飲用水水源地環(huán)境調(diào)查中的GIS應(yīng)用

謝毅文 鐘遠(yuǎn)良 張強(qiáng) 高衛(wèi)平 蔣任飛

(1.東莞理工學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，廣東東莞 523808;2.深圳市泰達(dá)企業(yè)管理顧問有限公司，廣東深圳 518101;3.珠江水利委員會(huì)，廣州 510611;4.珠江流域水資源保護(hù)局，廣州 510611;5.中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣州 510611)

2009年以來(lái)，環(huán)保部全面啟動(dòng)全國(guó)飲用水水源地環(huán)境保護(hù)工作，要求地方各級(jí)環(huán)保部門進(jìn)行典型鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中飲用水水源地基礎(chǔ)環(huán)境調(diào)查及評(píng)估工作。但在飲用水水源地實(shí)際調(diào)查工作往往會(huì)遇到調(diào)查范圍難以界定、污染源難以準(zhǔn)確定位、調(diào)查信息處理工作量巨大等困難，對(duì)飲用水水源地環(huán)境調(diào)查工作的開展造成嚴(yán)重影響。分析發(fā)現(xiàn)以上困難的共通點(diǎn)是這些環(huán)境信息均具有空間屬性，應(yīng)用GIS技術(shù)能有效解決。GIS是地理信息系統(tǒng) (Geographic Information System)的簡(jiǎn)稱，它融合計(jì)算機(jī)圖形和數(shù)據(jù)庫(kù)于一體，儲(chǔ)存和處理與地理空間分布有關(guān)信息的集合，把地理位置和相關(guān)屬性信息有機(jī)結(jié)合起來(lái)，根據(jù)實(shí)際需要準(zhǔn)確真實(shí)、圖文并茂地輸出給用戶。用戶借助其獨(dú)有的空間分析功能和可視化表達(dá)，可進(jìn)行各種輔助決策［1］。GIS技術(shù)已在土地利用、城市規(guī)劃、水土流失、環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源管理、災(zāi)害評(píng)估等方面得到廣泛應(yīng)用［2－5］。本文應(yīng)用GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)飲用水水源地保護(hù)區(qū)劃分、污染源定位、篩選和空間統(tǒng)計(jì)、飲用水水源地環(huán)境信息的提取和顯示，大為提升飲用水水源地環(huán)境調(diào)查的工作效率和數(shù)據(jù)精度，能為飲用水水源地環(huán)境調(diào)查工作開展提供技術(shù)參考。

1 GIS在保護(hù)區(qū)劃分和信息提取中的應(yīng)用

1.1 研究區(qū)及保護(hù)區(qū)劃分方法

本文以東莞市橫崗水庫(kù)飲用水水源地為例進(jìn)行討論。橫崗水庫(kù)位于東莞市厚街鎮(zhèn)，位置為北緯22°55'24.19″、東經(jīng)113°42'22.66″，總庫(kù)容3280萬(wàn)m3，屬于山區(qū)型中型水庫(kù)。根據(jù)《飲用水水源地保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》［6］，山區(qū)型中型水庫(kù)飲用水水源地保護(hù)區(qū)劃分方法為:1)其一級(jí)保護(hù)區(qū)的應(yīng)為取水口側(cè)正常水位線以上200 m范圍內(nèi)的陸域，或一定高程線以下的陸域，但不超過流域分水嶺范圍;2)其二級(jí)保護(hù)區(qū)應(yīng)為水庫(kù)周邊山脊線以內(nèi) (一級(jí)保護(hù)區(qū)以外)及入庫(kù)河流上溯3000 m的匯水區(qū)域。

1.2 保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)步驟

1)安裝ArcGIS軟件，打開ArcMap，添加橫崗水庫(kù)水面線圖henggang.shp(可由當(dāng)?shù)厮祱D提取并進(jìn)行矢量化和坐標(biāo)投影)。

2)點(diǎn)擊Editor中的“Start Editing”并在Target中選中henggang.shp的圖層。在henggang.shp圖層上精確描繪出橫崗水庫(kù)的水面線輪廓 (如圖1示)，然后點(diǎn)擊Editor中的“Save Editing”保存編輯。

圖1 在矢量水系圖henggang.shp圖層上精確描繪出橫崗水庫(kù)的有效計(jì)算水面線作為緩沖區(qū)生成的邊界依據(jù)

圖2 緩沖區(qū)生成工具“Buffer”在ArcToolbox中的位置示意圖

4)添加當(dāng)?shù)財(cái)?shù)字高程圖 (Digital Elevation Model，簡(jiǎn)稱DEM)，根據(jù)橫崗水庫(kù)周邊地區(qū)的高程差在新圖層fshl.shp(事先在ArcCatalog中生成)上描繪生成橫崗水庫(kù)分水嶺 (如圖4示)。

