地理信息系统技术在岩溶环境学领域的应用

　0 引言
　　进入21世纪以来，gis技术及3s技术做为新兴技术，被广泛的应用于和地理位置相关的各领域。最近20几年地理信息系统和数据管理系统被广泛的用于发展岩溶地物数据库的空间分析和资源管理领域[1~5]，许多国家已经建立全国范围的岩溶地物数据库以增强数据获取和资源管理能力[6,7]。而这一工作在国内相对较少，国内进行的较多研究是在小区域范围内的gis建立，以及为特定研究提供服务支持，如研究云南小江流域的地下水质量和土地利用变化[8]，或是特定区域的脆弱性评价研究[9~11]。之所以大区域范围的gis建立存在的困难也是基于我国岩溶区的特点，在形成的背景条件上由于面积辽阔，大陆部分碳酸盐岩古老坚硬，新生代大幅度抬升，季风气候水热配套及未受末次冰期冰盖刨蚀，因此碳酸盐岩的分布有较大的环境跨度，各种岩溶形态有较好的保存 [12]，岩溶类型区域差别较大，所以为了建立全国性的大范围的岩溶地物数据库，前期局部和小区域的研究既是因地制宜的方案，也为全国范围的岩溶地物数据库建立打下基础。而岩溶区gis的建立相较之传统gis的建立也有其特殊性，如岩溶区特有的管道系统导致物质和能量的不均一快速运移，使在运用一些常用空间分析方法时应多加注意适用范围。我国岩溶区面积广大，且蕴含多种矿产资源，同时又分布在两个人口密集带，岩溶区也面临人口资源与脆弱环境符合地带的贫困问题。尤为是在西南地区，且多处于山区地带，数据收集工作与经济支持较小，也为岩溶区地理信息系统的建立带来不少难题。WWW.11665.com本文旨在综述现今gis技术在岩溶学中的应用，并对未来我国岩溶gis建立进行尝试性探讨。
　　1 脆弱性评价
　　岩溶区由于其地质特点，丰富的地下水资源往往作为该区域重要的生活生产用水，因此对于岩溶区地下水资源的保护尤为重要。而岩溶地区由于其地下复杂的管网和裂隙，造成了污染物通过管道流快速扩散及埋藏于地下难治理。为了跟好的预防岩溶地区地下水资源的污染，对岩溶水资源进行脆弱性评价成为先进岩溶学研究的一个热门领域。全球各地学者根据研究区域的不同选择适当的脆弱性评价模型对区域进行研究，研究的较为广泛的是区域的固有脆弱性评价（intrinsic vulnerability），即由地质，水文和水文地质学特性造成的地下水脆弱性，因此与具体污染物及污染情况无关，且具有共通性，研究得到的模型具备广泛适用性，现今已有的脆弱性评价模型有epik，drastic，god，avi，isis，sintacs，reks，爱尔兰模型，德国模型，奥地利模型等，其中尤以epik，drastic，以及后来含有较少参数的pi模型应用较为广泛，既能较好的模拟研究区域的地理过程，且多次被证明具有较好的普遍适用性。
　　利用模型和gis工具对岩溶区进行脆弱性评价的研究有很多，其主要的研究目的不仅仅局限于得到一个区域的固有脆弱性评价，也为污染物的特殊脆弱性评价和确定地下水资源保护区作为基础，并且讨论模型使用的范围和局限性。如利用epik和gis工具确定地下水保护区的研究[13]，利用drastic模型和gis工具对hajeb-jelma的含水层进行的脆弱性与风险评价[14]，利用sintacs模型对jordan valley的冲积平原含水层脆弱性的评价[15]。而单一模型的应用往往也不能很好的模拟一个研究区域的地理过程，因此在基础数据较为齐全且有多个模型可供选择使用时，研究者们往往将多个模型结合起来使用，已得到更精确的模拟结果，如利用epik方法中提到的k因子（即karst network）并将其概念扩展为岩溶水饱和区，以进行垂直方向上地下水运移路径的脆弱性评价，并结合cop方法进行固有脆弱性评价进行从资源到源头的系统的脆弱性评价。[16]还有一些学者，为了得出更准确的结果，在进行固有脆弱性评价的结果上，加入地区主要污染物的地下水含量进行校正，以使研究结果更有针对性，如erhan sener对turkey的isparta地区在利用drastic进行固有脆弱性评价的基础上，用地下水的氮元素含量进行校正并利用土地利用类型图对结果进行了验证，得到了理想的研究成果。[17]同样在利用污染物在地下水中的浓度值校准drastic方法得到的脆弱性评价图的基础上，ahmad jamrah等加入了由1995至2004年的数据得到的drastic脆弱性评价图序，并得到时间维度上的脆弱性变化，并且由于时间跨度较短，可以藉此区分由地质背景引起的固有脆弱性评价的因子有哪些，因为他们的变化随时间变动较小，同时由于研究区域滨海，也验证了drastic对于滨海岩溶区也适用[18]。
　　将岩溶学，gis，rs，脆弱性评价模型和同位素研究结果的地域分布情况结合以获得准确的脆弱性评价结果，将gis技术与传统研究方法结合也取得了一定进展，由此可以看出脆弱性评价由于其学科交叉的特性，其研究思维是十分活跃的。
　　对于不同岩溶组合岩溶地貌的脆弱性评价也有广泛的发展，如对伊朗的izeh坡立谷利用修改的drastic模型进行的脆弱性评价并用地下水中氮元素含量进行校正。[19]同时也有对于不同方法的探寻与适用性的研究文献，如评价利用数字矢量地质四边形（dvqs）结合高程数据来进行水文地质学定义的敏感区和由可能灌入大量地下水引起的敏感区确定。同时证明该方法较之drastic和diversity方法更适合于kentucky[20]。
　　在这些研究中gis工具往往作为最终结果的展示，以及空间叠加分析，也正是因为gis中图层概念的引入，才使得利用多图层来得到脆弱性评价最终结果的思路得以产生。而脆弱性评价对于岩溶区水资源的保护及岩溶区资源开发利用规划的指导意义是毋庸置疑的，但同时，进行详尽可靠的脆弱性评价离不开大量的基础数据收集，如果没有足够详尽的数据，其结果的可靠性和可信度将受到影响，也不能很好的对岩溶区经济建设发展规划起到指导作用，因此采用的较少参数的折中办法更多的是起到号召和警示的作用，以期争取更多的社会关注和资金投入，从而推动进一步的深入研究。
　　2 gis在石漠化治理上的应用
　　石漠化作为岩溶区环境恶化的一个重要表现，极大的影响了岩溶区的经济发展与生活条件。因此岩溶环境治理的很多研究都围绕着石漠化在开展，而gis由于其对大区域范围的系统分析具有优势，因此在石漠化治理和预防上也有较多应用。