GIS在國考斷面水質(zhì)達標攻堅中的應用研究

陳寶華

（廣東省環(huán)境科學研究院 廣東廣州 510000）

引言

“十三五”規(guī)劃中提出，到2020 年我國生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體改善。地表水環(huán)境質(zhì)量改善則是其中重點之一。當前廣東省水環(huán)境污染問題依然十分突出，國家《水污染防治目標責任書》考核斷面（以下簡稱國考斷面）、省《水污染防治目標責任書》考核斷面（以下簡稱省考斷面）水質(zhì)離考核目標仍有一定差距。全力攻堅確保2020 年水質(zhì)優(yōu)良比例達84.5%、消除劣Ⅴ類斷面，是我省打贏污染防治攻堅戰(zhàn)的硬任務、硬目標。而地理信息系統(tǒng)是用于采集、儲存、分析、管理和顯示地理數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)，已經(jīng)廣泛地應用于不同領(lǐng)域。把GIS 技術(shù)用于水污染防治，通過匯總水環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析、地圖展示、評估等功能實現(xiàn)輔助決策，有助于打好國考斷面水質(zhì)達標攻堅戰(zhàn)。

1 攻堅國考斷面水質(zhì)

1.1 國考斷面水質(zhì)考核的具體含義

國考斷面是指國家地表水考核斷面，從屬于國家地表水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)中的評價、考核、排名監(jiān)測斷面（點位），《水污染防治計劃》中，把如何提升水環(huán)境質(zhì)量，當做水污染防治工作的重要內(nèi)容和環(huán)節(jié)，對飲用水、地表水水質(zhì)優(yōu)良、地表水喪失使用功能（劣于Ⅴ類）、地下水和近岸海域5 類水體水質(zhì)目標的考核范圍和評估方法提出了具體的要求。為貫徹落實《水污染防治計劃》，推進國家地表水考核斷面水環(huán)境質(zhì)量信息公開工作，根據(jù)《中華人民共和國環(huán)境保護法》和有關(guān)法律法規(guī)要求，生態(tài)環(huán)境部組織制定了 《地級及以上城市國家地表水考核斷面水環(huán)境質(zhì)量排名方案（試行）》，每季度開展地級及以上城市國家地表水考核斷面水環(huán)境質(zhì)量狀況及變化情況排名。國考斷面水質(zhì)考核的根本目標在于保護水資源，通過多種途徑提高水環(huán)境質(zhì)量水平。在實踐過程中，充分發(fā)揮自身倒逼作用，對地區(qū)各部門的水環(huán)境防治責任進行明確，借鑒先進的水資源保護經(jīng)驗、水污染治理技術(shù)，逐漸的提高水污染治理效率和效果，為人們生活以及社會各項生產(chǎn)工作提供達標的水資源。

1.2 國考斷面水質(zhì)達標攻堅工作的重要意義

當前廣東省水環(huán)境污染問題依然存在，國家《水污染防治目標責任書》考核斷面、省《水污染防治目標責任書》考核斷面水質(zhì)離考核目標仍有一定差距。在此關(guān)鍵時期，地表水國考斷面水質(zhì)達標攻堅工作具有非常重要的意義。首先，中央到地方政府著力解決突出環(huán)境問題，加大生態(tài)系統(tǒng)保護力度。國家下達廣東省2020 年污染防治攻堅戰(zhàn)約束性指標考核目標是：71 個國考斷面水質(zhì)優(yōu)良比例達到84.5%，基本消除劣Ⅴ類國考斷面，也就是除了要維持優(yōu)良斷面水質(zhì)持續(xù)穩(wěn)定達標。其次，通過對重點斷面開展水質(zhì)監(jiān)測和評價這一項長期的水生態(tài)質(zhì)量考核管理措施，國家能夠較好掌握全國重點流域和主要城市的地表水分布、地表水質(zhì)量以及地表水應用等情況，關(guān)乎“十四五”規(guī)劃水生態(tài)發(fā)展的戰(zhàn)略部署。