5)bhq1.shp多邊形在fshl.shp多邊形范圍以內(nèi)方為有效部分，可以使用Editor工具條上的Clip工具，用分水嶺線去切割緩沖區(qū)，剩余部分為橫崗水庫(kù)飲用水水源地一級(jí)保護(hù)區(qū) (如圖5示)。

9)重復(fù)步驟3，將Linear unit(緩沖區(qū))設(shè)為3000 Meters，生成bhq2.shp緩沖區(qū)圖層，進(jìn)一步重復(fù)步驟4和步驟5，可以獲得飲用水水源地的二級(jí)保護(hù)區(qū)，最終效果如圖6示。

1.3 保護(hù)區(qū)信息提取

圖3 圖中外圍綠色密閉線條為生成緩沖區(qū)的外圍邊界

圖4 根據(jù)DEM描繪生成橫崗水庫(kù)集雨區(qū)分水嶺 (圖中綠色密閉線條)

表1 橫崗水庫(kù)飲用水水源地保護(hù)區(qū)信息表

圖5 圖中為以分水嶺切割緩沖區(qū)得出的橫崗水庫(kù)飲用水水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)效果圖 (圖中外圍綠色密閉線條為一級(jí)保護(hù)區(qū)外圍邊界)

圖6 應(yīng)用GIS描繪橫崗水庫(kù)飲用水水源地一、二級(jí)保護(hù)區(qū)邊界效果圖

2 在污染源定位、篩選及空間統(tǒng)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 污染源數(shù)據(jù)來(lái)源和處理要求

假設(shè)通過調(diào)查獲取橫崗水庫(kù)飲用水水源地周邊約3 km范圍內(nèi)上百個(gè)工業(yè)污染源的占地面積和經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，目前需要把這些工業(yè)污染源準(zhǔn)確定位到水源地保護(hù)區(qū)圖內(nèi)，并分析統(tǒng)計(jì)一、二級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)工業(yè)污染源情況。

2.2 污染源定位、篩選、空間統(tǒng)計(jì)步驟

1)在ArcMap中添加橫崗水庫(kù)飲用水水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)圖層bhq1.shp、二級(jí)保護(hù)區(qū)圖層bhq2.shp及水庫(kù)水面線圖層henggang.shp。

2)利用Tools菜單中“Add XY Data”工具將橫崗水庫(kù)周邊污染源數(shù)據(jù)表gongge.dbf導(dǎo)入到ArcMap中 (見圖7)。

3)使用Editor刪掉沒有落在一級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)的工業(yè)污染源，導(dǎo)出一級(jí)保護(hù)區(qū)工業(yè)污染源數(shù)據(jù)表。

4)重復(fù)第二步，重新利用Tools菜單中“Add XY Data”工具將橫崗水庫(kù)周邊污染源數(shù)據(jù)表gongge.dbf導(dǎo)入到ArcMap，使用Editor刪掉沒有落在二級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)的工業(yè)污染源，導(dǎo)出二級(jí)保護(hù)區(qū)工業(yè)污染源數(shù)據(jù)表。

5)使用Excel打開導(dǎo)出的一、二級(jí)保護(hù)區(qū)工業(yè)污染源數(shù)據(jù)表即可統(tǒng)計(jì)一、二級(jí)保護(hù)區(qū)的工業(yè)污染源情況。

圖7 在GIS中導(dǎo)入水庫(kù)周邊的污染源數(shù)據(jù) (經(jīng)緯度等)并刪除保護(hù)區(qū)外污染源后的水源地保護(hù)區(qū)內(nèi)污染源分布圖

2.3 污染源空間統(tǒng)計(jì)分析

通過以上GIS空間信息處理，可以快速準(zhǔn)確地獲得橫崗水庫(kù)飲用水水源地保護(hù)內(nèi)共有36個(gè)工業(yè)污染源，總占地面積為421540.00 m2，其中一級(jí)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)存在10個(gè)工業(yè)污染源，占地面積為156228.00 m2，占37%;二級(jí)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)存在26個(gè)工業(yè)污染源，占地面積為265312.00 m2，占63%。

3 結(jié)論

在飲用水水源地環(huán)境調(diào)查工作中應(yīng)用GIS技術(shù)對(duì)具有空間屬性環(huán)境信息進(jìn)行處理和分析，可以大幅提供工作效率和準(zhǔn)確度，也使得一些原本難以獲取的信息成為可能。本文以實(shí)例演示應(yīng)用GIS技術(shù)進(jìn)行飲用水水源地保護(hù)區(qū)劃分、污染源數(shù)據(jù)定位、篩選、空間統(tǒng)計(jì)的技術(shù)方法和效果，希望能為廣大環(huán)保工作者在進(jìn)行飲用水水源地環(huán)境調(diào)查過程中提供有益的技術(shù)參考和幫助。

［1］湯國(guó)安.地理信息系統(tǒng)空間分析實(shí)驗(yàn)教程［M］.北京:科學(xué)出版社，2006.

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