基于GIS的矿井水文地质信息系统开发与研究
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摘要：地理信息系统（GIS）技术在各个应用领域正在得到广泛的应用。为煤炭生产管理部门对矿井水文信息的管理、查询及分析提供了一条新的更加快捷有效的途径。
关键词：GIS；矿井水文地质；信息系统开发
中图分类号：TD1文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2011）0014(C)-0205-01
引言：煤炭是我国国民经济的主要能源，煤炭工业是我国国民经济的基础产业。而煤炭发展至今，安全问题一直是最令人担忧的一个大问题。在我国，煤矿水文地质条件复杂，受水害威胁的矿井多。GIS以其所特有的图形、数据的集成管理、空间分析和空间决策支持等功能，使得传统的手工、单一、静态为主的分析技术推到了多时相、多源数据、时空相结合的综合分析技术的高度，从而使矿井水文地质信息系统和处理工作更加科学化、系统化、规范化，决定了GIS技术在矿井水文地质领域可以发挥重要作用。
一、系统各模块功能
（一）水文地质数据管理子系统的具体功能
1、数据输入。初始化数据库、矿井水文地质原始资料的输入与编辑、系统外部其它格式数据的导入。2、数据查询。矿井水文地质资料的复合条件查询、显示和输出。3、数值计算。进行含水层厚度、主采煤层与含水层间距等参数的计算。4、数据输出。备份数据库数据、输出成word表格、打印数据库数据。
（二）水文地质图形管理子系统的具体功能
1、图形管理。图形数据的输入、输出、分层分类管理，动态更新图层，能够对图形进行放大、缩小和平移等操作；对图形数据进行编辑，包括点、线、面、文字标注等的增加、修改、删除；以及图形数据的查询和分析，例如：距离量测、面积量测、最短路径分析等。2、属性管理。图形属性数据的输入、输出，属性数据的单向、交互、条件查询，按图层显示、控制查询，查询的结果可生成报表或者专题图。3、专题制作。根据用户需要分层或叠加输出各种专题图，包括制作统计专题图、单值专题图、范围分段专题图等，满足不同层次的需求。4、分析评价。对空间数据进行水文分析、三维建模、网络分析、缓冲区分析及叠加分析，借助图形和属性数据资料，对水文地质条件进行评价，并得出预测数据。5、符号库。对每类点符号、线型、填充进行符号定制、增加、修改、删除。
（三）水害评价预测子系统的具体功能
1、模型开发。通过专题制作与分析评价等模块，对水文地质数据管理子系统中的有关数据进行可视化，分析它们的空间关系，同时综合考虑与灾害发生有关的各种因素，得出与水害的关系，在此基础上运用地理信息系统的多源地学信息复合叠加方法，建立多因素致灾的水害预测模型。2、模型管理。目前该领域现有水害评价预测模型的导入，根据现场实际情况对这些模型进行编辑、完善。3、知识库。用以存放该领域专家提供的知识，包括典型水害案例、专家经验和研究成果及防治水害有关的专业知识和规程。利用这些知识对矿井各种水害进行防治。
二、系统设计
（一）系统总体结构设计
根据水文地质特点及区域水文地质数据管理、分析、评价的需要，水文地质空间信息系统由空间数据管理、应用模型管理、空间分析、数据转换、空间数据查询与检索、系统管理等模块组成。
（二）数据库结构设计
根据影响地下水形成、赋存、运移的因素以及地下水及其环境分析、评价的需要，将空间数据按性质分为自然地理、社会经济、基础地质、水文地质、环境地质5大类。各大类按数据的内容和特征可分为若干子类，每个子类再按数据所描述的空间实体的类型及其属性特征分为不同的图层，并对各图层、各图层要素及其属性数据进行标准化设计和编码。
水文地质空间数据库是实现水文地质空间分析的基础。数据库子系统将为信息查询、模型分析、制图输出等提供信息源，并接受模型分析所获得的结果数据。它不仅能直接服务于不同层次用户，而且可直接服务于模型，支持模型对水文地质实体进行分析。
（三）模型库模型体系结构设计
依据水文地质空间分析的特殊要求，结合分析模型的功能与任务，模型库模型体系结构包括4大类模型23个模型元，即统计分析类模型、地下水量计算与评价模型、地下水流数值模拟模型和综合评价与分析模型。
空间统计分析类模型包括常规统计分析、相关分析、聚类分析、灰色关联分析和频谱分析等，可对影响地下水的因素进行相关分析、关联分析、分类和频谱分析等。地下水量计算与评价模型包括地下水量计算模型、地下水资源量计算模型和开采潜力分析模型，其中地下水量计算模型主要用于计算各计算域上补给量、排泄量、储存量以及对所选择的计算域进行水均衡分析；地下水资源量计算包括地下水补给资源量、地下水可采储存资源量、地下水可采资源量计算3部分，这些资源量是在区域地下水量计算基础上，减去重复计算量而得到的。地下水流数值模拟模型由两部分构成：一是GIS环境中开发的地下水流数值模拟模型，即将地下水流数值模拟模型嵌入ARC彻软件中，实现GIS与地下水流数值模拟模型无缝集成；二是标准ARC删软件与用户已开发的地下水流数值模拟软件之间，通过接口程序实现连接，属于松散连接方式。综合评价与分析模型主要用于对水质和地质生态环境及其相关问题进行评价。
结语：GIS作为一门科学和技术，并且能更直观的和详细的显示空间信息，为水文地质学的发展带来带来新的动力。系统在很大程度上改善了水文地质数据的管理，但在地层的三维显示和虚拟环境模拟方面有待于以后的深入学习和研究。
作者单位：淮南矿业集团李嘴孜煤矿
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