(shù)據(jù)模型必須遵守的、基本的、通用的完整性約束條件。此外，空間數(shù)據(jù)模型還應(yīng)該提供定義完整性約束條件的機(jī)制，以反映具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須遵守的特定的語義約束條件。（四）地下水空間數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)地下水空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)，實(shí)質(zhì)上就是將有關(guān)水文地質(zhì)的空間實(shí)體以一定的組織形式在地下水地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中加以表達(dá)的過程，也就是地下水水文地質(zhì)空間實(shí)

53、體數(shù)據(jù)的模型化問題。1地下水空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)過程地下水空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)是一個(gè)由現(xiàn)實(shí)世界到概念世界，再到計(jì)算機(jī)信息世界的轉(zhuǎn)化過程。如圖141所示。地下水地理信息系統(tǒng)概念模型的建立是通過對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的水文地質(zhì)實(shí)體的認(rèn)識(shí)與抽象，最終形成地下水地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)所需的概念化模型，地下水地理信息系統(tǒng)的邏輯模型是把地下水地理信息系統(tǒng)的概念化模型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所能夠支持的數(shù)據(jù)模型；地下水地理信息系統(tǒng)的存儲(chǔ)模型是指概念模型反映到計(jì)算機(jī)物理存儲(chǔ)介質(zhì)中的數(shù)據(jù)組織形式。地下水地理信息系統(tǒng)的概念模型，是人們從信息系統(tǒng)的角度出發(fā)和思考，對(duì)客觀世界中的各種水文地質(zhì)實(shí)體、它們彼此間的聯(lián)系及其時(shí)

54、空變化過程的認(rèn)識(shí)和抽象的產(chǎn)物。具體而言，主要包括對(duì)水文地質(zhì)現(xiàn)象和地下水流時(shí)空變化過程等客體的特征描述、關(guān)系分析和過程模擬等內(nèi)容。這些內(nèi)容在地下水地理信息系統(tǒng)的軟件工具、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)研究中往往被抽象、概括為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義、數(shù)據(jù)模型的建立及地下水應(yīng)用模型的構(gòu)建等主要理論與技術(shù)問題。它們共同構(gòu)成地下水地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)研究的主要內(nèi)容。地下水地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對(duì)水文地質(zhì)空間客體所具有的特性的一些最基本的描述。水文地質(zhì)實(shí)體具有三維空間的特性，其空間特性表現(xiàn)為4個(gè)最基本的客體類型，即點(diǎn)、線、面和體。這些實(shí)體類型的關(guān)系是十分復(fù)雜的。一方面，四類空間客體之間存在著內(nèi)在的聯(lián)系，在構(gòu)成上屬于不同的

55、層次；另一方面，隨著觀察這些實(shí)體的坐標(biāo)系統(tǒng)的維數(shù)、視角及比例尺的變化，實(shí)體之間的關(guān)系和內(nèi)容可能按照一定的規(guī)律相互轉(zhuǎn)化?？梢?，空間點(diǎn)、線、面和體等實(shí)體及它們之間結(jié)構(gòu)上的關(guān)系是地下水地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。同時(shí)，水文地質(zhì)現(xiàn)象和水文地質(zhì)過程中的各種空間實(shí)體并非孤立存在，而是具有各種復(fù)雜的聯(lián)系。這些聯(lián)系可從水文地質(zhì)空間實(shí)體的空間、時(shí)間和屬性3個(gè)方面加以考察。l）水文地質(zhì)實(shí)體的空間聯(lián)系大體上可以分解為空間位置、空間分布、空間形態(tài)、空間關(guān)系、空間統(tǒng)計(jì)、空間趨勢(shì)、空間對(duì)比和空間運(yùn)動(dòng)等聯(lián)系形式。其中，空間位置描述的是水文地質(zhì)空間客體的個(gè)體定位信息；空間分布是描述水文地質(zhì)空間客體的群體定位信息，且通常能

56、夠從空間概率、空間結(jié)構(gòu)、空間聚類、離散度和空間延展等方面予以描述；空間形態(tài)反映水文地質(zhì)空間客體的形狀和結(jié)構(gòu)；空間關(guān)系是基于位置和形態(tài)的水文地質(zhì)實(shí)體關(guān)系；空間相關(guān)是水文地質(zhì)空間客體基于屬性數(shù)據(jù)上的關(guān)系；空間統(tǒng)計(jì)描述水文地質(zhì)空間客體的數(shù)量、質(zhì)量信息，又稱為空間計(jì)量；空間趨勢(shì)反映水文地質(zhì)空間客體空間分布的總體變化規(guī)律；空間對(duì)比可以體現(xiàn)在數(shù)量、質(zhì)量和形態(tài)3個(gè)方面；空間運(yùn)動(dòng)則反映水文地質(zhì)空間客體隨時(shí)間的遷移或變化。以上種種水文地質(zhì)空間信息基本上反映了空間分析所能揭示的信息內(nèi)涵，彼此既有區(qū)別又有聯(lián)系。2）水文地質(zhì)實(shí)體之間的時(shí)間聯(lián)系一般可以通過實(shí)體的變化過程來反映。有些實(shí)體數(shù)據(jù)的變化周期很長，如區(qū)域地質(zhì)地貌

