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        基于環(huán)境地理信息平臺的預警系統(tǒng)的構建

        2012-01-23 08:02:36郭新宇
        中國環(huán)境管理 2012年4期
        關鍵詞:污染環(huán)境信息

        郭新宇

        (深圳市環(huán)境信息中心,深圳 518000)

        隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展, 中國已逐漸進入了環(huán)境污染事故多發(fā)期,生態(tài)破壞和環(huán)境污染在接下來的一段時期內呈不斷上升的趨勢。比如,福建紫金礦業(yè)紫金山銅礦濕法廠發(fā)生的銅酸水滲漏事故,造成了九千多立方米的污水流入汀江、沿岸居民的飲水安全受到威脅的嚴重后果。

        鑒于環(huán)境污染事故的巨大危害性, 快速、有效的應急監(jiān)測和現(xiàn)場處置顯然非常重要,而有效的處置有賴于強大的應急信息系統(tǒng)為其提供的現(xiàn)場處置的有效信息。應急系統(tǒng)的構建比較復雜,包括整合軟件、硬件、網(wǎng)絡通訊等設備和組織協(xié)調各級別領導意見、現(xiàn)場處置小組人員、監(jiān)測車輛的調度等各方面的要素。環(huán)境應急信息系統(tǒng)的建設目的是整合數(shù)據(jù)信息流,提供應急數(shù)據(jù)的共享和交互,為應急事故指揮與決策提供有力的支持。

        1.環(huán)境污染應急處置的難點與信息需求

        1.1 環(huán)境污染類型

        環(huán)境污染按污染性質可分為大氣污染、水污染、固體污染和放射性污染等; 按空間分布特征又可分為點源污染、線源污染(如汽車尾部排放的氣體),以及面源污染。在實際處理中,水污染應急事故屬于最棘手的,對污染造成的傷害也是比較大的。

        1.2 環(huán)境污染處置難點

        在環(huán)境污染事故發(fā)生后,事故應急車如何能在第一時間到達現(xiàn)場?應急處置人員如何盡快得到現(xiàn)場污染物的詳細信息,并得到對應的處置方案?這些問題都迫切地需要得到好的解決方案??傮w來講,環(huán)境事故應急有以下的幾大難點:

        (1)應急事故的第一要素是“急”。環(huán)境事故多發(fā)生得很突然,事故發(fā)生所泄露的化學品或企業(yè)排放的污染物往往短時間內就可以污染大片的區(qū)域,對人民群眾的生命安全造成了極大地威脅,并對區(qū)域內的生態(tài)環(huán)境造成難以修復的危害。為了盡量減少環(huán)境和民眾的安全損失,就要求環(huán)境應急處置人員在較短的時間內到達現(xiàn)場,并迅速做出科學、合理的決策,對污染現(xiàn)場做出監(jiān)測和處置,保護民眾的健康、安全,將經(jīng)濟財產損失降到最低程度。根據(jù)深圳自身產業(yè)規(guī)劃的特點,由于企業(yè)的位置往往設在較偏僻的地區(qū)如寶安、龍崗等工業(yè)區(qū),污染事故的發(fā)生地對應急車輛來說很陌生,這加大了應急處置人員在第一時間到達現(xiàn)場的難度,很可能耽誤應急處置的時機。

        (2)事故發(fā)生地的現(xiàn)場環(huán)境比較復雜,可能會影響應急人員的判斷。如果事故發(fā)生地點在工業(yè)園區(qū),企業(yè)眾多,污染物的特性光從眼觀和初步檢驗無法測出時,就很可能導致應急人員做出錯誤的判斷,造成不必要的損失。要避免這種情況的發(fā)生,就要求應急處置系統(tǒng)有足夠強大的污染源數(shù)據(jù)庫,并根據(jù)事發(fā)地所處的區(qū)域,能調用地理信息系統(tǒng)的底圖來劃出可能造成此類污染的企業(yè)和污染物的詳細信息。并將此類信息提供給現(xiàn)場人員,以幫助他們盡快得出污染物類型和處置的最佳方案。

