（应用化学专业论文）地下水水化学环境信息管理系统的设计与开发.pdf

摘要 地下水是我国，尤其是北方地区工农业及生活用水的主要水源。地下水资 源的量与质就是该地区的城市节水办公室及水务局的水资源管理办公室工作的 主要对象。 相比 而言， 水化学信息更丰富， 数据库更大， 管理难 度大， 常规管 理方法效率低， 影响了 地下水资源的 更加合理地开发与 利用。 地理信息系统( g i s ) 具有强大的数据信息及图 像信息的储存、管 理、处理及分析等能 力，开发基于 g i s的地下水水化学信息管理系统， 对于 提高 地下水资源的管理效率，地下水 水质污染的预防与治理具有重要意义。 本研究工作是山东省水利厅资助的 “ 山 东省南四 湖流域水资源可持续利用 实时管理系统”的部分内 容。 针对山东 省水利厅提出 的具体要求，结合g i s 发 展趋势，以南四湖流域济宁地区地下水水化学数据为基础，全面分析该区水化 学资料的 特点， 构建空间数据库， 然后以ma p i n f o 为开发平台， 用v b的o l e , a d o技术， 采取v b , m a p b a s i c 混合编程方 法， 建立了 地下 水水化学环境信息 管理系统。 该系统完成基本数据管理、 图 形显示及查询功能， 它通过s q l 语句 灵活便利地查询存储于a c c e s s s 数据库中的 大量 数据信息; 通过m a p b a s i c 二次 开发和v b 在m a p i n f o 中的集成，实 现了 地理信息与属性信息交互查询。 此外， 应用 v b设计、编程，实现了地下水水化学组分观测值变化历史的统计分析和 历史曲 线的 绘制，方便地计算各观测 值的最大 值、最小值、 全距、平均值， 标 准差和变异系数等统计学参数， 为分析 观测数据的变化特征及其可 靠性提供了 依据; 同时 ， 用历史曲 线将测井水位及各 种离子 浓度随时间的 变化情况直观地显 示在计算机窗口中，并可任意缩放、 剪切、复制、粘贴; 在系统中 通过历史曲 线的最小二乘法多 项式拟合实现了 预测、 预警功能。对观测参数空间分布数据 采用三角化网 格化方 法自 动生成了同 一时间 观测值的等值线， 揭示同一时间水 位、 井深、 离子浓度的空间分布特征。 等值线图 件保存于空间数据库中， 可随 时调用查看， 并与其它图层 地理底图 等) 叠置生成多层复杂的综合图 件，从 而大大简化了 分析阴阳 离子分布等水化学规律所必须的绘图工作。 本 研究开发了 一套图文结合、界面友好、 可视化和自 动化程度高的 地下水 水化学环境信息管理系统， 为水化学场的深入研究及地下水资源合理开发利用 提供了技术支持，具有推广应用价值。 关 键词: 地 下 水， 水化 学， 环 境 信息 系 统 ， 空 间 数 据 库，m a p in f o m a p b a s ic 二次开发，v i s u a l b a s i c, o l e 技术， a d o 技术 a b s t r a c t i n c h i n a , e s p e c i a l l y n o rt h r e g i o n , t h e g r o u n d w a t e r i s ma i n w a t e r r e s o u r c e f o r i n d u s t ry , a g r ic u l t u r e a s w e l l a s t h e d a i l y l i f e o f t h e p e o p l e . t h e q u a n t i t y a n d q u a l it y o f g r o u n d w a t e r a r e m a i n w o r k i n g o b j e c t s o f l o c a l w a t e r - s a v i n g o ff i c e a s w e l l a s w a t e r r e s o u r c e m a n a g e m e n t o ff i c e o f w a t e r - a ff a i r b u r e a u . t h e h y d r o c h e m i s t ry i n f o r m a t i o n i s m o r e a ff l u e n t , i t s d a t a b a s e i s l a r g e r , t h e m a n a g e m e n t is m o r e d i ff i c u l t c o m p a r a t i v e l y , t h e m o r e r e a s o n a b l e d e v e l o p m e n t a n d u s a g e w e r e a ff e c t e d d u e t o t h e lo w e ff i c i e n c y o f g e n e r a l m a n a g e m e n t m e t h o d . t h e g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o