基于GIS 平臺的生態(tài)環(huán)境水污染的監(jiān)測與協(xié)同控制技術研究

趙 鑫

（忻州市生態(tài)環(huán)境局東部區(qū)域監(jiān)測技術保障中心，山西 原平 034100）

1 GIS 平臺與水污染控管結合的初步探討

GIS 以地學的空間數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)支撐，在計算機的支持下，能夠有效對基于空間與地理的數(shù)據(jù)進行采集、分析、歸納、存儲以及應用，其具有數(shù)據(jù)存儲量大、整體動態(tài)性強的特點，GIS 平臺具體有以下特點：

1）能夠對一定地理空間的多維信息進行批量處理；

2）其將對資源與環(huán)境的研究及最終決策作為目的，將所運用的相關模型手法作為分析手段，能夠對未來信息進行有效預測，同時可以產(chǎn)生更加具有層次感的有用信息；

3）基于計算機軟硬件的支持可以對空間信息進行系統(tǒng)的、多維度的管理與分析，進而高效完成人工難以完成的相關任務，并且其可以對復雜的地理環(huán)境進行有效的分析，并對有關的地理特征進行歸納，還可以對具體的地理位置進行精準定位[1]。

對于水污染治理、控制與規(guī)劃同GIS 平臺之間的結合最早起源于20 世紀60 年代的相關探索，并在計算機技術與相關算法的不斷更新過程中被逐漸完善。其數(shù)據(jù)來源主要為針對污染源的實地調(diào)查以及對水域中水源質(zhì)量的客觀評價，根據(jù)國家層面對水體質(zhì)量的相關要求，應該建立相應的標準式樣水質(zhì)量評價模型，以對水體中所可以容納的最大排放量進行精確計算[2]。之后應根據(jù)標準的規(guī)劃水平年所預測的污染負荷對污染物的消減量進行進一步的計算，從而促使水域中水源的質(zhì)量功能與相關的環(huán)境質(zhì)量標準相符合。

由于水污染控制規(guī)劃涉及到包括水文參數(shù)、污染源參數(shù)、環(huán)境容量與污染負荷等多類型空間環(huán)境數(shù)據(jù)，并且絕大多數(shù)的空間信息，包括河流位置、河底坡度與污染物的濃度分布等難以通過人工進行測量，因此需結合GIS 的空間定位與數(shù)據(jù)測量功能進行分析，GIS 平臺自身所攜帶的強大數(shù)據(jù)分析功能與立體的多維顯示功能可以有效改善水污染控制規(guī)劃過程復雜、數(shù)據(jù)缺失的問題[3]。對水源水環(huán)境自身承載能力的全方位分析是對水污染進行控制與規(guī)劃的核心，GIS 平臺在水污染控制規(guī)劃中的應用方式可以歸納為以下兩點：一是對與水環(huán)境有關的各類地理數(shù)據(jù)與水質(zhì)數(shù)據(jù)的收集、存儲、分析、顯示與檢索，例如，水源的水質(zhì)情況、主要水源污染點等；二是對各種水污染評價模型、水質(zhì)評價模型以及其他統(tǒng)計模型的結合，能夠對環(huán)境管控工作提供相關的模型支撐，并進一步可以支持以預測為目的仿真工作，并通過這些仿真結果對未來水污染的管控進行提前治理。

2 GIS 平臺在水污染控管中的具體應用

基于GIS 平臺的水污染管控系統(tǒng)其中包含的監(jiān)測數(shù)據(jù)、有關圖標較為瑣碎，因此如何對上述數(shù)據(jù)進行有效整合與集成化處理并基于已有數(shù)據(jù)生成新的數(shù)據(jù)是該平臺亟需考慮的問題，其整體規(guī)劃方式，如圖1 所示。

圖1 基于GIS 平臺的水污染控制與規(guī)劃

2.1 軟件平臺的設計

在數(shù)據(jù)庫的選擇方面，使用Oracle 數(shù)據(jù)庫作為支撐數(shù)據(jù)存儲平臺，其具有數(shù)據(jù)容量空間大，其能夠對非結構數(shù)據(jù)進行有效處理的特點，并且還具備著強大的后期開發(fā)能力。在支撐軟件方面，ESRI ArcGIS 系列的軟件在技術上整體較為成熟，并且具有較高的運行穩(wěn)定性與數(shù)據(jù)存儲安全性，還有著多元化的功能，具體包括：數(shù)據(jù)整合編輯、元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)存儲與輸出以及數(shù)據(jù)共享等強大的軟件能力。本系統(tǒng)的最終平臺配置方案，如圖2 所示。在數(shù)據(jù)服務器端通過數(shù)據(jù)庫引擎ArcSDE 對空間地理數(shù)據(jù)基于DBMS 進行輸入、存儲與分析、管理，并通過IMS 對空間數(shù)據(jù)進行實時的發(fā)布與監(jiān)管，網(wǎng)絡分析與數(shù)據(jù)功能由MapObjects提供支撐，在數(shù)據(jù)維護方面則基于Editor 對大規(guī)模的批量化數(shù)據(jù)進行及時的輸入與更新操作。

