GIS在南京長(zhǎng)江入河排污口信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用

韓 琳，閔興華，呂 婷，金 哲，俞 欣

(南京市生態(tài)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，江蘇 南京 210013)

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展以及城市人口的快速增長(zhǎng)，南京市工業(yè)廢水和生活污水排放量大幅增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年南京市廢水排放總量9.95億t，其中工業(yè)廢水排放量1.45億t，生活污水排放量8.5億t[1]；2019年南京市重點(diǎn)工業(yè)企業(yè)廢水排放量為9757萬(wàn)t，按水系劃分，排入長(zhǎng)江南京段干流的工業(yè)廢水量分別為9091萬(wàn)t[2]，占全市工業(yè)廢水排放總量62.8%，大量污水通過(guò)沿岸排污口排入長(zhǎng)江，嚴(yán)重影響長(zhǎng)江南京段的水質(zhì)狀況，威脅集中式飲用水源保護(hù)的安全，制約社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

2 長(zhǎng)江南京段水環(huán)境質(zhì)量

(1)干流水環(huán)境：2019年，長(zhǎng)江南京段干流7個(gè)斷面水質(zhì)均為Ⅱ類(lèi)，Ⅰ-Ⅲ類(lèi)水?dāng)嗝姹壤秊?00%，水質(zhì)狀況為優(yōu)。主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)總磷和氨氮濃度沿程波動(dòng)較小，趨于穩(wěn)定。2019年長(zhǎng)江干流氨氮總磷沿程變化趨勢(shì)圖見(jiàn)圖1。

(2)主要支流：2019年，28條主要入江河流中，Ⅰ-Ⅲ類(lèi)水比例60.7%，劣Ⅴ類(lèi)水比例為25.0%，水質(zhì)總體狀況為中度污染，分布餅圖見(jiàn)圖2。主要污染指標(biāo)為氨氮、總磷和生化需氧量，超Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)斷面比率分別為39.3%、32.1%和17.9%。

圖2 主要入江支流2019年水質(zhì)類(lèi)別比例

與上年相比，長(zhǎng)江主要支流Ⅰ-Ⅲ類(lèi)水比例上升35.7%，劣Ⅴ類(lèi)水比例下降17.9%，水質(zhì)狀況由重度污染轉(zhuǎn)為中度污染。

由于沿江大部分企業(yè)排污口和城市綜合排污口直接排放污廢水，導(dǎo)致全流域水污染呈加重趨勢(shì)，長(zhǎng)江干流岸邊污染帶長(zhǎng)度逐年增加，沿江多個(gè)主要取水口均已不同程度地受到岸邊污染帶的影響。因此，要想改善長(zhǎng)江南京段現(xiàn)階段面臨的水環(huán)境問(wèn)題，首先要從入河排污口抓起，將污染物進(jìn)入長(zhǎng)江的最后一道“閘口”管理好，提高長(zhǎng)江水環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境安全[3～5]。

3 長(zhǎng)江南京段排口總體概況

(1)研究范圍：本次研究的范圍以南京市行政區(qū)域內(nèi)的長(zhǎng)江干流為重點(diǎn)，開(kāi)展入河排污口信息整合，共涉及江北新區(qū)及7個(gè)行政區(qū)。長(zhǎng)江干流排查范圍以南側(cè)現(xiàn)狀岸線(xiàn)為基準(zhǔn)向陸地一側(cè)延伸2 km，以北側(cè)現(xiàn)狀岸線(xiàn)為基準(zhǔn)向陸地一側(cè)延伸3 km。本次排查的對(duì)象為直接通過(guò)溝、渠、管道等設(shè)施向長(zhǎng)江排放污水的排污口，還包括所有通過(guò)河流、灘涂、濕地等間接排放廢水的排污口。

(2)總體概況：根據(jù)相關(guān)部門(mén)核查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，研究范圍內(nèi)長(zhǎng)江南京段排污口共有2460個(gè)。其中江北新區(qū)、棲霞區(qū)分布較多，其余區(qū)相對(duì)較少。具體分布情況如圖3。

圖3 長(zhǎng)江南京段各轄區(qū)排污口數(shù)量情況

如圖3所示，長(zhǎng)江入河排污口有三個(gè)特點(diǎn)：一是總數(shù)多，研究范圍內(nèi)統(tǒng)計(jì)核查出各類(lèi)長(zhǎng)江入河排污口2460個(gè)，其中規(guī)模以上80個(gè)。二是涉及轄區(qū)廣，排污口分布涉及全市7個(gè)區(qū)及江北新區(qū)，其中江北新區(qū)最多，占全市入河排污口總數(shù)的38%，六合區(qū)最少，占全市入河排污口1%。三是性質(zhì)復(fù)雜，多數(shù)入河排污口都同時(shí)具有排污、排澇、排水等多種性質(zhì)屬性，特別是有些農(nóng)村地區(qū)生活污水入河排污口普遍兼有排污排澇功能。