n s y s t e m ( g i s ) h a s p o w e r f u l f u n c t i o n t o s t o r e , m a n a g e , p r o c e s s a n d a n a l y z e t h e d a t a a n d g r a p h i c i n f o r m a t i o n . i t i s v e ry m e a n i n g f u l f o r i m p r o v i n g m a n a g e m e n t e ff i c i e n c y o f g r o u n d w a t e r r e s o u r c e , p r e v e n t i n g a n d h a rn e s s i n g t h e p o l l u t i o n o f g r o u n d w a t e r q u a l i t y t o d e v e l o p t h e g r o u n d w a t e r h y d r o c h e m i s t ry i n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t s y s t e m b a s e d o n gi s . t h i s r e s e a r c h w o r k i s a p a rt o f p r o j e c t r e a l t i m e ma n a g e m e n t s y s t e m o f c o n t i n u o u s u t i l i t y wa t e r r e s o u r c e o f d r a i n a g e b a s i n i n s h a n d o n g p r o v i n c e s f o u r s o u t h l a k e s s u p p o rt e d b y w a t e r c o n s e r v a n c y b u r e a u o f s h a n d o n g p r o v i n c e . a c c o r d i n g t o t h e r e q u i r e m e n t s o f s h a n d o n g p r o v i n c e w a t e r c o n s e r v a n c y b u r e a u , c o m b i n i n g w i t h g i s d e v e l o p m e n t t e n d e n c y , b a s e d o n t h e g r o u n d w a t e r h y d r o c h e m i s t ry d a t a o f f i n i n g a r e a i n f o u r s o u t h l a k e d r a i n a g e b a s i n , t h i s t h e s i s i n v e s t ig a t e s t h e g r o u n d w a t e r h y d r o c h e m i s t ry d a t a c h a r a c t e r c o m p l e t e l y a n d e s t a b l i s h e d t h e s p a c e d a t a b a s e fi r s t ，a n d t h e n d e v e l o p s t h e g r o u n d w a t e r h y d r o c h e m i s t ry i n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t s y s t e m u n d e r v i s u a l b a s i c 6 . 0 ( v b 6 ) d e v e l o p m e n t p l a t f o r m u s i n g o l e a n d a d o t e c h n o l o g y a s w e l l a s m i x - p r o gr a m m i n g m e t h o d s o f v b , m a p b a s i c a n d m a p i n f o . t h i s s y s t e m c o m p l e t e s d a t a b a s e m a n a g e m e n t , i n f o r m a t i o n q u e ry a n d r e l a t e d gr a p h d i s p l a y , i t c a n b e u s e d t o q u e ry a n d s e e k a t t r i b u t i o n i n f o r ma t io n o f a m a p a m o n g l a r g e m o u n t o f