《arcview在地下水资源计算中的应用研究——以河北平原地下水资源计算为例》由会员分享，可在线阅读，更多相关《arcview在地下水资源计算中的应用研究——以河北平原地下水资源计算为例（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、A r e V i e w在地下水资源计算中的应用研究 以河北平原地下水资源计算为例 李门 楼 ( 中国 地质大学研究生院) 肖国强 ( 河北省环境地质勘查院) 摘要本文论述了利用地理信息系统 ( G IS ) 进行地下水资源计算的步骤和方法， 并介绍 了 利用. -V ie w G I S V e r s io n 3 . 。 和A m V i e w S p a ti a l A n a l y s tl .0 进行河北平原地下水资源评价的体 会和经验。 地理信息系统 ( G 工 S )与其他图形处理软件的本质区别就是它具有空间分析计算功能。 利用G I S, 的 这一功能， 可以实现图
2、层的 叠加计算， 包括图层的 加、 减、 乘、 除、 幂运算以及 逻辑运算等。在进行河北平原地下水资源计算时， 我们以A e V i e w G I S V e r s io n 3 . 。 和A m V i e w S p a t ia l A n a ly s t l . 。 为平台， 用G IS 的 空间 分析功能实现了 地下水资源的计算和评价， 取得了 较好的效果。 一、用G I S 计算地下水资源的原理 1 . 水均衡法原理 传统的区域地下水资源计算和评价常用水均衡法。即 在某一均衡时段内， 均衡区内的地 下水补给量与排泄量之差，等于均衡区内地下水的变化量。 ( Q 降 水 + Q
3、m gE+ Q m 系 + Q 渠 月 + Q # rr 十 Q 侧 人 )一 Q 燕 发 十 4 开 采 十 Q M 流 )二 叨, 其中: 饭水 二 P x a x F Q m m = ( 1 一 A ) x ( A W / L )/ L ( A W二 0 . 0 0 6 4 1( 0 “ x 鸭8 x t - ) Q m r 二 Q 引( I 一 刀 )x 7 Q Sk m二 Q 3 1 P f Q 井 灌二 Q 井l3 # 伽。 人二 T x L Q A F F 为 地 下 水 计 算 面 积， I. . , ; ow 为 渗 漏 河 段 上 下 游 水 量 之 差 ; M ; Q 1
4、 1 为 灌 溉 引 水 量 。 m 3 ; 为 水 面 蒸 发 强 度; 。 为 降 水 人 渗 系 数; R # 为 井 灌回 归 系 数; k 一1 0 7 一 为 渠 灌田 间 人 渗 系 数; Y 为 渠 系 损 失 水量中 补给 地下 水的比 重; ， 为 渠 系 有 效利 用系 数; K 为 给 水度; li e 为 弹 性给 水度; T 为 导水 系 数; m 2 / d ; K 为 渗透系 数; m / d ; K z 为 垂向 渗 透系 数; m / d ; Z 为渗漏河段两 侧地下水平均水位埋深， m ; A h 为深层地下水平均水位下降幅度， 叫 氏为深层地下水水位埋深
5、， 叫 氏为浅层地下水水位埋深， m ; L 为侧向 径流断面长度， m ; M为 越流层厚度， m ; W 日 为渗漏河段日 平均径流量， m 3 ; C 为潜水蒸发系数。 2 . 用G I S 计算水资源的原理和步甄 要利用 G I S 进行上述地下水资源计算，首先应建立地下水资源计算的图形库和数据库， 图1 然后在G L S 中 将矢量图形栅格化， 并将相应数据赋予图形 属性中。 再根据水均衡原理， 将处理后的栅格图进行相应 的数学运算和逻辑运算，即可得出均衡量的栅格图形。将 地下水补给项叠加就得到地下水补给量分布图， 将地下水 排泄项叠加就得到地下水排泄量分布图，二者相减就得到 均衡差
