1、华亚平，李锐，刘成，等.基于 GIS 的广西北海海岸带地质环境监测数据管理与服务系统的设计与实现J.海洋地质前沿，2023，39（2）：66-78.HUA Yaping,LI Rui,LIU Cheng,et al.GIS-based design and realization of management and service system for coastal zone geological envir-onment monitoring data in Beihai,GuangxiJ.Marine Geology Frontiers,2023,39(2):66-78.基于 GIS 的
2、广西北海海岸带地质环境监测数据管理与服务系统的设计与实现华亚平1,2，李锐1,2*，刘成1,2，严杰1,2，陈宏文1,2（1 自然资源部海底矿产资源重点实验室，中国地质调查局广州海洋地质调查局，广州 511458；2 天然气水合物勘查开发国家工程研究中心，广州 511458）摘要：针对近年来广西北海市海岸带出现的地质环境问题，基于 GIS 技术在空间数据管理和综合分析方面的优势，开发设计了海岸带地质环境监测数据管理与服务系统。实现了北海市海岸带侵蚀淤积数据、海水入侵数据及生态地球化学数据的在线监测、综合管理和动态模拟。该系统在北海市取得了良好的应用，为北海市海岸带地质环境问题的治理提供了有效决
3、策支持，为其他海岸带地质环境数据管理系统提供了参考。关键词：北海市；海岸带；GIS；地质环境监测；侵蚀淤积；海水入侵中图分类号：P208文献标识码：ADOI：10.16028/j.1009-2722.2022.252 0 引言海岸带是海陆过渡区域，拥有丰富的自然资源、优越的地理位置、舒适的居住环境，同时，海岸带也是生态环境脆弱、易被破坏的区域，由于人类活动造成的生态退化和地质灾害问题更是海岸带发展过程中面临的严峻挑战。因此，对海岸带的地质环境进行长周期、业务化的监测1，掌握其变化过程及活动规律的工作日益为国家和地方政府所重视，在制定地区经济发展规划、合理利用海岸带资源、保持经济更快更好发展中显
4、得尤为重要。GIS 可以对地理空间数据进行有效的处理、分析、管理和应用，并能够为相关的决策提供支持，在更好地整合空间信息、属性信息及其间相互关系方面具有优越性2。在地质环境监测中，GIS 可以揭示地质环境问题的发生、演变及发展趋势，提供分析问题发生机理的方法，从而为地质环境保护、生态修复提供指导建议3。2011 年，中国地质调查局海岸带地质和大陆架地质研究中心编制的我国“十二五”海岸带地质工作计划4明确提出把海岸带侵蚀与淤积、海水入侵、地面沉降、区域地壳稳定、生态地球化学等 5项监测任务列为海岸带监测工作的主要内容。针对这 5 项监测任务，中国相关单位和部门在海岸带地区开展了很多监测工作，积累
5、了大量经验。但是，中国当前的监测工作大部分采用传统监测方法，技术手段相对简单陈旧，监测能力尚有待提高。广州海洋地质调查局承担的地质环境与灾害调查等项目，对广西沿海海岸带侵蚀淤积和海水入侵状况进行监测研究，取得了大量原始数据5。李少伟等6针对辽河三角洲海岸带的海岸侵蚀与淤积、海水入侵等地质环境问题，提出利用多种先进的监测技术方法和仪器设备，如遥感、遥测、在线数据采集和处理、远程数据通讯等建立海岸带地质环境全面监测系统，开展定期的海岸线和海岸剖面的观测，建立以地质环境动态变化为主的监测网络和预警系统。李毅等7利用广西第 1 次地理国情监测成果数据，收稿日期：2022-05-07资助项目：中国地质调
6、查局项目（DD20191007,DD20190216,DD20221714）作者简介：华亚平（1993），女，助理工程师，主要从事地理信息系统建设工作.E-mail：*通讯作者：李锐（1986），男，高级工程师，主要从事地理信息系统建设和海洋地质信息化工作.E-mail： ISSN 1009-2722海洋地质前沿第 39 卷第 2 期CN37-1475/PMarine Geology FrontiersVol 39 No 2基于优于 2 m 的遥感影像数据和 GIS 数据，开展广西北部湾海岸带开发利用变化监测，深入分析了岸线的变迁、地表覆盖变化等规律，为广西北部湾海岸线规划和地质环境保护提供了