d a t a s t o r e d i n a c c e s s d a t a b a s e . t h e i n t e r a c t i v e q u e ry b e t w e e n t h e m a p a n d i t s a tt r i b u t i o n s w a s r e a l i z e d u s i n g v b m a p i n f o i n t e g r a t i o n a n d t h e s e c o n d a ry m a p b a s i c d e v e l o p m e n t . i n a d d it i o n , t h e s t a t i s t i c a n a l y s i s a n d h i s t o ry c u r v e p l o tt i n g o f m e a s u r e d d a t a w e r e a l s o r e a l i z e d , t h e s t a t i s t i c s p a r a m e t e r s , m a x i m u m , m i n i m u m , r a n g e , a v e r a g e , s t a n d a r d d e v i a t i o n a n d v a r i a t i o n c o e ff i c i e n t , c a n b e c a l c u l a t e d e x p e d i e n t l y t o p r o v i d e b a s e s f o r a n a l y z i n g r e l i a b i l i t y a n d v a r i a t i o n c h a r a c t e r i s t i c o f m e a s u r e d d a t a me a n t im e t h e v a r i a t i o n o f r e l a t e d m e a s u r e m e n t d a t a w a s s h o w n wit h h i s t o ry c u r v e s , w h i c h c a n b e z o o m e d , c u t , c o p i e d , p a s t e d a n d s a v e d e a s i l y . a c o n v e n i e n t f u n c t i o n f o r p r e d i c t i o n a n d f o r e c a s t o f g r o u n d w a t e r h y d r o c h e m i s t r y d a t a w a s b u i l t i n t h e s y s t e m u s i n g t h e l e a s t - s q u a r e s c u r v e - f i t t i n g o f p o l y n o m i a l a p p r o x i m a t i o n f o r h i s t o ry c u r v e s . t o s h o w t h e d i s t ri b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c o f m e a s u r e d i o n i c c o n c e n t r a t i o n , t h e c o n t o u r w a s a u t o m a t i c a l l y c r e a t e d u s i n g t r i a n g u l a t e d m e t h o d o # s p a t i a l d a t a t h a t m e a s u r e d a t t h e s a m e t i m e a n d d i ff e r e n t l o c a t i o n . t h e c o n t o u r o f m e a s u r e d p a r a m e t e r s w a s s a v e d i n t o s p a t i a l d a t a b a s e a s a g r a p h i c e l e m e n t , it c a n b e r e v i e w e d o r o v e r l a p p e d t o o t h e r m a p l a y e r s d i s c r e t io n a r i l y t o c o m p o s e m u l t i - l a y e r s u p e r p o s i n g a n d c o m p l i c a t e d s y n t h e s i s m a p s , a n d t h u s a lo t o f w o r k i s r e d u c e d f o r a n a