57、隨時(shí)間的演化。而有些空間數(shù)據(jù)則變化很快，需要及時(shí)更新。水文地質(zhì)實(shí)體時(shí)間信息的表達(dá)和處理構(gòu)成了地下水空間時(shí)態(tài)地理信息系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)庫的基本內(nèi)容。3）水文地質(zhì)客體間的屬性聯(lián)系主要表現(xiàn)為屬性多級(jí)分類體系中的從屬關(guān)系、聚類關(guān)系和相關(guān)關(guān)系。從屬關(guān)系主要反映各水文地質(zhì)實(shí)體之間的上下級(jí)或包含關(guān)系；聚類關(guān)系是反映水文地質(zhì)實(shí)體之間的相似程度及并行關(guān)系；相關(guān)關(guān)系則反映不同類水文地質(zhì)實(shí)體之間的某種直接或間接的并發(fā)或共生關(guān)系。屬性聯(lián)系可以通過地下水地理信息系統(tǒng)屬性數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)加以實(shí)現(xiàn)。2地下水空間數(shù)據(jù)庫的塑據(jù)模型設(shè)計(jì)模型是現(xiàn)實(shí)世界特征的模擬和抽象。數(shù)據(jù)模型也是一種模型，它是現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象。在數(shù)據(jù)庫中用數(shù)據(jù)模型這

58、個(gè)工具來抽象、表示和處理現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)和信息。對(duì)于水文地質(zhì)空間實(shí)體及其聯(lián)系的數(shù)學(xué)描述，可以用地下水?dāng)?shù)據(jù)模型概念進(jìn)行概括。建立地下水空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的目的，是揭示水文地質(zhì)空間實(shí)體的本質(zhì)特性，并對(duì)其進(jìn)行抽象化，使之轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠接受和處理的數(shù)據(jù)形式。在地下水地理信息系統(tǒng)研究中，地下水地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)模型就是對(duì)水文地質(zhì)空間實(shí)體進(jìn)行描述和表達(dá)的數(shù)學(xué)手段，使之能反映水文地質(zhì)實(shí)體的某些結(jié)構(gòu)特征和行為功能。按地下水地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型組織的空間數(shù)據(jù)使得數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)能夠?qū)λ牡刭|(zhì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理，幫助用戶查詢、檢索、增刪和修改數(shù)據(jù)，保障水文地質(zhì)空間數(shù)據(jù)的獨(dú)立性、完整性和安全性，以利于

59、改善對(duì)水文地質(zhì)空間數(shù)據(jù)資源的使用和管理。水文地質(zhì)空間數(shù)據(jù)模型的好壞是決定地下水地理信息系統(tǒng)功能強(qiáng)弱與優(yōu)劣的主要因素之一。數(shù)據(jù)組織的好壞直接影響到地下水地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)查詢、檢索方式、速度和效率。從這一意義上看，地下水地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)最終可以歸結(jié)為水文地質(zhì)實(shí)體空間數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都是基于某種數(shù)據(jù)模型的。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中通常采用的數(shù)據(jù)模型主要有層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型、語義模型以及面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型等。這些數(shù)據(jù)模型都可以用于地下水地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)。三、地下水空間分析決策子系統(tǒng)（一）空間分析決策框架設(shè)計(jì)地下水信息分析決策是基于地下水空間數(shù)據(jù)庫，借助專

60、家知識(shí)庫，采用相互獨(dú)立的三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的?？臻g分析決策框架如圖142所示。三層結(jié)構(gòu)即外部表達(dá)層、內(nèi)核分析層和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層。外部表達(dá)層，直接面向用戶和決策者，提供分析結(jié)果與決策方案；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層是該體系的底層數(shù)據(jù)庫，包括同性和空間、影像庫；內(nèi)核分析層是整個(gè)結(jié)構(gòu)的核心，由地下水資源分析、地下水環(huán)境分析和地下水開發(fā)利用分析三部分組成。在內(nèi)核層集成了模型庫、方法庫和專家知識(shí)庫、輔助決策分析。三者統(tǒng)一集成在決策支持系統(tǒng)中，緊密協(xié)調(diào)工作。通過子系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置動(dòng)態(tài)更新來分析和決策底層囹形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。1空間分析決策工作流程空間分析決策工作流程主要分 3個(gè)步驟：空間年息檢索、空間信息分析和的助決策。子系統(tǒng)中空間