6、分布图。根据地下水开采资源的含义，即可计算出 地下水开采资源量。 最后， 可以用行政分区图、 水资源分 区图、矿化度分区图等矢量图对水资源分布图 ( 栅格图) 进行分区 统计， 就可以得到不同水资源区、不同地市、不 同矿化度的地下水开采资源量。 主要步骤如下 ( 图1 ) : 第一步， 用数字化仪输人计算 用的基础图件， 建立图形库; 第二步， 输人地下水资源计 算用的数据、 参数， 建立数据库; 第三步， 将数据、 参数 按照分区赋予图形属性; 第四步， 将参与计算的图形和数 据栅格化; 第五步， 根据水均衡原理， 利用G I S 的空间分 析功能进行图形的数学和逻辑运算， 计算出各均衡项;
7、第 六步， 根据叠加原理得出地下水补给资源、开采资源分布 图; 如结果不够满意， 可调整参数， 重复上述步骤; 第七 步， 用分区图对下水补给资源、开采资源分布图进行分区 统计。 二、 基础图件和基础数据的录人 地下水资源计算主要是基于水均衡原理，因 此， 计算所需图件主要有: ( l ) 基础图 件: 地下水均衡区地理底图、 水资源分区图、矿化度分区图。 ( 2 )降水人渗量计算图 件: 包气带岩性分区图、 包气带厚度分区图、 降水人渗系数分区 图、 不同年份降水量分布图; 降水量数据库。 ( 3 ) 河道渗漏计算图件: 渗漏河道分布图、 河道底板岩性分布图、 河道沿岸地下水埋深 图;渗漏河
8、段河流径流量数据库、 河道渗漏系数数据库。 ( 4 ) 渠道渗漏计算图 件: 渠系分布图、 包气带岩性分布图、 地下水水位埋深分区图; 渠 首引水量数据库、 渠系渗漏系数数据库、 渠系 有效利用系数数据库。 ( 5 )田 问灌溉计算图 件: 灌区分布图、 灌区 包气带岩性分布图、 灌区地下水水位埋深分 区图;田间灌溉引水量数据库、田 间灌溉人渗系数数据库。 一1 0 8 一 ( 6 ) 井灌回归计算图件:井灌灌区分布图、井灌区 地下水水位埋探分区图、井灌区包气 带岩性分区图; 农业地下水开采量数据库、井灌回归系数数据库。 ( 7 )侧向径流计算图件: 侧向径流断面分布图;侧向径流断面厚度、岩性
9、、渗透系数数 据库C ( 8 )潜水蒸发计算图件: 地下水埋深小于4 米区分布图; 潜水蒸发系数数据库、 水面蒸 发强度数据库。 ( 9 ) 地下水开采量计算图件: 地下水开采强度分区图; 地下水开采量数据库。 ( 1 0 )越流量计算图件:越流层岩性分区图、越流区地层厚度分区图、越流层水位差分 区图; 越流层垂向渗透系数数据库。 ( 1 1 )地下水储变量计算图件:地下水水位变幅分区图、地下水变幅带岩性分区图;变 幅带给水度数据库。 三、矢量图形和计算参数的栅格化处理 1 . 栅格图件的转换 图形库和数据库建立编辑完成后， 要利用G I S 进行计算 ( 图2 ) 。 利用 A n V i
10、e w G I S 3 . 0和 A V ie w G I S A n a ly z e 1 . 。 可以 很方便 地完成。过程如 下: 令启动A ro V i e w G I S 3 . 0 ，在F il e 菜单中选 E x te n t i o n 项，弹出F x t e n t o n 对话框， 加载A n - a l y z e 功能。 今打开要转换的图形视窗，选中要转换 的 图层， 在A n a l 师。 菜单中 选择c o n v e rt g r id fi l e 项， 弹出。 o n v e r t 幼d f il e 对话框， 选择栅格的 数据字段， 设置栅格的大小等 选
11、项， 点O K 按 钮开始转换，完成后换名保存。 首先必须将矢量图转换为栅格图 图2 图3 表，确认参数数据库和图形属性表中有相同的字段。 可将参数数据库链接到图形属性表中。 令为了计算方便，可以将栅格大 小设置为1 0 0 0 m x 1 0 0 0 M的方格。这样 计算结果均为每平方公里的数据。 2 . 计算参数图件的栅格化处理 数据库中的数据如何参与图形计 算呢?这需要首先将数据库中的数据 链接到图形属性表中，然后将图形按 照参数字段进行栅格化，即可得到参 数栅格图 ( 图3 ) 。过程如下: 今在T a b l e 视窗中选A d d T a b l e 项， 将计算参数数据库加人T