7、准确、全面的数据支撑。除此之外，还有基于沿海地区的海岸带生态风险评价8-9、岸线变迁历程10、沉积环境演变11等开展的相关研究，以及海岸带管理信息系统12、海岸带环境地质调查数据库建设13方面的研究。北海市是广西重要的滨海城市，20 多年来，伴随着海湾开发、港口建设、养殖用海、旅游开发等一系列人类活动，广西北海市海岸局部岸段侵蚀、海湾淤积、水源地海水入侵等问题日益严重14。本文以广西北海海岸为例，将地质 GIS 平台的建设方法与海岸带在线监测技术要求相结合，以该地区海水入侵、侵蚀淤积和生态地球化学等监测数据为基础，构建集数据管理、动态分析与评价、在线监测为一体的海岸带地质环境监测数据管理与服务
8、系统。实现对多源异构的海岸带地质环境监测数据的有效管理和分析应用，为地质研究人员认识和研究海岸带环境的动态变化规律及地方政府的地下水开采、海岸带开发及环境保护提供数据保障和技术支撑，并为社会大众了解海岸带环境提供可视化的窗口。1 研究区概况1.1研究区范围广西北海市海岸地处中国沿海西南端、大陆海岸线的最西端，东边与广东省为邻，西边与越南接壤，南边濒临北部湾15；海岸线较长，滩涂宽广，沙滩港湾众多且发育，浅海辽阔。本文研究的区域位于广西北海市海岸带（图 1），有南流江、大风江等多条河流入海，还有北海港等港口，监测井和站点主要分布于北海市海岸带及临海区域。近年来，北海市大规模的围填海与重大工程项目
9、使得环境负荷加大，地质环境灾害频发，主要表现在海水入侵、海岸侵蚀淤积等。随着自然和人为因素的影响，北海重要水源地之一的禾塘水源地饱受地下水咸化的困扰，以其为研究对象来探讨海水入侵问题。1.2数据分析基于 GIS 的海岸带地质环境监测数据管理与服务系统所用的数据分为基础地理底图数据和业务数据。基础地理底图数据分为矢量数据和栅格数据。矢量数据主要包括边滩线、监测工区、生态地球化学取样、海水入侵监测站点等矢量要素，其中包括9 口监测井坐标信息、4 个海岸带监测大小潮站点信息、20 个生态地球化学数据的点位坐标信息。地图底图采用国家基础地理信息中心建立的 1:5 万的比例尺地形图及数字地理底图，在此基
10、础上进行矢量化操作获得。栅格数据主要是 2014 年的海岸线遥感影像图，在此基础上进行修正，编制成 1:5 万的数字化地理底图，格式为 MPJ 格式，可以在 MapGIS 中进行编辑。海岸带地质环境监测业务数据主要为广西北海市海岸带 20152017 年 3 年间的数据量，这些数据用于支撑各个业务子系统的功能实现，总体分为3 类：海岸带侵蚀淤积数据共设置 4 个站位，监测不同地区大小潮时的海流与悬浮泥沙数据，数据包括：侧扫声呐数据、定点海流及悬浮泥沙数据、高程及粒度数据、剖面数据；海水入侵数据，共设置 3组 9 口监测井，即 9 个监测井站位对应的监测数据，包括地下水测试报告、CTD 仪器在线
11、监测数据、监测井水文地质柱状图、北海市遥感影像解译图数据、高密度电法解译专题图数据；生态地球化学数据，共设置 20 个站位，对于海洋水数据进行微量元素分析与化学元素因子分析，数据包括海水及地表水监测数据、生态地球化学粒度分析数据、悬沙浓度数据。上述各个数据项具体的解释如表 13 所示。1.3数据组织方式系统建设需要基础空间数据、地下水在线监测数据、地球化学和地球物理监测数据、海洋水动力数据、空间信息数据、遥感数据等，数据来源广、类 图 1研究区影像Fig.1 Image of the study area第 39 卷 第 2 期华亚平，等：基于 GIS 的广西北海海岸带地质环境监测数据管理与服