61、信息檢索采用兩種方式：圖形數(shù)據(jù)查詢檢索和屬性數(shù)據(jù)查詢檢索。圖形數(shù)據(jù)查詢采用點(diǎn)、線、炮形和多邊形任意查詢導(dǎo)種方式，即用戶利用上述任意一種方式選擇圖形，再由圖形屬性關(guān)聯(lián)字段ID從屬性數(shù)據(jù)庫中檢索出對(duì)應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)查詢分行政區(qū)查詢和觀測(cè)孔查詢，用戶直接輸人查詢關(guān)鍵字，子系統(tǒng)造過SQL語句直接在數(shù)據(jù)庫中檢索出相應(yīng)的信息，同時(shí)通過關(guān)稅率設(shè)ID將所選記錄在圖形上高亮顯示。根據(jù)查詢得到的信息，利用模型庫中的模型對(duì)信息（地下水水資源、水環(huán)境、水開發(fā)利用信息）進(jìn)行計(jì)算和分析。計(jì)算分析對(duì)可從方法庫中調(diào)用不同的方法，以達(dá)到多方案求解員一問題。針對(duì)計(jì)算分析的結(jié)果從專家知識(shí)庫中提取相關(guān)知識(shí)，利用知識(shí)推理機(jī)得出輔

62、助決策意見?？臻g分析決策流程圖如圖14.2所示。2模型摩GIS模型庫系統(tǒng)從功能結(jié)構(gòu)上看白三部分組成：基礎(chǔ)模型庫、應(yīng)用模型庫和模型庫管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)中模型庫主要針對(duì)應(yīng)用模型庫，同時(shí)將模到庫管理功能整合在空間分析決策子系統(tǒng)中。為了便于對(duì)模型各行管理，首先要求摸到具有比較統(tǒng)一的表示形式。子系統(tǒng)把模型分解為模型體和模型描述兩部分。模型體是模型級(jí)程序部分，在模型庫中以子程序、至數(shù)、動(dòng)態(tài)庫方式存在；模型接過則可看成模型屬性，在模型庫中以模型字典方式存在，模型字典庫以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的組織形式儲(chǔ)存。模型字典所包括的模型描述信息主要有：l）模型名、模型號(hào)、作者、入庫時(shí)間；2）模型功能、模型便用條件、適用范貿(mào)；3）

63、模型含義、使用方法5毛）模型參數(shù)說明（參數(shù)名稱、類型、數(shù)目、格式、含義等）；5）模型程序特征（數(shù)據(jù)格式、執(zhí)行碼文件名一扇譯系統(tǒng)等）；6）模型使用次數(shù)累計(jì)；7）相關(guān)模型及方法。模型管理主要有添加模型、刪除模型、增加模型方法、刪除模型方法等。子系統(tǒng)中的模型主要有兩種類型：空間分析模型和數(shù)學(xué)模型?？臻g分析模型包括：空間位置信息分析（水源地位置、污染源地點(diǎn)、泉水位置等）、空間關(guān)系分析（兩個(gè)水源地距離、水源地與污染源的方位等）、空間對(duì)比分析（觀測(cè)孔地下水年儲(chǔ)變量對(duì)比分析、不同巖性對(duì)地下水下滲影響對(duì)比分析、水源地開采前后地下水位對(duì)比分析等）、空間動(dòng)態(tài)變化分析（地下水水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化分析、地面下沉趨勢(shì)分析、地下

64、水位動(dòng)態(tài)分析等）；教學(xué)模型包括：地下水資源量計(jì)算模型、地下水資源評(píng)價(jià)模型、供水水質(zhì)評(píng)價(jià)模型和地下水動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型。3方法庫方法庫存儲(chǔ)備種方法，以提供模型調(diào)用。同一模型可采用不同的方法進(jìn)行求解，產(chǎn)生精度不一的結(jié)果，根據(jù)結(jié)果的優(yōu)劣可比較不同的方法；同一種方法可應(yīng)用于不同的模型。方法庫包括方法體和方法體管理兩部分。方法體其實(shí)就是模型的求解算法；方法體管理完成對(duì)方法的增加、刪除、編輯等。如地下水動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型的方法主要有簡易預(yù)測(cè)法（水文地質(zhì)類比法、簡易類推法）、相關(guān)分析法（要素相關(guān)、前后相關(guān)、上下游相關(guān)）、時(shí)間系列分析法（趨勢(shì)成分、周期成分）、水均衡法。水質(zhì)評(píng)價(jià)的方法有污染指數(shù)法、模糊評(píng)價(jià)法、灰色評(píng)價(jià)法、各因子評(píng)價(jià)法。地下水允許開采量的計(jì)算包括相關(guān)外推法、水均衡法、解析法和數(shù)值法。4知識(shí)庫知識(shí)庫包括基本理論、法規(guī)、行業(yè)規(guī)范、專家知識(shí)等。法規(guī)、行業(yè)規(guī)范主要是對(duì)地下水質(zhì)量、狀況等的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定?；纠碚撝饕叵滤R(shí)領(lǐng)域中的結(jié)構(gòu)化知識(shí)；專家知識(shí)主要是指針對(duì)非結(jié)構(gòu)化問題的處理和判斷，必須借助專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。如地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)采用國家地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)）GBT1484893；地下水污染現(xiàn)狀評(píng)價(jià)，主要采用全國地下水資源評(píng)價(jià)工作大綱與技術(shù)要求中推薦的方法；系統(tǒng)中對(duì)地下水天然防護(hù)條件的劃分必須考慮包氣帶地層厚度及巖土類型，對(duì)各類污染物的自然降解和凈化能力，以及地下水遭受污染的難易程度來進(jìn)行