论文题目：Role of Integrated Approaches in Water Resources Management: Antofagasta Region, Chile

期刊：Sustainability

作者：Ashwani Kumar Tiwari ,Enrico Suozzi,Carlos Silva,Marina De Maio and Mariachiara Zanetti

发表日期：26 January 2021

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水属万物之源，对于人类生存不可或缺，并在各个国家的经济增长中都发挥着重要作用。如今，由于人类活动、地质和气候变化等导致了全球范围的水资源的枯竭和污染，为人类生存带来严峻挑战。本文主要分析智利安托法加斯塔地区为应对水资源短缺和污染等问题所采取的水资源管理计划。在地理信息系统 (GIS) 环境下，利用数字高程模型 (DEM) 数据编制了该地区坡度、坡向、高程、山阴、排水、排水密度、流域图等重要参数。此外，还利用了GIS技术对研究区内的城乡区域进行了污染风险等级的评价。研究绘制的重要地图和对城市/村庄污染风险的识别可以为决策者提供重要信息，并帮助他们为该地区制定适当的水资源管理计划。

背景介绍

采矿业在智利经济中占重要比重 (约占国内生产总值的10％[1])，采矿和相关活动严重威胁着环境健康，其中包括造成智利北部地区的水资源短缺[2]。遥感 (RS) 数据和地理信息系统 (GIS) 的组合，可以在灾害监测、自然资源勘探、遗产管理、资源的可持续管理等方面发挥重要作用[3–7]，为决策者提供重要信息，方便水资源管理过程中的快速决策。

方法和过程

航天飞机雷达地形任务 (SRTM) 开发的数字高程模型 (DEM)，可在地理信息系统 (GIS) 平台上创建重要的水文地图。在GIS环境中使用DEM数据可以更快地创建许多重要的特征 (图1)。例如该地区的纵横比、高度、山体阴影、坡度、[1]盆地和河流网络以及排水密度。

图1. 方法流程图

海拔指高于参考点 (通常指海平面) 的高度，是一个重要参数，在管理水资源方面起着至关重要的作用[8-11]。在研究区，根据数值将海拔高度分为<500 masl (海拔高度)、701-1500 masl、1501-3000 masl、3001-4500 masl和>4500 masl 5类 (图2)。

图2. 安托法加斯塔地区的海拔地图

坡度是一个重要的水文参数，在影响径流、地表水运动和潜在入渗[12]方面有其自身的意义。可以用百分比 (0–100％) 或水平度 (0–90°) 的度数来计算坡度，水的速度与坡度和深度的角度直接相关。坡度平坦的区域具有很好的补给地下水的能力，其次是中等坡度。相反，具有较陡坡度区域的充电能力较差。在安托法加斯塔地区，50%的地区坡度小于5度，25.6%的地区坡度介于5度至10度之间 (表1，图3)，然而，其它地区的坡度都在15度以上 (表1)。

表1. 智利安托法加斯塔地区的海拔、坡度、纵横比、盆地和排水密度的面积和百分比分布。

图3. 安托法加斯塔地区的坡度图

排水系统也被称为河流系统，由土地的地形和坡度控制。由于排水密度与地表径流和渗透率的关系，排水密度可以间接显示出任何地区地下水补给的适宜性。因此，被认为是确定人工地下水补给区的重要因素之一。与高排水密度相比，较低的排水密度被认为是很好的补给类别。安托法加斯塔地区主要是树突状排水模式 (图4)。该地区的排水密度在0.0-1.1 Km / Km2之间变化，并且在0.0-0.26 Km / Km2之间的区域中有一半以上 (64.1％) 处于该地区，其余区域的排水密度在0.26 Km / Km2以上 (表1)。

图4. 安托法加斯塔地区的排水密度和分布图

结论

为了实现本研究目标，作者在GIS环境中使用DEM数据创建了智利安托法加斯塔地区的一些重要地图。包括海拔、坡度、山体阴影、坡向、流域和排水网络以及密度。这些参数在水文学领域非常重要。另一方面，将SINTACS方法的一部分应用于GIS中，以识别该地区城市/村庄的污染风险等级。结果表明，该地区的城市/村庄污染风险高低不一，且南部地区的污染风险水平较低。本研究的结果是提供基线信息，这些基线信息可以帮助研究人员、地方和国家政府，采矿当局等制定在当前和未来情况下该地区水资源可持续管理的计划。

参考文献

1. Molinos-Senante, M.; Donoso, G. Water scarcity and affordability in urban water pricing: A case study of Chile. Util. Policy 2016, 43, 107–116.