l y z i n g a n i o n / c a t i o n d i s t r i b u t i o n o f g r o u n d w a t e r . a t e x t - g r a p h c o m b i n e d a n d fr i e n d l y i n t e r f a c e d i n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t s y s t e m o f g r o u n d w a t e r h y d r o c h e m i s t ry i s d e s i g n e d a n d d e v e l o p e d i n t h i s t h e s i s , i t p r o v i d e s a p o w e r f u l t e c h n o l o g y s u p p o rt f o r d e e p l y i n v e s t ig a t i n g h y d r o c h e m i s t ry f i e l d a n d r e a s o n a b l y u t i l i z i n g t h e g r o u n d w a t e r r e s o u r c e s . i t h a s s i g n i f i c a n t v a l u e o f a p p l i c a t i o n a n d s p r e a d . k e y w o r d s : g r o u n d w a t e r , h y d r o c h e m i s t ry , e n v i r o n m e n t i n f o r m a t i o n s y s t e m , s p a t i a l d a t a b a s e , m a p i n f o , ma p b a s i c s e c o n d a ry d e v e l o p m e n t , o l e t e c h n o l o g y , d a o t e c h n o l o g y .1 ) 1 j 1 is# 硕士学位论文 第一章绪论 1 .1选题目 的和意义 水是一种可再生的自 然资源， 但不是取之不竭的n ，人类经济活动对需水 的无穷尽增长，必然导致水荒的出现。在 2 0世纪，用水量以超人 口增长率 2 倍的速度增长，在世界许多地区，取水量持续快速增高，加剧了缺水。1 9 7 0年 以 来， 理 论 上 人 均 可获 得 的 水 量己 几 乎 减少 了4 0 % 1z ， 全 球己 有 1 /4 的 人口 面 临着一场为得到足够的饮用水、 灌溉用水和工业用水而展开的斗争; 到 2 1 世纪 中期， 全世界将有 2 / 3的人 口面临这种紧张局面; 在未来 3 0 年内，中国将被列 入1 3 个缺水国家之一 0 。 我国的 水资 源总量为2 . 8 万亿m 3 ，预测到2 0 3 0 年人 口 增至 1 6 亿时， 人均水资源量为1 7 6 0 m 3 。 按国际上一般承认的标准， 人均水 资源量少于 1 7 0 0 立方米为用水紧张国家3 。 因 此， 我国未来水资源的形势是严 峻的。面对当前的形势，必须要采取合理的措施，科学管理水资源。 水资源也是一种基础自然资源， 是生态环境的控制性因素。 随着经济发展， 人口 数量剧增， 城市化、工业化进程加快， 对水资源的 需求将持续增加。淡水 资 源的有限性， 我国水资源的低人均占 有量， 较大的时空 分布差异性，导 致了 我国 水资源供需间的尖锐矛盾。 缺水己 成为 我国的经济和社会发 展的 主要制约 因素， 在人口 和工业高 度集中的城市地区， 水资源紧缺状况更加突出川 们 。 只有 进一步提高水资源管理水平，才能更好地缓解水资源紧缺状况。 水资源分为地表水和地下水两种。 在人类文明的初期，人 类主要利用地表 水。由 于那时 人口 少， 地表水储量较大， 并且洁净、 无污染。随 着人类的繁衍 生息，人口 增多，活动范围扩大，到上世纪末， 河水开始枯竭， 污染也日 益严 重， 人类开始依赖于相对比 较洁净的地下水。 地下水的 补充速度是非 常缓慢的， 地下水的循环周期是 1 4 0 0 年，而河水只需要 2 0 天就可循环一次;地下水蓄水 层的形成需要几十甚至上百年， 而 人们抽取地下水的速度远远高于其补充速度。 地表水靠各种微生物的生物活动可自 净，而地下水由 于缺乏微生物而自 净能力 较差，地下水的污染是不可逆转的。因 而，随着水中污染物质不断在蓄水层中 积累， 可利用的地下水源在不断减少。 据统计，几乎每一块大陆上的 地下 主要 蓄水层的消耗速度都远远大于自 然补充速度，原因如下: .全球大约 巧亿人口 的饮水靠地下水，亚洲三分之一的人口 饮水靠地下 水提供，一些发展中国家的 大城市，如雅加达、墨西哥城等饮水全部依 赖于 地 下水，美国 9 5 % 以上的农村人 口饮用地下水。 .1 ) 1 j 1 is# 硕士学位论文 第一章绪论 1 .1选题目 的和意义 水是一种可再生的自 然资源， 但不是取之不竭的n ，人类经济活动对需水 的无穷尽增长，必然导致水荒的出现。