2 GIS 技術(shù)簡要分析

GIS 技術(shù)，其主要功能是對各項地理信息進行采集、應用、儲存、處理、分析和繪圖，具體包括數(shù)據(jù)編輯和處理功能、數(shù)據(jù)采集和輸入功能、數(shù)據(jù)的存儲與管理、空間查詢和分析功能、可視化表達與輸出功能[1]。GIS 技術(shù)的優(yōu)勢在于它擁有非常巨大的數(shù)據(jù)管理和處理能力，而且以空間數(shù)據(jù)管理和空間分析能力見長，可以全面的為環(huán)境保護人員以及相關(guān)管理部門和人員，提供準確、真實、詳細的地理空間數(shù)據(jù)，保證各部門與人員能夠制定合理、可行的戰(zhàn)略方案、環(huán)境保護措施等。GIS 技術(shù)以其優(yōu)越的性能和強大的功能，在統(tǒng)計行業(yè)、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、交通行業(yè)、資源評價、環(huán)境保護等方面具有非常廣泛的運用，并且越來越多的政府部門和企業(yè)將GIS 技術(shù)應用到生態(tài)環(huán)境的水資源領(lǐng)域，尤其在水環(huán)境管理和環(huán)境影響評價領(lǐng)域[2]。

3 GIS 技術(shù)在國考斷面水質(zhì)達標攻堅中的具體應用

GIS 技術(shù)可以為國考斷面水質(zhì)達標攻堅工作及水環(huán)境管理決策提供科學有效的技術(shù)支撐，助力打好水污染防治攻堅戰(zhàn)。實踐運用包括以下幾個方面：首先，創(chuàng)建地理空間數(shù)據(jù)信息平臺，能夠?qū)λY源的各種信息進行采集和整理；其次，能夠創(chuàng)建分布圖與專題圖，這樣能夠?qū)λY源的分布情況進行可視化、動態(tài)顯示。再者，利用空間插值、水質(zhì)模型模擬等分析方法，對污染成因分析、治理、對策評價和水體環(huán)境質(zhì)量變化趨勢等方面進行深入的研究。

3.1 在建立水資源多要素地理空間數(shù)據(jù)庫的應用

國考斷面水質(zhì)達標攻堅是一項系統(tǒng)工程，涉及眾多水污染治理工程建設項目和重點整治項目，而且水質(zhì)監(jiān)測指標繁多。充分考慮GIS 技術(shù)的各種優(yōu)勢，在國考斷面所水環(huán)境管理工作中，決定充分運用GIS 技術(shù)，創(chuàng)建全面、真實的數(shù)據(jù)庫，利用GIS 技術(shù)對水環(huán)境的各種參數(shù)信息實施動態(tài)采集、全面分析以及可靠儲存，基于數(shù)據(jù)庫進行水資源信息的可視化展示。廣東省國考斷面水質(zhì)信息采集過程中采用GIS 技術(shù)，對省內(nèi)的重要流域的各種信息進行采集，例如人口、水文、入河排污口以及涉水各種單位的數(shù)據(jù)，以及包括新（擴）建污水處理廠、分散式污水處理設施、水利設施、生活垃圾處理設施等重點整治項目的工程進度信息進行匯集，構(gòu)建以斷面水質(zhì)管理為核心的地理空間數(shù)據(jù)庫。結(jié)合衛(wèi)星遙測、無人機遙測等地理信息遙測手段不斷發(fā)展，將為斷面水質(zhì)監(jiān)測與管理提供更加全面、更加精細的水質(zhì)數(shù)據(jù)和人類活動數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)GIS 對接自動化遙測結(jié)果獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的功能。GIS 技術(shù)能夠?qū)Σ杉膮?shù)信息進行多種操作，例如采集、選擇、分類、格式轉(zhuǎn)換、搜索、分析、運算、儲存等，為了方面操作人員觀看和查閱，GIS 技術(shù)能夠?qū)Σ杉牟煌N類的參數(shù)信息進行格式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變成便于處理、觀察的信息形式；GIS 技術(shù)能夠?qū)Σ杉男畔⑦M行分類，通過設置篩選條件，能夠把各種信息分成不同的種類，為決策和管理的制定提供便利；GIS 技術(shù)還能夠?qū)μ幚砗蟮乃行畔⑦M行安全的儲存，為后續(xù)利用提供便利[3]。由此可見，利用GIS 技術(shù)對全省的水資源數(shù)據(jù)參數(shù)進行各種操作處理，為全面、真實、可視化的展示國考斷面水質(zhì)信息。

