基于GIS的污水處理廠選址布局研究
——以南京市為例

黃唯唯，劉向南

（南京農(nóng)業(yè)大學 公共管理學院，南京 210095）

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展，水資源短缺和污染問題愈加凸顯。然而，我國的污水處理基礎設施仍不夠完善，污水實際處理水平和效率較低。隨著污水處理廠處理標準、建設形式的完善，其選址逐漸擺脫諸多限制因素，污水處理廠的選址需要同步考慮更多的綜合因素進行優(yōu)化，才能符合當代生態(tài)文明建設的要求[1]。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

（1）南京市縣界圖.shp；

（2）南京市地物分布圖.shp（居民點、公服設施、公路、自然資源、水系、工業(yè)區(qū)和特殊用地）；

（3）南京市地價分區(qū)圖.shp；

（4）南京市現(xiàn)行污水處理廠經(jīng)緯度（通過Python軟件爬取“全國排污許可證管理信息平臺——公開端”網(wǎng)站中數(shù)據(jù)）。

1.2 分析方法

1.2.1 優(yōu)序圖法與熵值法

優(yōu)序圖是1個棋盤格的圖示，優(yōu)序法就是由專家對系統(tǒng)指標或者工程方案，根據(jù)目的需要將各因子進行兩兩對比，最終確定系統(tǒng)指標的重要程度或工程方案的優(yōu)劣次序，以便對系統(tǒng)進行評價或者對工程方案決策進行優(yōu)先排序。該方法屬于主觀賦權法，既能處理定性問題也可以處理定量問題，應用較為簡便。

熵值法屬于客觀賦權法，其通過計算指標的信息熵，根據(jù)指標相對變化程度對系統(tǒng)整體的影響來決定各指標的權重大小，相對變化程度較大的指標具有較大的權重。權重的客觀性更強，更具科學性及數(shù)學依據(jù)。

1.2.2 標準差橢圓

創(chuàng)建標準差橢圓來匯總地理要素的空間特征：中心趨勢、離散和方向趨勢。

標準差橢圓工具可創(chuàng)建一個其中每個案例（案例分組字段參數(shù)）都對應一個橢圓面的新的輸出要素類。這些橢圓面的屬性值包括平均中心的X和Y坐標、2個標準距離（長軸和短軸）及橢圓的方向。

2 研究區(qū)概況

2.1 需水量預測

根據(jù)城市總體規(guī)劃，結合各區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和片區(qū)規(guī)劃，綜合考慮城市人口與用水量水平、城市規(guī)劃用地建設時序，以及近年水量發(fā)展特點，在現(xiàn)有水量基礎上采用綜合用水指標法、用地用水量指標法和水量趨勢預測法分別預測水量，相互比較驗證，最終確定近期、遠期需水量[2]。

2.2 用水量預測

中心城區(qū)、新城最高日綜合用水指標為600 L/（人·日），新市鎮(zhèn)最高日綜合用水指標為400 L/（人·日），村莊最高日綜合用水指標為250 L/（人·日）。全市最高日用水量約570萬m3，年用水量約17億m3[3]。

3 影響因素及其權重確定

3.1 影響因素確定

依照GB 50318—2017《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范》、《給水排水設計手冊》（第2版）、《南京市城鎮(zhèn)污水處理總規(guī)劃》（2006）和《南京市第一次全國污染源普查實施方案》（2008）等文件，從環(huán)境、社會和經(jīng)濟3個層面選取了以下10個要素[4]。

環(huán)境因素：水文分析、坡度、與自然資源距離、與河流距離，以及是否為農(nóng)田。

社會因素：與居民區(qū)距離、與公服設施距離。

經(jīng)濟因素：與工業(yè)區(qū)距離、與公路距離及地價水平。

3.2 影響因素權重確定

將優(yōu)序圖法所得的賦權結果經(jīng)過熵值法修正后得到綜合權重，見表1。

表1 污水處理廠選址影響因素的實際貢獻權重

4 選址結果可視化及其驗證

4.1 選址結果可視化

依據(jù)影響因子表現(xiàn)及其權重，并通過對各因素層進行疊置分析，得到南京市污水處理廠選址評分情況。評分依據(jù)見表2。此外，考慮到如湖泊一類的靜態(tài)水域絕對意義上不可以建造污水處理廠，本研究對評分圖進行修正，最終得到如下結果（圖1）。

表2 選址評分系統(tǒng)

圖1 南京市污水處理廠選址評分圖

4.2 污水處理廠選址結果現(xiàn)實性驗證

4.2.1 點統(tǒng)計

參考《市政府關于批轉市城鄉(xiāng)建設委員會2020年南京市城鄉(xiāng)建設計劃的通知》和《市政府關于批轉市城鄉(xiāng)建設委員會2021年南京市城鄉(xiāng)建設計劃的通知》，得知2020和2021規(guī)劃擴建的一批污水處理廠包括南京城南污水處理廠等7家處理廠[5]（圖2）。統(tǒng)計評分均分為3.66，屬于“較適宜”等級，具體見表3。這說明南京目前規(guī)劃中的污水處理廠選址在“點”層面上與本次研究結果具有一定程度的吻合。

表3 擴建污水處理廠評分及均分

圖2 2020—2021年南京市規(guī)劃擴建污水處理廠廠址

4.2.2 面統(tǒng)計

本研究采用標準差橢圓的方式來驗證現(xiàn)實已運行污水處理廠分布、現(xiàn)實未來規(guī)劃污水處理廠分布和本研究分析所得污水處理廠選址三者之間的空間相關性與相似程度，即探究“面”層面上的相關性與相似程度，如圖3所示。

圖3 3種廠址空間相關性（標準差橢圓）

依據(jù)標準差橢圓結果所示，上述三種污水處理廠廠址所對應的橢圓形狀、大小比例高度相似，即現(xiàn)已運行的污水處理廠與本次研究中疊置分析的選址結果（較優(yōu)與最優(yōu)）在空間屬性上都呈現(xiàn)相似的分布規(guī)律——分布方向呈“西北—東南”走勢，且中部地區(qū)分布較南北兩端略微稀疏。

5 現(xiàn)實意義

結合現(xiàn)實中污水處理程序的“排放”與“處理”兩端信息，對南京市污水處理廠的選址提出進一步的相關建議[6]。

本研究采取部分單位用地用水指標作為污水“排放”端信息的參考依據(jù)，從“用水量”的視角粗略量化南京各區(qū)域污水“排放”量，并通過確定現(xiàn)行各污水處理廠的污水收集范圍，粗略得到南京污水處理的相對“盲區(qū)”。將二者結果進行疊置，得到結果如圖4所示。

圖4 “排放”“處理”端疊置結果

依據(jù)該信息疊加的結果，本研究對2個區(qū)域提出應用型建議。

第一，針對南京市最北端區(qū)域（六合區(qū)）而言，其污水處理情況存在相對明顯的“盲區(qū)”。本研究認為，該處可采取擴建圖示圈內(nèi)原有污水處理廠（擴大污水收集范圍）或者于圖示圓點處修建一定規(guī)模的新污水處理廠的措施（圖5）。

圖5 疊置結果北部區(qū)域建議

第二，針對南京市較南端區(qū)域（溧水區(qū)、高淳區(qū)）而言，該區(qū)域具有一定的用水量規(guī)模且污水收集的覆蓋區(qū)域相對稀疏。本研究認為，該處同樣可采取擴建圖示圈內(nèi)原有污水處理廠（擴大污水收集范圍）或者于圖示圓點處修建一定規(guī)模的新污水處理廠的措施（圖6）。

圖6 疊置結果南部區(qū)域建議