2. Aitken, D.; Rivera, D.; Godoy-Faúndez, A.; Holzapfel, E. Water scarcity and the impact of the mining and agricultural sectors in Chile. Sustainability 2016, 8, 128.

3. Pandey, A.; Dabral, P.P.; Chowdary, V.M.; Yadav, N.K. Landslide hazard zonation using remote sensing and GIS: A case study of Dikrong river basin, Arunachal Pradesh, India. Environ. Geol. 2008,54, 1517–1529.

4. Avtar, R.; Sahu, N.; Aggarwal, A.K.; Chakraborty, S.; Kharrazi, A.; Yunus, A.P.; Kurniawan, T.A. Exploring renewable energy resources using remote sensing and GIS—A review. Resources 2019, 8, 149.

5. Hadjimitsis, D.; Agapiou, A.; Alexakis, D.; Sarris, A. Exploring natural and anthropogenic risk for cultural heritage in Cyprus using remote sensing and GIS. Int. J. Digital Earth 2013, 6, 115–142.

6. Agapiou, A.; Lysandrou, V.; Alexakis, D.D.; Themistocleous, K.; Cuca, B.; Argyriou, A.; Hadjimitsis, D.G. Cultural heritage management and monitoring using remote sensing data and GIS: The case study of Paphos area, Cyprus. Comput. Environ. Urban Syst. 2015, 54, 230–239.

7. Dahdouh-Guebas, F. The use of remote sensing and GIS in the sustainable management of tropical coastal ecosystems. Environ. Dev. Sustain. 2002, 4, 93–112.

8. Bhuiyan, C. Hydrogeological factors: Their association and relationship with seasonal water table fluctuation in the composite hardrock Aravalli terrain, India. Environ. Earth Sci. 2010, 60, 733–748.

9. Chandra, S.; Singh, P.K.; Tiwari, A.K.; Panigrahy, B.; Kumar, A. valuation of hydrogeological factor and their relationship with seasonal water table fluctuation in Dhanbad district, Jharkhand, India. ISH J. Hyd. Eng. 2015, 21, 193–206.

10. Tiwari, A.K.; Nota, N.; Marchionatti, F.; De Maio, M. Groundwater-level risk assessment by using statistical and geographic information system (GIS) techniques: A case study in the Aosta Valley region, Italy. Geomat. Nat. Haz. Risk. 2017, 8, 1396–1406.

11. Misra, A.; Kumar, A.; Bhambri, R.; Haritashya, U.K.; Verma, A.; Dobhal, D.P.; Upadhyay, R. Topographic and climatic influence on seasonal snow cover: Implications for the hydrology of ungauged Himalayan basins. India J. Hydrol. 2020, 24, 124716.

12. Kumar, A.; Krishna, A.P. Assessment of groundwater potential zones in coal mining impacted hard-rock terrain of India by integrating geospatial and analytic hierarchy process (AHP) approach. Geocarto. Int. 2018, 33, 105–129.

原文出自Sustainability期刊

Tiwari, A.K.; Suozzi, E.; Silva, C.; De Maio, M.; Zanetti, M. Role of Integrated Approaches in Water Resources Management: Antofagasta Region, Chile. Sustainability 2021, 13, 1297.

Sustainability (ISSN 2071-1050; IF: 2.576) 是MDPI组织出版的国际型开放获取期刊。期刊内容主要涉及环境、经济、社会、工程科学等等领域的可持续性研究。目前期刊已被SCIE、SSCI等数据库收录。Sustainability采取单盲同行评审，一轮审稿周期约为13天，从接收到发表上线仅需2.9天。