gis在环境科学中的应用

gis环境科学；应用研究

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环境科学主要是对大气、土壤、生物、水的研究，诠释人们在自然环境中对自然环境的影响与自然万物生存规律。GIS技术和环境科学在研究目标与方法上具有一定相通性。现阶段，将GIS技术应用在环境科学中能够更好的挖掘潜力，为环境的检测、评估、规划、管理等方面创造更广阔发展空间。

GIS技术环境监测

1、大气环境监测

现如今，城市化进程的加快，人口逐渐增加、交通加压较大，工业生产成为社会经济发展的支柱型产业。但工业生产中排放大量化学物质和汽车尾气，造成城市空气环境受到冲击而逐渐降低质量。对此，净化空气、提高空气质量成为现阶段城市发展的当务之急。大气环境有一定的空间性特点，空气流动较快，地面是自然环境中空气不可穿越的固体界限。GIS技术的出现，能够有效进行信息环境监测，通过地理信息系统与数据库管理搜集、整合存在的污染物质、规模、工厂位置信息等，构建完整的地理信息数据库。随后，利用GIS技术空间研究与数据显示系统得出污染物质在大气中的分布形式。最后，获得污染空间与标准状况。现阶段，GIS技术已经在一些项目监测中得到了推广与应用，效果显著。

2、GIS技术水资源环境监测

水资源是我们生活的重要组成部分，是维持生命的主要物质具有重要作用。但是现阶段水资源紧缺并且水污染问题严重，使得大量水源不可作为生活用水。现阶段，GIS技术应用在水资源监测中也较为常见。GIS技术中的空间信息与分析系统能够对水资源环境空间信息进行深入研究分析，达到科学有效的组织与监测，便于管理人员进行空间信息搜集、查找等。另一方面，GIS技术中的图形分析与空间研究功能，能够帮助进行空间与数据检测，生成图表以便有关单位制定有效解决方法。

GIS在生态规划中解决的主要问题是什么?

在生态旅游规划中的应用 (1)在生态旅游资源调查评价中的应用在生态旅游资源调查评价中，不可避免地要面临庞大的空间和属性数据以及复杂的数据分析，如果采用传统的手工方法，不仅费时费力,而且旅游资源的调查评价工作很难尽如人意。若依托GIS技术,建立生态旅游资源的调查评价空间数据库和属性数据库，不仅可以方便地查询、管理、更新、修改这些信息，实现各类地图的电子化，而且借用GIS强大的空间分析能力，还可以快捷、方便地完成研究区旅游资源调查评价的各项工作。（2）在生态旅游资源开发规划中的应用 在生态旅游资源开发规划中，GIS技术主要用于各种开发规划图件的编制。如金丽芳、刘雪萍等采用GIS在浙江仙居风景区以地形图为底图编制完成了风景区总体规划图、综合现状图、风景资源分布图、保护规划图、服务设施规划图、基础设施规划图、交通道路规划图、近期建设规划图、景观风貌图、绿化规划图、土地利用规划图以及风景区区位图等12张旅游资源开发规划图件。（3）在生态旅游区环境保护中的应用 生态旅游的发展促进了生态旅游资源的开发利用、社会经济的发展，但同时也因各种自然因素和人为因素，生态旅游资源遭受破坏、生态旅游区环境质量不断下降。如由于过量开采地下水，导致山西太原晋祠泉流量逐年减少，甚至断流。因此,很有必要利用GIS技术，分析影响生态旅游环境质量的因素，寻求相应的保护措施和最佳治理方案。 GIS在景观生态规划中的应用：（1）究景观生态系统及其空间格局 一方面，由于地理信息系统中贮存的有关底图文件数据,其加工功能强大，形成完善的人机对话系统，能快速、准确地对遥感图像进行有关处理；另一方面，地理信息系统中的专题信息和专家智慧能对遥感图像进行专题监督分类，其结果以计算机地图形式输出。（2）究景观生态系统的功能和动态 由于地理信息系统中贮存大量专题数据和丰富的程序、模型和方法，利有计算机、遥感等现代技术手段的支持，因而能采用多层次、多因子的区域综合和系统分析，既可以从时间与空间、质量与数量、内部与外部、静态与动态、自然人为等角度综合认识景观的结构和功能，从而进行景观功能模拟和动态预测。（3）进行景观生态设计和景观生态规划 在综合、系统地对景观结构、功能和动态研究之后,依靠地理信息系统中的专题研究模型，加上专家系统，首先对景观生态特征进行评价、然后根据具体的目的要求，产生其设计和规划模型。（4）研究全球性问题 景观生态学经过发展和完善、已经成为—门涉及生物圈，地理圈和智慧圈等领域、把人类和环境统一起来进行综合研究的新兴交叉学科。它力图为协调人类与景观的关系提供理论基础，对于这样一门全球性科学的研究，单一学科、传统手段与方法已无能为力，而GIS对此则大有可为：首先，有全球性的资源与环境大容量数据库；其次是综合了各有关学科专家的智慧；第三，有先进的信息网络支持,可将在物理上离散的各地数据库、模型库联系起来共享；第四，处理数据的速度相当快，能在自然过程的形成时间之内模拟各种可能出现的结果，并提出对策。