12、a b l e 视窗。 今打开要链接的矢量图形的属性 选中相同字段，点击链接工具按钮，即 1 0 9 令按照图形栅格化的过程对该图形进行栅格即可。 四、图层叠加计算 完成图形和参数的栅格化后，就可以利用G I s 的空间分析功能进行图形的叠加计算了 ( 图 4 ) 0 图4 令 将要计 算的 栅格图 添加到同 一个视窗中， 在A n a l 师s 菜单中 选择M a p C a lc u l a te 项， 弹 出M a p C a lc u l a t e 对话框。 令在对话框中左侧的图层列表框中选择要计算的图层，在对话框右侧的运算符列表框中 选择运算符，将算式写在对话框下面的文本框中。 令
13、点击 a l c u l a t e 按钮， 开始计算。完成后自 动生成计算结果栅格图。 例如， 计算河北平原 1 9 9 5 年降水人渗量的过程如下: 令调出 河北平原降水人渗系数分区图、1 9 9 5 年河北平原大气降水量分布图。 今将上述两图分别按1 0 0 0 M - 1 0 0 0 M的大小进行栅格化。 分别得到栅格图a 和P o 令 选择A n a ly z e 菜单中的M a p C a lc u la t e 项， 在对话 框中 填写 算 式a . P . 令点击M a p C a l c u l a t e 按钮， 得出降水人渗量计算结果栅格图” a p C a l c u
14、l a t i o n l( 图5 ) 0属 性表数据为每平方公里大气降水人渗量。 五、计算结果的处理与应用 1 . 补给资源图 按照上述方法分别将地下水降水人渗量、河道渗漏量、渠系渗漏量、田间人渗量、井灌 回 归量、 侧向 径流 量、 潜水蒸发量、 越流 量、 地下水 储变量等 计算出 来， 然后利用M a p C u l - c a l a t e 按照1 式将各均衡量相加减就可以得出均衡区地下水资源的总补给量栅格图 ( 图6 ) 0 如果对计算结果还不够满意，可以修改参数，重复以上步骤，直到获得满意的结果为止。 2 . 开采资源圈 根据地下水开采资源定义， 利用M a p C u lc
15、d a t e 将有关均衡量进行相应计算， 即可 得出地 下水开采资源栅格图 ( 图7 ) 0 一1 1 0 一 I l l 3 . 资源分区统计 地下水资源的统计分区可以利用S u m m a ri z e z o n e s 功能实现 ( 图8 ) 。首先将分区矢量图 件 如 地市分区图) 加人 视窗中， 选择A n a ly s is 菜单中的S u m m a r iz e z o n e s 项， 先后选择分区 字段 和分区图层即可按照地市将地下水资源总量分区统计出结果表 ( 图8 ) 。如果要对地下水 图8 资源按照矿化度或其他分区进行统计，可以参照上述方法进行。直到得出不同地市，
16、 不同水 质的地下水补给资源和开采资源量。 六、结论与探讨 通过本次利用G I s 进行地下水资源计算的实践，可以看出:利用地理信息系统开展地下 水资源评价是可行的，同时他还有速度快，准确性高， 可重复等优势。一旦建立一个地区地 下水资源评价的 A S 模型后， 在一定时期内，可以随时对地下水资源的变化进行跟踪计算， 以便指导地下水资源的有计划开发利用。 利用G I s 进行区域地下水资源评价， 是个十分复杂的系统工程。一方面要求水文地质基 础工作要扎实、全面地取得所有相关的资料和参数， 如地下水系统的结构、 包气带岩性、大 气降水量、河流径流量、 灌溉引水量、地下水开采量、地下水水位动态、 地下水水质、 降水 人渗系数、 河道渗漏系数、 灌概人渗系数、 给水度等。另一方面， 在G I s 中实现图层的叠加 计算要 进行许多技术处理， 否则可能导致计算结果的偏差。在数据库的建立、图形库的建 1 1 2 立、图件的栅格化、图层的叠加计算过程中，均有一些技术细节需要处理。 利 用 G Is 进 行 地 下 水 资 源 计 算 实 际 上 是 将 均 衡 区