目前，由于各部門(mén)匯總的排污口基礎(chǔ)信息資料都是通過(guò)文字材料或者表格形式存檔，形成一種調(diào)查、收集、存檔的的單一工作流程，極大地降低了數(shù)據(jù)使用率，為后續(xù)排污口的動(dòng)態(tài)管理帶來(lái)了不便。因此，亟需一種可實(shí)現(xiàn)排污口的及時(shí)性、動(dòng)態(tài)化性、可視化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式來(lái)完善管理制度，以促進(jìn)南京長(zhǎng)江水環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

4 GIS在入河排污口的應(yīng)用

4.1 GIS技術(shù)簡(jiǎn)介

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System, 即GIS)是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供管理、決策等所需信息的技術(shù)系統(tǒng)。換而言之，地理信息系統(tǒng)就是綜合管理和分析地理空間數(shù)據(jù)的一種技術(shù)系統(tǒng)[6，7]。GIS的功能主要包括空間數(shù)據(jù)的輸入、存儲(chǔ)、處理和輸出等幾個(gè)方面，地理數(shù)據(jù)的來(lái)源包括地圖矢量化、遙感數(shù)據(jù)、GPS等[8～10]。

基于GIS進(jìn)行南京市長(zhǎng)江入河排口調(diào)查研究能夠更高效地存儲(chǔ)、查詢(xún)、管理、利用相關(guān)數(shù)據(jù)，并為后續(xù)引入合適的數(shù)字化信息平臺(tái)工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4.2 建立排污口數(shù)據(jù)庫(kù)

將收集到的排污口資料中相關(guān)矢量信息及基礎(chǔ)信息通過(guò)GIS圖層建立對(duì)應(yīng)的鏈接，使排污口信息與水體、類(lèi)別等屬性信息對(duì)應(yīng)起來(lái)，初步建立長(zhǎng)江入河排污口信息數(shù)據(jù)庫(kù)，形成“一張圖”數(shù)據(jù)信息管理應(yīng)用體系。QGIS是全球最活躍的開(kāi)源GIS桌面軟件，具有豐富的功能和活躍的社區(qū)。本研究采用QGIS建立長(zhǎng)江南京段排污口數(shù)據(jù)庫(kù)，先將2460個(gè)排口數(shù)據(jù)由Excel格式轉(zhuǎn)為csv純文本格式，利用QGIS軟件加載csv格式的排口數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換為地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)，排口數(shù)據(jù)庫(kù)保存成功后，自動(dòng)添加到地圖中，選中圖層即為新建的全字段排口數(shù)據(jù)圖層，如圖4所示。

圖4 全字段排口數(shù)據(jù)

4.3 基于GIS的長(zhǎng)江南京段排口概況

(1)按排口類(lèi)型分類(lèi)：研究范圍內(nèi)長(zhǎng)江南京段共有入河排污口 2460個(gè)。按排污口類(lèi)型分，企事業(yè)單位排污口157個(gè)、污水處理廠(chǎng)排污口26個(gè)、農(nóng)村污水排污口88個(gè)、城鎮(zhèn)雨污混合排污口745個(gè)、農(nóng)田退水排口99個(gè)、城鎮(zhèn)雨洪排口878個(gè)、其他排污口467個(gè)。分布比例及GIS數(shù)據(jù)庫(kù)排口總分布見(jiàn)圖5、6。

圖5 入河排污口類(lèi)型分布

圖6 長(zhǎng)江南京段研究區(qū)排污口總分布

(2)按行政區(qū)劃分：研究范圍內(nèi)數(shù)量最多的是江北新區(qū)有入河排污口929個(gè)，含 306個(gè)城鎮(zhèn)雨污混合排污口，占33%；其次是棲霞區(qū)有入河排污口601個(gè)，含253個(gè)城鎮(zhèn)雨污混合排污口，占42.1%；最少的六合區(qū)有入河排污口24個(gè)，含4個(gè)城市雨洪排口，占16.7%，具體分布情況見(jiàn)圖7。

圖7 各轄區(qū)重點(diǎn)排污口分布

4.4 長(zhǎng)江入河排污口管理現(xiàn)狀

目前，南京市長(zhǎng)江入河排污口信息孤島、信息獨(dú)立的問(wèn)題突出。已有的多個(gè)水環(huán)境系統(tǒng)排污口相關(guān)平臺(tái)數(shù)據(jù)獨(dú)立，沒(méi)有進(jìn)行信息整合，不能直觀地反映長(zhǎng)江南京段入河排污口的相互影響關(guān)系?？紤]到長(zhǎng)江流域上排口數(shù)量巨大且分散，必須實(shí)現(xiàn)南京市水環(huán)境信息的集中管理，實(shí)現(xiàn)南京市水環(huán)境信息在各政府部門(mén)之間的內(nèi)部共享。提高環(huán)境數(shù)據(jù)和信息的利用價(jià)值，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的關(guān)系，進(jìn)一步提高南京市水污染防治工作的科技化、信息化水平，提升水污染防治工作效率。