12、务系统的设计与实现67型多、数据量大、关系复杂，要想有效地存储、管理和使用这些数据就必须首先对这些数据按各种方式进行科学组织分类（图 2）。按照使用方式和作用不同，纵向上将这些数据划分为不同的层，从下到上分为原始数据层、基础数据层、成果数据层，上层数据基于下层数据构建；横向上则参照专业分类和数据类型将本层数据进行分类。对数据进行逻辑上的划分后，需要将其存入合适的物理数据库。按照数据类型划分有结构化数据、半结构化数据（属性表等关系数据）、非结构化数据（文档、多媒体等描述性资料）。对于结构化数据可采用关系型数据库实现统一管理，非结构化的描述数据以二进制数据包的形式存储在数据库中。本文选择 Orac
13、le 关系型数据库作为数据库管理软件，它是目前最流行的适用于客户机/服务器（C/S）或浏览器/服务器（B/S）体系结构的数据库之一，具有完整的数据管理功能，可用于大数据量的应用，能轻松的实现数据仓库的操作16。使用 Oracle 软件进行数据存储的流程包括：历史资料数字化，主要是基于 GIS、CAD 等软件，将采集的数据通过扫描、矢量化、编辑等方式进行数字化，并按照数据类型进行分类整理。数据规范化处理，主要是对数字化后的地质资料数据进行数据的编辑整理、格式化、转换、概括等处理，例如地理坐标的统一、数据格式的标准化等。数据入库，对于地理底图、遥感影像、基础地理空间数据可借助数据管理维护模块提供的
14、 GIS 地图库、影像库功能导入数据库。对于地质图等矢量图形数据可借助数据管理维护模块提供的图件入库功能导入数据库。表 1海岸带侵蚀淤积数据项解释Table 1 Interpretation of coastal erosion and sedimentation data items 数据类别数据解释侧扫声呐数据TIFF格式影像数据，带有投影，可精确测量海底地形及地貌，沿布置好的剖面测线探测，侧扫宽度约50 m，2015年完成191 km定点海流数据2015年冬季全潮水文观测数据，共4个站位，一个潮周期内分大小潮观测2次，总计8站次，存储为Excel格式，带有站点经纬度悬浮泥沙数据word格
15、式，主要为4个站点大潮小潮时悬浮泥沙说明情况及水质检测报告，每个站点取26个样本数据高程及粒度数据Excel格式，用于分析剖面地形和海底高程、沉积物粒度的季节性变化特征。2组监测剖面，6条测线剖面数据记录2组监测剖面夏季和冬季的坐标信息 表 2海水入侵数据项解释Table 2 Interpretation of seawater intrusion data items 数据类别数据解释地下水测试报告对地下水的元素含量进行测试分析所得的报告CTD仪器在线监测数据Excel格式，3组9口海水入侵监测井在线监测获得的地下水水位和水质情况数据，用于分析地下水咸化情况监测井水文地质柱状图Map GIS
16、格式的监测井综合柱状图数据北海市遥感影像解译图JPG格式，2010、2013、2015、2017年的遥感影像数据，用于监测北海覆盖区、裸地、植被覆盖区、水塘变化情况高密度电法解译专题图.dat格式，用于海水入侵监测，确定水源地咸淡水界面位置。使用DUK-2A高密度电法测量系统进行剖面测量，为20152017年8条剖面的成果图数据 表 3生态地球化学数据项解释Table 3 Interpretation of ecological and geochemical data items 数据类别数据解释海水及地表水监测数据研究区采样分析数据，海水包括水温、盐度、溶解氧等25项，地表水包含24项生态地球化学粒度分析数据研究区表层沉积物的粒度分析数据及20个站点的坐标信息悬沙浓度数据Excel格式，广西北海市海岸带海水监测站点的经纬度及夏季、冬季的悬沙浓度数据 三维地质结构模型地下水位监测成果图件按专题分海洋地质数据基础地理数据水文地质文档资料测井数据沉降监测数据属性数据海岸带侵蚀淤积海水入侵及淡水资源区域海平面变化第四系地质近岸区沉积速率生态地球化学空间数据按类型分成果数据层基础数据层原始数