在 2 0世纪，用水量以超人 口增长率 2 倍的速度增长，在世界许多地区，取水量持续快速增高，加剧了缺水。1 9 7 0年 以 来， 理 论 上 人 均 可获 得 的 水 量己 几 乎 减少 了4 0 % 1z ， 全 球己 有 1 /4 的 人口 面 临着一场为得到足够的饮用水、 灌溉用水和工业用水而展开的斗争; 到 2 1 世纪 中期， 全世界将有 2 / 3的人 口面临这种紧张局面; 在未来 3 0 年内，中国将被列 入1 3 个缺水国家之一 0 。 我国的 水资 源总量为2 . 8 万亿m 3 ，预测到2 0 3 0 年人 口 增至 1 6 亿时， 人均水资源量为1 7 6 0 m 3 。 按国际上一般承认的标准， 人均水 资源量少于 1 7 0 0 立方米为用水紧张国家3 。 因 此， 我国未来水资源的形势是严 峻的。面对当前的形势，必须要采取合理的措施，科学管理水资源。 水资源也是一种基础自然资源， 是生态环境的控制性因素。 随着经济发展， 人口 数量剧增， 城市化、工业化进程加快， 对水资源的 需求将持续增加。淡水 资 源的有限性， 我国水资源的低人均占 有量， 较大的时空 分布差异性，导 致了 我国 水资源供需间的尖锐矛盾。 缺水己 成为 我国的经济和社会发 展的 主要制约 因素， 在人口 和工业高 度集中的城市地区， 水资源紧缺状况更加突出川 们 。 只有 进一步提高水资源管理水平，才能更好地缓解水资源紧缺状况。 水资源分为地表水和地下水两种。 在人类文明的初期，人 类主要利用地表 水。由 于那时 人口 少， 地表水储量较大， 并且洁净、 无污染。随 着人类的繁衍 生息，人口 增多，活动范围扩大，到上世纪末， 河水开始枯竭， 污染也日 益严 重， 人类开始依赖于相对比 较洁净的地下水。 地下水的 补充速度是非 常缓慢的， 地下水的循环周期是 1 4 0 0 年，而河水只需要 2 0 天就可循环一次;地下水蓄水 层的形成需要几十甚至上百年， 而 人们抽取地下水的速度远远高于其补充速度。 地表水靠各种微生物的生物活动可自 净，而地下水由 于缺乏微生物而自 净能力 较差，地下水的污染是不可逆转的。因 而，随着水中污染物质不断在蓄水层中 积累， 可利用的地下水源在不断减少。 据统计，几乎每一块大陆上的 地下 主要 蓄水层的消耗速度都远远大于自 然补充速度，原因如下: .全球大约 巧亿人口 的饮水靠地下水，亚洲三分之一的人口 饮水靠地下 水提供，一些发展中国家的 大城市，如雅加达、墨西哥城等饮水全部依 赖于 地 下水，美国 9 5 % 以上的农村人 口饮用地下水。 西北工业大学硕十学位论文 全球农业灌溉用水也是地下水急剧减少的一个主要原因， 农业灌溉用水 约占全球总用水量的 7 0 % 。 例如: 耕地面积为世界第一位、 粮食产量占世界第三 位的印度，其灌溉用水的一半以上由地下水来提供口 随着世界工业化的发展， 大量的地下水被用于 工业生产， 目 前工业用水 在全部用水中的份额己占了 1 9 % ，且有上升趋势。地下水正在以惊人的速度减 少，而且由于某些地理及自 然条件的限制，过度开采地下水会使地下蓄 水层 沉 积 物变得致密， 从而使地下蓄水层的 储水 量不可逆转地永久缩减5 。 由此可见，地下水资源的合理管理是非常必要的，其中。化学信息是衡量 地 下水水 质好坏的很重要依据， 因此地下水水化学信息管理处于极其重要的 地 位。 首先， 地下水水化学与人民生活、 健康密切相关。 水中的某些成分过高 或 过低，是导致不同地方病的主要因素之一。例如:台湾南海岸地区的黑脚病， 就是由 于饮用了含砷过高的井水导 致的6 1 。 在我国山 阴地区分布着大面积的地 质 成因 高 砷、 高 氟 地 下 水7 1 。 由 于 饮 用这 些 水， 在人 群 中已 经出 现十 分 严 重 的 砷中毒和氟中毒，表现为指甲凹陷，手脚皮肤干燥，角质化过度，躯干背部有 点 状色素脱色斑。居民 发病后体质逐渐变弱，出现肢体麻木、 头晕、 心慌、 疲 乏等症状。 此外，砷含量过高还会导 致癌症， 这些地区癌症高发。 如在山 阴大 营 村， 5 年内以 肺癌、 肝癌、 皮肤癌等为主的 各类脏器癌症人数 1 1 人，己死 亡 1 0 人， 而 且 死亡 者 大 多为 中 年人 a 1 。 我国 山 东 莱 州 地 区 患 各 种 地 方 病的 人 数 达 4 5 万之多， 小清河附近的县征兵体检 水中所含 的 钙、 镁盐加热时 产生的炉垢不仅浪费燃料，还容易造成锅炉爆炸事故等等。 再者， 水中的 化学成分对于工农业生产也有着不可忽视的关系。很多工 业 部门， 如纺织、印 染、造纸、 化工等，对水中的化学物质的 含量都有要 求， 在 饮食工业中， 甚至起关键作用，比如 酿酒、饮料等。 农业灌溉的 水质有一定的 标准， 某些有害成分含量过高会导 致农作物死亡， 有些超标成分虽不会使农作 物致死，但农作物会吸收，被人食用后影响健康，甚至导致母体内的胎儿畸形 发育。 因为水中化学物质如此重要， 所以 它也是环境信息管理系统不可或缺的 一 部分， 是环境科学研究的一个重要内 容。 在我国西北、 华北和华南地区， 地下水也是工农业用水的主 要供给源， 地 下水有效快 速的管理对于这些地区的经济发展有着极其重要的意义。 