圖2 GIS 軟件平臺配置方案

2.2 該系統(tǒng)輔助實現(xiàn)的具體功能

該系統(tǒng)首先可以對環(huán)境管轄范圍內(nèi)的有關自然地貌、社會經(jīng)濟條件與建筑設施條件等進行概括性分析，并可以對水源中水環(huán)境的質(zhì)量、污染源的具體分布情況以及污染源的分布情況進行實時的分析，并將結果以圖片、視頻等多彩、形象、立體的方式進行有效展示；該系統(tǒng)還可以對各種空間數(shù)據(jù)進行定期的檢查、更新與維護，并以用戶的身份驗證為基礎實現(xiàn)對數(shù)據(jù)安全的有效管控，該系統(tǒng)具有強大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析、處理、輸出功能，在對水環(huán)境的相關數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理后，可以形成可視化分析報告，典型的包括水質(zhì)監(jiān)測情況、固定區(qū)域的污水排放情況以及關于污染源的調(diào)查與分析情況等，能夠極大程度提升針對水環(huán)境數(shù)據(jù)的處理能力與效率。該系統(tǒng)針對水污染控管的核心功能具體為:

2.2.1 水污染控制與分析功能

該功能可以對基礎統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行深入的挖掘，并對內(nèi)部數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)進行有效解釋，并建立配備了一系列的數(shù)據(jù)模型，主要包括污染源的預測分布模型、水質(zhì)情況模型、污染物濃度分析模型，通過上述模型可以對特定水域中的污水與廢水量進行有效的監(jiān)控以及預測，可以對地面的水源水質(zhì)進行實施的監(jiān)控，并可以實現(xiàn)對污染物負荷消減量的精確計算。在得出計算結果的基礎上，基于污染物的負荷量優(yōu)化及分配方式模型，可以對各種相關的水污染治理方案進行有效選擇，并通過最終的方案平衡與納入相應措施帶來的經(jīng)濟與環(huán)境收益，得出最終供選擇的最佳方案。

2.2.2 針對水環(huán)境污染源的動態(tài)追蹤模型

針對已經(jīng)具有充分數(shù)據(jù)支持與地域維度聯(lián)系的河流中心線網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)層，可以實現(xiàn)動態(tài)的水環(huán)境污染源追蹤，其具體又可以劃分為：1）水環(huán)境污染物的初始來源追蹤：當水質(zhì)監(jiān)測站的最終數(shù)據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示出惡劣性質(zhì)的水質(zhì)變化時，可以利用該功能對可能出現(xiàn)的潛在污染源進行模擬與歸納，以提前做好針對水質(zhì)惡化的預防措施；2）污染影響范圍的分析與追蹤。在水污染事件發(fā)生的第一時間，相關流域內(nèi)的部門管理人員應該及時利用系統(tǒng)中的水污染模擬模型與水質(zhì)測算模型對該次污染可能涉及到的范圍進行預測與提前追蹤，同時通過相關聯(lián)的其他有關索引關系，快速查找出限定范圍內(nèi)的所有涉及水戶，以便及時做好針對水污染的應急處理措施。

3 結語

對GIS 平臺在生態(tài)環(huán)境水污染的監(jiān)測與協(xié)同控制中的應用進行了分析與探討，分析并設計了一個以提升水環(huán)境治理效率目的的GIS 平臺。該平臺在構造內(nèi)容方面以地學的空間數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)支撐，在計算機的支持下，能夠有效對基于空間與地理的數(shù)據(jù)進行采集、分析、歸納、存儲以及應用，其具有數(shù)據(jù)存儲量大、整體動態(tài)性強的特點。此外，由于水污染控制規(guī)劃涉及到包括水文參數(shù)、污染源參數(shù)、環(huán)境容量與污染負荷等多類型空間環(huán)境數(shù)據(jù)，并且絕大多數(shù)的空間信息，包括河流位置、河底坡度與污染物的濃度分布等難以通過人工進行測量，因此需結合GIS 的空間定位與數(shù)據(jù)測量功能進行。該平臺的核心功能包含針對水污染控制與分析功能、針對水環(huán)境污染源的動態(tài)追蹤模型等。該平臺仍需在多次實踐后被不斷完善，以為水環(huán)境治理工作提供方法論支撐。