5 基于GIS的排口管理對(duì)策

5.1 GIS信息管理體系

長(zhǎng)江入河排污口具有量大、面廣、類(lèi)型多樣、情況復(fù)雜等基本特點(diǎn)。為進(jìn)一步提高管理機(jī)構(gòu)監(jiān)管效能，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，本研究旨在利用QGIS軟件系統(tǒng)建立長(zhǎng)江入河排污口信息數(shù)據(jù)庫(kù)，形成“一張圖”信息應(yīng)用體系，在此基礎(chǔ)上，探索可持續(xù)的高效的動(dòng)態(tài)化管理方法，為管理部門(mén)制定整治方案并不斷規(guī)范入河排污口管理、控制入河污染物排放提供支撐。

5.1.1 功能模塊建設(shè)內(nèi)容

(1)GIS總覽：用于展示平臺(tái)所有信息的地理空間位置，以及空間位置之間的關(guān)系，反映排污口基本屬性、水體基本屬性與污染物排放數(shù)據(jù)的錄入，排污口空間定位等，用一張圖詮釋長(zhǎng)江南京段入河排污口的空間概要。

(2)數(shù)據(jù)查詢(xún)：GIS數(shù)據(jù)平臺(tái)需提供包括對(duì)排污口地理位置、排放去向、是否為重點(diǎn)排污口及污染物排放量等數(shù)據(jù)資源信息的查詢(xún)，幫助更詳細(xì)地了解數(shù)據(jù)，以及檢查數(shù)據(jù)。

(3)數(shù)據(jù)分析：主要包括對(duì)比分析、綜合分析、入江排污口專(zhuān)題分析，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，幫助快速、有效地掌握排污口信息情況。

(4)數(shù)據(jù)導(dǎo)出：根據(jù)管理者需求進(jìn)行精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)匯總并導(dǎo)出，數(shù)據(jù)導(dǎo)出的結(jié)果為Excel格式文件，方便對(duì)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)管理。

5.1.2 功能應(yīng)用設(shè)計(jì)

(1)實(shí)現(xiàn)成果固定化。在日常的管理工作中，雖然收集到的數(shù)據(jù)信息很多，但由于沒(méi)有進(jìn)行集中管理、分類(lèi)收集，更新不及時(shí)且查閱不方便等，因此既有的數(shù)據(jù)信息沒(méi)有得到充分和有效的利用。GIS管理體系的建立可以將數(shù)據(jù)成果固定化，按不同類(lèi)型分類(lèi)歸總，方便及時(shí)查閱，極大地提高了工作效率。

(2)提高了水環(huán)境管理決策的準(zhǔn)確性。由于過(guò)去收集到的入河排污口、污染源等資料僅僅是一些文字說(shuō)明和指標(biāo)數(shù)據(jù)，沒(méi)有地理位置的矢量信息。因此在決策分析中，無(wú)法準(zhǔn)確定位，也就無(wú)法對(duì)其環(huán)境影響作出快速、準(zhǔn)確的判斷?；贕IS的入河排污口數(shù)據(jù)庫(kù)的建立將環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)以地理信息形式來(lái)管理和應(yīng)用，提高了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，為決策分析提供了有力的保障。

(3)方便入河排污口監(jiān)督管理。GIS管理應(yīng)用可將入河排污口等諸多環(huán)境要素信息，按照不同分類(lèi)方法歸類(lèi)管理。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)提供的功能進(jìn)行操作，不僅能宏觀瀏覽入河排污口的分布情況，特別是重點(diǎn)排污口，同時(shí)點(diǎn)擊排污口地標(biāo)，還可以從微觀具體了解到入河排污口屬性和有關(guān)參數(shù)指標(biāo)、資料及圖片。能夠進(jìn)行入河排污口歷史資料和現(xiàn)狀資料的對(duì)比分析，并對(duì)行政區(qū)(或河流水系)內(nèi)排污口進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析等管理工作。

6 結(jié)語(yǔ)

GIS應(yīng)用于入河排污口數(shù)據(jù)信息的管理，極大地推動(dòng)了水資源保護(hù)管理工作的系統(tǒng)化、科學(xué)化和高效化。全面、系統(tǒng)、準(zhǔn)確地將基礎(chǔ)信息矢量化、可視化，實(shí)現(xiàn)信息的真正價(jià)值。本研究只是在探索系統(tǒng)化管理信息、推進(jìn)科學(xué)化管理等方面邁出的一步，排污口的監(jiān)測(cè)、溯源工作還需要進(jìn)一步研究，以更好地推進(jìn)入河排污口管理等各項(xiàng)水資源保護(hù)工作的開(kāi)展。