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摘要：揭示了秃尾河流域地质生态环境的影响因素，提出了地质生态环境状况分级标准。以MAPGIS为平台建立地质

生态环境评价信息系统，对秃尾河流域地质生态环境状况进行了分析评价。以GIS为基础进行地质生态环境评价，实现

了地质生态环境信息存储、管理、查询、分析评价及结果表达等的一体化与可视化，评价过程和结果更加直观地反映了地

质生态环境状况的空间分布规律及其变化特征。

关键词：GIS；地质生态环境；评价；秃尾河流域

中图分类号：X820．2 文献标识码：A 文章编号：1000—1379(2007)09—0001-02

地质生态环境评价涉及多源信息的提取、处理、分析和应

用，且数据多具有空间属性。传统的地质生态环境评价，是将

评价数据进行前期处理后，运用特定的数学模型，得到一组抽

象的评价结果数据，很难直观地刻画地质生态环境状况的空间

变异性。相比之下，GIS在地质生态环境数据存储和表达方面

具有较广泛的适用性 “ 。利用GIS技术，通过提取地质生态

环境评价的因子和要素，结合专业模型进行数据分析和评价，

以直观的图形方式表现分析评价成果，是地质生态环境评价的

有效方法之一。

秃尾河流域位于鄂尔多斯盆地东部毛乌素沙地与黄土高

原的过渡地带，总面积3 294 km。。受特殊的气候、地理和地质

条件限制，流域内生态环境脆弱。在能源重化工基地等大型工

程建设过程中，如不采取有效的环境保护措施，将使生态环境

进一步恶化并诱发新的环境地质问题，这已被近年来陕北许多

煤炭资源和水资源开采实例所证实 。因此，研究该流域地

质生态环境问题产生和变异的影响因素，评价现状条件下的环

境状况，对指导流域内资源合理开发和利用、地质生态环境问

题防治等有重要的实际意义。

1 研究区地质生态环境影响因素分析

1．1 地形地貌

地形地貌条件控制着地下水资源的分布方式，也决定了主

要地质生态环境的类型。秃尾河上游为地形起伏较小的沙地，

主要地质生态环境问题为沙漠化，由于沙层厚度大、透水性好，

极易接受大气降水补给，地下水埋深相对较小，因此呈现出沙

漠绿洲的良好环境；下游为地形破碎的黄土梁峁区，地质生态

环境问题主要为水土流失，由于地形破碎、沟深坡陡、地势起伏

较大，大气降水易形成地表径流而流失(大气降水入渗系数仅

为0．1)，植物生长的基本条件较差，因此生态环境脆弱。

1．2 潜水水位埋深

潜水水位埋深是生态环境类型及其空间分布的决定因素。

潜水水位埋深的变化导致了植被退化和沙漠化等，是生态环境

恶化的根源 。据野外调查，潜水水位在不同的埋深范围内，

对地表植被的作用是不同的：当潜水水位埋深小于5 m时，水

分供给充足，植物长势良好，生态环境表现为较好状态；当潜水

水位埋深为5～8 m时，水分供给不足，植物生长受到胁迫，浅

根性植物生长不良，深根性植物出现枯梢枯枝现象，生态环境

呈现退化趋势；当潜水水位埋深继续加大时，大部分植物因生

理缺水而退化，植被盖度降低，沙漠化、水土流失严重，地质生

态环境严重恶化。

1．3 包气带岩性、结构与含水量

一般而言，原生地质生态环境的优劣，与包气带岩性有直

接的关系：一方面，表层土的物理性质决定着其抗蚀能力，流域

内大部分地区为盖沙区，其抗风蚀和剥蚀的能力低，不利于植

物生长；另一方面，包气带中水分和盐分的运移规律，直接影响

着表生植物的生长和发育，包气带岩性越均匀、结构越致密，越

有利于水分和盐分的运移，反之不利于水分和盐分的运移。包