3.2 在地表水環(huán)境質(zhì)量可視化展示的應用

采用GIS 技術(shù)對地表水質(zhì)量各項參數(shù)信息進行采集和整理，能夠?qū)崿F(xiàn)對各種參數(shù)信息的最大化利用，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)可視化管理，為地表水環(huán)境治理、保護等決策方案的制定提供可靠參考。環(huán)境數(shù)據(jù)信息空間展布范圍大，應用GIS 地圖數(shù)據(jù)庫制作各類流域水環(huán)境專題圖并匯集成專題圖庫，可以直觀、快捷地掌握主要水污染物在空間上的濃度分布情況。陳軍[4]等人以湖南省地表水為研究對象建立了地表水水質(zhì)可視化系統(tǒng)，用ArcGIS Engine 對空間數(shù)據(jù)進行讀取和展現(xiàn)，調(diào)用ArcMap 制作的各類地圖模板，實現(xiàn)了在電子地圖上對各地表水水質(zhì)監(jiān)測斷面綜合評價結(jié)果的可視化表征。廣東省生態(tài)環(huán)境廳建設的系統(tǒng)治污掛圖作戰(zhàn)管理平臺，結(jié)合GIS 技術(shù)，實現(xiàn)各類專題信息的空間查詢、空間表達與空間分析展示。GIS 通過直觀、形象、綜合的3D 地圖形式表現(xiàn)工程項目的地理位置、工作計劃和進度等各類專題地圖信息。該系統(tǒng)模塊具有操作簡單、運行效率較高的特點，顯著增強了水環(huán)境質(zhì)量表征的直觀性，為國考斷面水環(huán)境質(zhì)量管理和污染防控提供了最直接的科學依據(jù)。

3.3 在水質(zhì)污染與治理對策評價的應用

GIS 技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢，可以有效評價該區(qū)域環(huán)境的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢[4]。以往工作采用水工采集信息的方式，缺乏時間和空間的變化特征，無法對河流各種參數(shù)信息的動態(tài)信息進行全面監(jiān)控與現(xiàn)實，再加上缺乏對河流水質(zhì)評估與防治的有效措施。GIS 不僅僅是制圖，其優(yōu)勢之處更在于它的空間分析功能。利用GIS 技術(shù)可探討流域內(nèi)干支流水質(zhì)狀況、分布特征及其成因，為工程治理與水質(zhì)達標提供科學支撐。具體包括：（1）基于GIS 分圖層顯示與多圖層綜合分析的能力，可制作專題圖直接進行分析評價。如利用ArcGIS 軟件建立水系地理數(shù)據(jù)庫，以干流河段和支流線性要素類建立要素數(shù)據(jù)集，將斷面水質(zhì)檢測結(jié)果輸入干流河段及支流河段線性要素類的屬性值中，并進行符號化分類分級顯示，可直觀、快捷地分析干支流水質(zhì)情況及水質(zhì)關(guān)系[5]。廣東省系統(tǒng)治污掛圖作戰(zhàn)管理平臺的GIS 綜合展示門戶，通過GIS 集成水環(huán)境質(zhì)量及水污染治理工程項目等專題信息的專題圖，可從空間（地區(qū)和流域）、時間維度對水污染治理工程建設的影響進行分析（工程的建設規(guī)模和效能對環(huán)境指標的影響、輻射范圍、經(jīng)濟影響），有助于評價水污染治理工程項目的整治成效。（2）利用GIS 空間插值分析能力，可以對國考斷面所在水體的質(zhì)量和趨勢進行深入研究。如熊梅君[6]等基于GIS 空間插值進行數(shù)據(jù)分析和生態(tài)學評價，綜合評價貴州百花水庫水生態(tài)健康水平。在國考斷面達標攻堅戰(zhàn)中，雖然我省制作了干支流水質(zhì)分析圖等攻堅圖件，但相鄰斷面水質(zhì)類別不同時色彩表征會跳躍變化，難以整體反映河流的實際水質(zhì)情況。因此，可將GIS 技術(shù)與插值技術(shù)相融合，結(jié)合遙感技術(shù)提供準確的污染源分布、污染源擴散條件、擴散范圍等情況，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行綜合分析，更科學地研判污染形勢，對水質(zhì)及區(qū)域環(huán)境的影響進行更準確和全面的評價。

結(jié)語

國考斷面水質(zhì)達標工作任重而道遠，現(xiàn)階段我省仍需要進一步提升GIS 技術(shù)的信息獲取和分析處理能力。與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等新技術(shù)不斷融合的GIS 技術(shù)，能夠為水環(huán)境保護和污染防治工作提供可靠、全面的參數(shù)信息支持，進而保證各項決策和方案制定的科學性。