随着全球经济与工业的持续发展，水资源短缺和水污染问题逐渐成为制约可持续发展的关键因素。为应对这一挑战，2015年国务院正式发布《水污染防治行动计划》（简称“水十条”），明确提出加强水环境治理的战略部署。在2016年的政府工作报告中，李克强总理进一步强调，“十三五”期间需坚持发展与生态保护并重，持续推进生态文明建设，并深入实施大气、水、土壤三大污染防治行动计划，强化生态修复与保护工作。

在水文与水环境管理过程中，信息的采集、处理与分析是核心环节。由于相关数据普遍具有空间属性，传统数据分析方法往往难以满足实际需求。地理信息系统（GIS）凭借其强大的空间数据管理与分析能力，在处理具有地理分布特征的信息方面展现出显著优势，已成为研究区域水文环境空间差异的重要技术手段。GIS的应用不仅提升了水环境问题的研究深度，也为决策支持提供了科学依据。

为进一步推动我国水文水环境保护领域的科技进步与技术创新，探讨关键技术发展方向与重点研究领域，服务国家相关部门制定战略规划，促进生态环境治理体系现代化建设，有必要系统梳理GIS在该领域的应用路径与实践案例。

一、ArcGIS：数据管理

ArcGIS作为主流的地理信息平台，在环境数据管理方面发挥着基础性作用。通过该系统可实现多源异构数据的有效整合与高效管理。

• 1.1 ArcGIS操作界面介绍及数据加载方法
• 1.2 常见空间数据格式解析（如Shapefile、Geodatabase、Coverage等）
• 1.3 利用Geodatabase构建标准化环境数据库
• 1.4 环境信息查询、筛选与结果输出方式
• 1.5 工程文档的保存与项目归档策略

二、ArcGIS：数据转换

不同来源的空间数据常存在坐标系统、结构或格式上的差异，需进行规范化转换以保证数据一致性。

• 2.1 常用地图投影类型及其适用场景
• 2.2 投影变换的操作流程与注意事项
• 2.3 地理坐标系统的相互转换（包括北京54、西安80、WGS84与CGCS2000之间的转换）
• 2.4 数据结构转换（如栅格与矢量间转换）
• 2.5 数据格式间的互转方法
• 2.6 数据类型的转换与字段映射

三、ArcGIS：地图制作

高质量的地图产品是水环境研究成果可视化表达的关键工具。

• 3.1 GIS制图的基本原则与流程
• 3.2 符号化设置：点、线、面要素的样式设计
• 3.3 地图注记的添加与优化
• 3.4 专题图布局设计（比例尺、指北针、图例等元素配置）
• 3.5 专题地图的导出与保存格式选择
• 3.6 公里网格的生成与多种显示样式的设定技巧
• 3.7 案例分析：基于GIS支持的水文调查专题地图编制

四、水文水环境数据编辑与管理

准确可靠的数据是开展水环境研究的前提，数据的获取、编辑与质量控制至关重要。

• 4.1 主要数据来源概述（遥感影像、实测数据、公开数据库等）
• 4.2 空间数据采集的主要方式（野外测量、数字化、遥感提取等）
• 4.3 地图数据的地理配准操作
• 4.4 扫描地图的矢量化处理流程
• 4.5 数据完整性检查与拓扑关系构建
• 4.6 属性数据的手动输入与批量编辑
• 4.7 案例分析：全国水资源分区信息的提取与编辑

五、水文水环境数据处理与分析

利用GIS的空间分析功能，可以深入挖掘水环境数据中的潜在规律。

• 5.1 GIS空间分析功能概览
• 5.2 矢量数据字段计算与表达式应用
• 5.3 矢量数据的拼接、裁剪等基本处理操作
• 5.4 矢量数据叠置分析（交集、并集、擦除等）
• 5.5 缓冲区分析在水环境中的典型应用
• 5.6 栅格数据的合并与裁剪处理
• 5.7 栅格表面分析（坡度、坡向、曲率等）
• 5.8 栅格数据的统计分析方法
• 5.9 案例分析：全国水资源空间分布特征的综合分析

六、ArcGIS水文分析及流域特征提取

基于数字高程模型（DEM）的水文分析是理解流域结构与水流路径的基础。

• 6.1 数字高程模型（DEM）的基本概念与发展现状
• 6.2 DEM数据的获取途径与预处理步骤
• 6.3 ArcGIS水文分析模块：提取流域边界、子流域划分与河网生成
• 6.4 不同面积等级河流数量的统计分析
• 6.5 案例分析：水文站控制流域面积的自动计算与结果评估
• 6.6 案例分析：水库水位—库容曲线的构建与容量估算

七、湖泊水库水环境监测及评价

对湖泊与水库的水质状况进行科学监测与空间评价，有助于掌握污染态势并制定治理措施。

• 7.1 水环境监测采样方案的设计原则
• 7.2 监测数据的导入与空间匹配处理
• 7.3 基于空间插值方法（如IDW、Kriging）的污染物浓度分布模拟
• 7.4 插值结果的等值线分级与可视化表达
• 7.5 案例分析：基于GIS的水体重金属污染综合评价
• 7.6 案例分析：利用降雨站点数据提取流域降雨量等值线

八、河道水污染预测与水环境容量计算

结合GIS技术进行水质模拟与容量核算，为水环境管理提供量化支撑。

• 8.1 常见水质模型简介（如QUAL2K、SWAT等）及其与GIS集成方式
• 8.2 河流监测断面的等间距布设方法
• 8.3 沿河道方向的断面距离量算
• 8.4 案例分析：突发性水污染事件的扩散范围估算（结合GIS空间分析）
• 8.5 案例分析：基于考核断面水质目标的水环境容量计算

九、综合案例分析

通过多维度、跨尺度的综合应用，展现GIS在复杂水环境问题中的集成价值。

• 9.1 基于GIS的地下水脆弱性评价（DRASTIC模型应用）
• 9.2 基于GIS的流域非点源污染过程模拟（结合土地利用与降雨数据）
• 9.3 基于遥感与GIS的洪水淹没范围动态监测与风险评估