开发一种 存储方便，查询迅速，以空间图形显示，并能够进行分析、预测和决策的功能 .0; j 头 掌 硕 士 学 位 论 文 强大，可视化程度高的新型地下水资源管理系统，有着重大的意义。随着环境 各要素发生变化及工农业生产的高速发 展， 地下水的各种元素含量和细菌 含量 以 及浊度也在发生着变化，这些变化与 人民生活乃至社会经济发展都有着密切 联系，为 其单 独建立有效合理的水化学信息管理 系统是十分必要的。 正因为上述原因， 本学 位论文旨 在建立地下 水水化学环境信息管理系 统， 它能存储和管理大量原始数据，并 将空间 信息和属性信息结合起来，形成生动 美观的图 件， 直观，可视; 建立查 询检索系统， 能够方 便迅速查询水化学的有 关信息，省时、 高效; 进行图层叠加、数 据计算，以图 形显示分析结果，指导 居民 用水及农业灌溉: 通过图形显示超标井点， 在一定程度上可以为管理者提 供直观、 合理的决策依据，实现了 对与地理式图形对象相对应的抽象数据的 分 析和管理。 本毕业论文以山东济宁地区地下水资料为素材，建立地下水水化学环境信 息管理系统。 1 . 2 地下水水化学环境信息管理系统概述 1 a . 1地理信息系统 电子计算机 自1 9 4 6 年问世以来，早期主要集中在科学计算和日常事务性工 作 的 数 据 处 理 上。 随 着计 算 机 的 应 用 和 发 展， 地 理 信 息系 统( g e o g ra p h ic in fo r m - a tio n s y s te m ， 简 称 g i s ) 于6 0 年 代 在 西 方国 家开 始 兴 起， 这 是一 种在 计 算 机 硬 件设 备和软件支持下，实现地理空间数据输入、 存储、检索、 处理和综合分析 的技术系统，是计算机科学、遥感与航测技术、计算机图形学、计算数学、图 论、地理学、地质学、测绘学、系统科学等学科综合发展的产物。g i s 的发展 经历了四个阶段，即 探索阶段、 起步阶段、模型化发展阶段和支持预测、 策略 优化高层次发展阶段。世界上第一个g i s 系统是 加拿大国家地理信息系统 ( c g i s ) ，它于1 9 7 1 年正式开始运行，主要为处理土地资 源而建立【 1 0 1 地理信息系统在环境信息系统中 的应用，是g i s 的一个新的发展方向，我 国己先后利用g i s 初步建立了一些省级和市级及地区环境信息管理系统，其技 术和方法日 益成熟和完善。 g i s 的专业软件一般指具有丰富功能的通用g i s 软件，它包括了处理地理信 息系统的各种高级功能，可作为其它应用系统建设的平台。其代表产品有 a r c / i n f o , m g e , m a p i n f o , m a p g i s , g e o s t a r 等 l i i t 2 3 。 本论文 采用m a p l n f o 为开 发平台。 .0; j 头 掌 硕 士 学 位 论 文 强大，可视化程度高的新型地下水资源管理系统，有着重大的意义。随着环境 各要素发生变化及工农业生产的高速发 展， 地下水的各种元素含量和细菌 含量 以 及浊度也在发生着变化，这些变化与 人民生活乃至社会经济发展都有着密切 联系，为 其单 独建立有效合理的水化学信息管理 系统是十分必要的。 正因为上述原因， 本学 位论文旨 在建立地下 水水化学环境信息管理系 统， 它能存储和管理大量原始数据，并 将空间 信息和属性信息结合起来，形成生动 美观的图 件， 直观，可视; 建立查 询检索系统， 能够方 便迅速查询水化学的有 关信息，省时、 高效; 进行图层叠加、数 据计算，以图 形显示分析结果，指导 居民 用水及农业灌溉: 通过图形显示超标井点， 在一定程度上可以为管理者提 供直观、 合理的决策依据，实现了 对与地理式图形对象相对应的抽象数据的 分 析和管理。 本毕业论文以山东济宁地区地下水资料为素材，建立地下水水化学环境信 息管理系统。 1 . 2 地下水水化学环境信息管理系统概述 1 a . 1地理信息系统 电子计算机 自1 9 4 6 年问世以来，早期主要集中在科学计算和日常事务性工 作 的 数 据 处 理 上。 随 着计 算 机 的 应 用 和 发 展， 地 理 信 息系 统( g e o g ra p h ic in fo r m - a tio n s y s te m ， 简 称 g i s ) 于6 0 年 代 在 西 方国 家开 始 兴 起， 这 是一 种在 计 算 机 硬 件设 备和软件支持下，实现地理空间数据输入、 存储、检索、 处理和综合分析 的技术系统，是计算机科学、遥感与航测技术、计算机图形学、计算数学、图 论、地理学、地质学、测绘学、系统科学等学科综合发展的产物。g i s 的发展 经历了四个阶段，即 探索阶段、 起步阶段、模型化发展阶段和支持预测、 策略 优化高层次发展阶段。世界上第一个g i s 系统是 加拿大国家地理信息系统 ( c g i s ) ，它于1 9 7 1 年正式开始运行，主要为处理土地资 源而建立【 1 0 1 地理信息系统在环境信息系统中 的应用，是g i s 的一个新的发展方向，我 国己先后利用g i s 初步建立了一些省级和市级及地区环境信息管理系统，其技 术和方法日 益成熟和完善。 