气带岩性变化及其组合规律、致密岩性层的存在、黏性土在垂

向上的分布对土壤水盐交替和植物根系发育有很大影响。野

外调查和室内分析表明，当包气带剖面存在致密岩性层时，其

含水量和含盐量要比松散的同种岩性的明显提高，为植物生长

提供了所需的水分和盐分。

土壤含水量影响着植物长势和植被演替规律。一般来说，

在植物根系范围内，适合植物生长的包气带含水量为16％ ～

收稿日期：2007—04-20

基金项目：国家自然科学基金资助项目(40472131)；陕西省

自然科学基金资助项目(2002D13)。

作者简介：马雄德(1978一)，男，青海互助人，博士，研究方向

为地下水合理开发与生态环境保护。

20％ ，含水量小于下限时，植物就会因生理缺水而枯死，地质生

态环境就会朝恶化(沙化和水土流失)方向发展。

1．4 地下水水质

地下水水质是环境优劣的重要标志之一，也是影响植物生

长的关键性因素。据调查，在地下水位埋深一定的情况下，随

着矿化度的提高，植物由水生系列向盐生系列演替。另外，地

下水化学类型在一定程度上影响植物生长发育。

1．5 气象水文因素

流域内，地下水的补给项主要是大气降水。6～9月降雨集

中，在沙地、滩地和河谷区补给地下水，增加河流基流量，对天

然植被产生积极影响；而在黄土梁峁地区，易产生坡面径流并

导致水土流失等自然灾害的发生。其他月份基本无降水或降

水量小，蒸发作用强烈，地下水埋深越浅蒸发量越大，土壤积盐

效应越明显，地表植被主要演化为喜水耐盐型。

1．6 其他因素

影响地质生态环境质量的因素包括自然因素和人为因素。

自然因素除上述因素外，还有植被类型、植被分布等，人为因素

包括水资源及矿产资源开发等，这些因素中有的与地质生态环

境问题的相关性小，有的不宜量化或难以预测其变化，因此本

研究未予考虑。

2 秃尾河流域地质生态环境评价

2．1 评价指标体系与评价标准

基于以上分析，以秃尾河流域地质生态环境质量为目标

层，以地质地貌、水文地质、气象水文3类因素为准则层，按隶

属关系将各准则层细化成若干个指标，建立了地质生态环境评

价递阶层次评价指标体系 J。以野外调查资料为依据，在参考

国内外有关评价指标分级标准的基础上，将秃尾河流域地质生

态环境状况分为好、较好、中等、较差和差5级，见表1。

表1 秃尾河流域地质生态环境状况分级

分级 基本特征

z 生态环境问朋 题较少，沙漠化、盐渍化程度低，地下水水

位埋深适中，水质优良，水量相对丰富，植被盖度较高

戳枷加杯 有环境生态问 题境问题发生但程度一般，或某一类地质生态

比较突出

中等 囊 舞 鬈较普遍且程度较严重，但至少有一类问

戳赫兰左 生态环境问题普遍发生且有一类特别严重，并呈现整

体向生态环境恶化方向发展

左 至少有两类生态环境问题突出且特别严重，植被盖度

低，沙漠化或盐渍化问题严重

2．2 评价平台的构建

为了实现评价方法与计算环境的统一，自主研发了基于

MAPGIS的生态环境评价信息系统。该系统是以数据库为基

础、以评价模型为核心、以GIS为载体的集GIS、数据库管理系

统与地质生态环境评价模型为一体的信息系统，能够在同一平

台上进行地质生态环境信息的存储、管理、查询、分析评价及结

果表达等。

该系统由文件模块与数据库模块组成。每个模块都包含

数据管理、空间分析和数据输出3个功能块。其中空间分析

(主要是地质生态环境分析模型)是该系统的核心，由地质生态

环境空问统计分析模型与综合评价模型2部分组成，具体模型

包括指数叠加模型、模糊综合评判模型、动态聚类模型和神经

网络模型等。

2．3 地质生态环境评价