g i s 的专业软件一般指具有丰富功能的通用g i s 软件，它包括了处理地理信 息系统的各种高级功能，可作为其它应用系统建设的平台。其代表产品有 a r c / i n f o , m g e , m a p i n f o , m a p g i s , g e o s t a r 等 l i i t 2 3 。 本论文 采用m a p l n f o 为开 发平台。 西北工业大学硕士学位论文 1 .2 .2 信息管理系统 信息 ( i n f o r m a t i o n ) 是近代科学的 一个专门术语。 关于信息有各种不同的 定 义， 狭义信息论将信息定义为人们获得信息前后主体 ( 人、生物和机器等) 与外部客体 ( 环境、其他人、生物和机器等)之间相互联系的一种形式，是主 体和客体之间 一切有用的消息和知识，是表征事物的一种普通形式。还有如下 定 义: 信息是 人们或机器提供的关于现实世界的 知识， 是数据、消息中 所包含 的 意义， 它不随 载体的物理设备形 式的 改变而改变i i 3 i 系统 ( s y s t e m) 是具有特定功能，由 相互联 系的若 干要素所构成的一个整 体。 对计算机而言，系统是为实现某些特定的功能、由 必要的 人、 机器、方法 或程序按一定相关关系联系起来进行工作的集合体，其内部要素之间的相互联 系 通 过 信 息 流 实 现 iiq ii i5 1 信息系统 ( i n f o r m a t i o n s y s t e m) 是具有处理管理和分析数据功能的系 统， 它 能为企 业、 部门 或组织的决策过程提供有用的信息。 对信息进行收 集、 传输、 存储和处 理，具 有完整功能的一个人 一机系统 1 6 1 信息管理系统( m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n s y s t e m -m i s ) 是以计算 机为基础， 计算机编程为手段，用系统思想建立 起来的，为管理决策和用户服务的信息系 统。信息管理系统有如下特点: 信息管理系统具有集合性、 整体 性、目 的 性和环境适应性。 它把零 碎的、 不调和的信息变为系统信息，把直观的推测和解决孤立问题的水平提高到系统 观察、数据加工及协调解决系统问 题的 水平。 ， 信息管理系统是 信息系统的 一种形式。 它是为管理服务的， 提供的 信息 既 有为管 理部门战略目 标服务的信息，也有为其日 常管理工作和战术性决策服 务的信息。 信息 管理系统是以 计算机为基础建立的。 除了 通用应用软 件外，使用部 门 还要根据自己的具体情况购买或研制一些专用的、基于高 级程 序语言开 发的 应用软件。 1 . 2 .3地下水水化学环境信息管理系统 环境信息系统 ( e i s ) 是为 环境管理服务的， 基于现代计算机技术和通信技 术，实现坏境信息的收集、传递、存储、加工、维护和利用的系统。作为与人 类息息相关的环境科学，与各种信息有密不可分的关系， 随着环境科学的迅速 发展， 环境信息系统随之发展。 过去的环 境资源管理信息都是 靠人工 进行管理， 难 度大、效 率低。计算机技术的发展使人们逐步告 别了人工管理信息时代，各 种信息系统 营运而生， 大大体高了管理水平。 但是， 一般的 信息管理系统 ( m i s ) 西北工业大学硕士学位论文 1 .2 .2 信息管理系统 信息 ( i n f o r m a t i o n ) 是近代科学的 一个专门术语。 关于信息有各种不同的 定 义， 狭义信息论将信息定义为人们获得信息前后主体 ( 人、生物和机器等) 与外部客体 ( 环境、其他人、生物和机器等)之间相互联系的一种形式，是主 体和客体之间 一切有用的消息和知识，是表征事物的一种普通形式。还有如下 定 义: 信息是 人们或机器提供的关于现实世界的 知识， 是数据、消息中 所包含 的 意义， 它不随 载体的物理设备形 式的 改变而改变i i 3 i 系统 ( s y s t e m) 是具有特定功能，由 相互联 系的若 干要素所构成的一个整 体。 对计算机而言，系统是为实现某些特定的功能、由 必要的 人、 机器、方法 或程序按一定相关关系联系起来进行工作的集合体，其内部要素之间的相互联 系 通 过 信 息 流 实 现 iiq ii i5 1 信息系统 ( i n f o r m a t i o n s y s t e m) 是具有处理管理和分析数据功能的系 统， 它 能为企 业、 部门 或组织的决策过程提供有用的信息。 对信息进行收 集、 传输、 存储和处 理，具 有完整功能的一个人 一机系统 1 6 1 信息管理系统( m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n s y s t e m -m i s ) 是以计算 机为基础， 计算机编程为手段，用系统思想建立 起来的，为管理决策和用户服务的信息系 统。信息管理系统有如下特点: 信息管理系统具有集合性、 整体 性、目 的 性和环境适应性。 它把零 碎的、 不调和的信息变为系统信息，把直观的推测和解决孤立问题的水平提高到系统 观察、数据加工及协调解决系统问 题的 水平。 ， 信息管理系统是 信息系统的 一种形式。 它是为管理服务的， 提供的 信息 既 有为管 理部门战略目 标服务的信息，也有为其日 常管理工作和战术性决策服 务的信息。 信息 管理系统是以 计算机为基础建立的。 除了 通用应用软 件外，使用部 门 还要根据自己的具体情况购买或研制一些专用的、基于高 级程 序语言开 发的 应用软件。 1 . 2 .3地下水水化学环境信息管理系统 环境信息系统 ( e i s ) 是为 环境管理服务的， 基于现代计算机技术和通信技 术，实现坏境信息的收集、传递、存储、加工、维护和利用的系统。作为与人 类息息相关的环境科学，与各种信息有密不可分的关系， 随着环境科学的迅速 发展， 环境信息系统随之发展。 过去的环 境资源管理信息都是 靠人工 进行管理， 难 度大、效 率低。计算机技术的发展使人们逐步告 别了人工管理信息时代，各 种信息系统 营运而生， 大大体高了管理水平。 但是， 一般的 信息管理系统 ( m i s ) ,i c e j 素 4 ; 4 是一种基于数据库的回答系统 ， 它往往停留在数据级上支持管理者， 对带有大 量地理属性 ( 空间属性) 数据的 地下水资源信息的 管理存在明显的不足， 从而使 水资源的科学管理在某种程 度上受到局限，查询 耗时，不能 解决对空lb 数据的 综合分析及可视化的问 题，无法实现对与地理式图形对象相对应的抽象数据的 分析和管理。随着社会经济的高速发展，环境信息也大规模膨胀 ，急需有效、 迅速的管理和查询系统，并能方便地利用该环境信息系统来为我们服务。计算 机软硬件的迅猛发展及地理信息系统( g i s ) 的强大功能为环境信息的科学有效 管理提供了条件。一种基于 g i s的新型、可视、功能强大的环境信息系统正在 建 立 171 。 水化 学 作为 环境 信 息 管 理 系 统的 一 部分， 也同 样需 要 建 立 基于g i s . 可视化、 功能强大的 信息管理系统。 地下 水水化学信息管理系统与环境信息管 理系统的关系如图 1 - l 0 地下水水化学信息管理系统， 是以 计算机为 基础， 用系统思想、信息理论 建立，为地下水管理决策和管理业务服务的信息 系统。 同传统的地下水管理相 比， 地下水水化学环境信息系统具有高效率、 高质量和高效益等优点。 表现为: 它为地下水的管理提供了优 良的工作环境、简洁的工作程序，且具有很 强的统计能力和管理能力，从而使管理工作具有高效率。 图 1 - 1地 下 水水化学信息管理系统与环境信息管理系统的关系 在保证工作质量方面有很高的可靠性，可连续运行，自 动检查系统的执 行情况，高质量完成管理工作。 大量的存储功能是信息系统的一大特点， 地下水水化学环境信息 管理系 统的 超大存储量，与 地理图形对象成功连接，带来了能 源、资金、材料、空间 的大量节省，具有可观的经济效益。 西 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 .3发展现状 1 .3 . 1国外发展现状 2 0世纪 7 0年代以来，计算机在工业发达国家的环境保护工作中得到了日 益广泛的应用。目前，己开发出多种大型、多功能、综合型的环境信息系统， 在环境监测、科学研究、决策、 规划、 环境预测与评价等各个领域发挥着重要 的 作用， 如原联邦德国u mp l i s 环 境信息管理系统。 这 些系统除完 成环境监测 任务外， 还用于行政管理、 科学研究、 环境决策、 规划及预测等方面。 在环境 决策支持系统方 面， 美国n n n e p a 国 家环保局) 开发了s a r o a d s 和s t o r e t 系统，为环境质量委员会、国家环 保局、联邦一级的 环境部门以及国会在决策 时提供服务。另外，有些发达国家的环境 信息系统是一种集成了多种任务的综 合环境信息系统。 如 日 本国立公害研究所开发的s a p i e ns( 环境综合分析信息 系 统) ， 其功能除了 数据储备外， 还具有运用各种数理模型对系统收集和整理过 的 环境信息 进行分析、长期预测、 综合争端和因 果分析 等功能， 可用于环境 政 策 评价、决 策、计划制定。这些环境信息系统都 包含有 水资源信息管理。 1 9 8 8 年 h . u . k h a n , s . m . k h a n和 t . h u s a i n为沙 特阿拉伯王国 水利农业 部 水资源开 发部开发研制了国家地下水微机信息管理系统 18 。 该系统存储了 井位、 水文地质和气候三个方面的数据， 井位包括井的 一般信息、井的结构于井的出 水量资料; 水文地质包括地质、含水层、水文、 水质资 料; 其后者包括降雨和 地面径流资料。 1 9 8 9 年 4 月c h a r l e s . j . w e l l , l o r e n . r o h o p k i n s 和 p h i l p . b . b e l d i e n t 等 人基于美国国家水井协会对美国地下水的调查资料，研制了国家地下水水文地 质 数 据 库 【朗 。 1 9 9 0 年j . k a r a n j a c 和d . b r a t i c e i v i c 等 人在美国社会经济发展部水资源部 门 的专 服务协议支持 下， 研制出