考虑不同地貌条件下生态环境条件的差异，结合实际评价

的需要，将秃尾河流域划分成500个2．5 km×2．5 km的评价

单元，进行生态环境质量评价，评价方法采用模糊综合评价方

法，权重由层次分析法给出。

评价结果与已有研究成果和野外调查结果相符，基本反映

了秃尾河流域生态环境状况(图1)：在现状条件下，除盖沙丘

陵区外，流域生态环境状况较好；沙漠区的生态环境现状虽然

较好，但一旦受到人类活动的干扰将迅速恶化，因此盖沙丘陵

区和沙漠区是流域生态环境保护的重点 'lo_。

3 结语

图1 评价结果

(1)以MAPGIS为平台，建立了地质生态环境评价信息系

统，为地质生态环境数据信息化与标准化奠定了基础。

(2)通过秃尾河流域地质生态环境调查，揭示了地质生态

环境的影响因素，提出了地质生态环境状况分级标准。

(3)利用建立的系统，对秃尾河流域地质生态环境质量进

行了评价，评价结果与实际情况相符。

(4)以GIS为基础进行地质生态环境评价，实现了地质生

态环境信息的存储、管理、查询、分析评价及结果表达等的一体

化与可视化，提高了地质生态环境数据的科学(下转第5页)(上接第2页)管理和综合分析能力，评价过程和结果更加直观

地反映了地质生态环境质量的空间分布规律及其变化特征。

参考文献：

[1] 孔金玲，王文科，翁晓鹏，等．基于GIS的地下水及其环境

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[5] 王雁林，王文科，杨泽元，等．渭河流域陕西段生态环境问

题与重建策略探讨[J]．中国人1：3、资源与环境，

设4个站，平均分布于黄河干流的左右岸；一千二黄河故道湿

地区可以布设2个站。② 地下水水质监测站布设应尽量与地

表积水监测站的数量、位置相一致，以便对检测结果进行对照

分析。③湿地临海区海水水质监测站可以设置2个，一个位于

一千二黄河故道陆上湿地临海区；另一个位于黄河1：3及大汶流

陆上湿地临海区，即现黄河1：3门附近海域。

(8)小环境气候要素监测。黄河1：3湿地降水量监测网可以

按照平均布设的原则进行设站，一般可以按每150 km 布设1

个站，总计可以布设8个降水量监测站。另外，考虑到河口湿

地地形对气象要素的影响不大，可以分别在一千二黄河故道湿

地区和黄河口及大汶流湿地区各设置1个蒸发及气象要素观

测站。

5 结语

基于水循环的黄河口湿地环境监测方法研究是开展湿地

环境研究的基础，也是黄河生态环境监测的重要组成部分，更

是科学制定黄河1：3湿地保护与利用对策的依据。开展此项工

作，对于维持黄河生态平衡，保护黄河1：3湿地生物多样性，促进

黄河1：3湿地的可持续发展，维护当地乃至周边地区生态系统的

健康与安全具有重要意义。因此，应尽快建立完整的黄河1：3湿

地环境监测系统。

参考文献：

[1] 黄河流域水资源保护局．黄河流域水资源保护科技成果

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【责任编辑赵宏伟】

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[9] 王文科，孔金玲，段磊，等．黄河流域河水与地下水转化关

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[10]黄金廷，王文科，何渊，等．鄂尔多斯沙漠高原湖淖群的形

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