        (3)移動處置中,如何解決通訊難的問題。因為現(xiàn)場處置小組和指揮中心需要一直保持聯(lián)系,并對指揮中心的指令如何執(zhí)行給予及時反饋。應急系統(tǒng)的運用和調用地圖等操作均離不開網(wǎng)絡傳輸,要在移動的處置現(xiàn)場和中心網(wǎng)絡保持連接,并且地圖的調用需要保持一定的傳輸速率,采用移動上網(wǎng)的方式遠遠不能夠滿足系統(tǒng)所需要的速率,這在應急系統(tǒng)設計時是一大難點。

        1.3 環(huán)境污染應急處置對應急處置系統(tǒng)的信息需求

        環(huán)境污染事故應急處置系統(tǒng)中各項功能的實現(xiàn),離不開基礎污染源數(shù)據(jù)庫和GIS地理信息系統(tǒng)的底層支撐作用。應急處置需要的數(shù)據(jù)信息不僅包括污染物信息,政策法規(guī),還有專家信息,車輛信息,設備信息,智庫系統(tǒng),應急監(jiān)測信息以及水、氣等模型信息。總體來講,應急處置所需的數(shù)據(jù)可分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)兩大類。

        (1)靜態(tài)數(shù)據(jù)包括危險源信息,危險化學品信息、放射源信息、政策法規(guī)、人員、車輛、設備信息和專家知識庫等等。這部分數(shù)據(jù)的特點是需要定期更新并由專人進行信息校對和維護,一旦應急事件發(fā)生就起到重要的作用。此部分的數(shù)據(jù)來源比較多,一般有監(jiān)管集成系統(tǒng)、移動執(zhí)法系統(tǒng)、固體廢物處理系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)等,均對環(huán)境數(shù)據(jù)中心提供源數(shù)據(jù)。環(huán)境數(shù)據(jù)中心的作用不僅僅是收集源數(shù)據(jù),不對其進行加工處理。而是以建立完整的環(huán)境數(shù)據(jù)資源目錄的形式,在對源數(shù)據(jù)收集齊的基礎上,對源數(shù)據(jù)進行加工、梳理,解決了數(shù)據(jù)存儲地點分散、搜尋不易、難以實際應用的難題,應急系統(tǒng)可以按應用需要調用信息資源分類目錄、主題目錄和其他目錄提供共享和服務。

        (2)動態(tài)信息包括接警登記信息、任務指派、通訊系統(tǒng)、現(xiàn)場監(jiān)測信息、事故調查報告、處置信息等。這部分信息是對基礎污染信息的積累和提升,對事故應急處置成功與否起到了重要的作用。這部分信息主用由應急處置系統(tǒng)登記和生成處理表單,并在現(xiàn)場處置人員的設備上同步。處置人員在填寫完處理單以后,可以發(fā)送回指揮中心,以達到指揮中心和現(xiàn)場人員信息同步的要求。

        2.應急信息系統(tǒng)的構建

        2.1 事故應急響應流程

        按照處置應急事故的時間次序,事故應急響應流程可以分為:接警登記-調查安排-事故確認-任務指派-方案生成-應急處置-事故終止七個階段,當然在事故處理完成以后還有后續(xù)事故現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測,這不屬于應急處置這一范疇。根據(jù)七個不同階段,對應有接警臺、GIS地理信息系統(tǒng)、應急處置系統(tǒng)、應急指揮系統(tǒng)、對現(xiàn)場處置人員起指揮作用。對領導小組和專家來說,作決策同樣也需要信息系統(tǒng)的重要支持。以下將著重介紹扮演重要角色的GIS地理信息系統(tǒng)。

        2.2 應急處置系統(tǒng)的主要功能

        (1)將應急流程以工作流workflow的技術架構整合為環(huán)境應急預案,形成完整的可監(jiān)督環(huán)境業(yè)務體系;

        (2)使用數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)資源倉庫技術,重點存儲環(huán)境污染有關污染源信息,與存在有污染隱患的企業(yè)單位的空間位置數(shù)據(jù)、特征信息以及污染物種類、擴散范圍、?;沸畔⒌?;

        (3)以GIS 地理信息系統(tǒng)作為展示平臺,在矢量地圖上調用環(huán)境數(shù)據(jù)中心提供的環(huán)境數(shù)據(jù)、企業(yè)數(shù)據(jù),并支持專題數(shù)據(jù)查詢和業(yè)務帶圖運行。提供足夠的空間信息供領導的應急決策使用。

        (4)建立與地理信息系統(tǒng)相結合的水網(wǎng)絡數(shù)據(jù)模型,將重點流域的污染源、污水處理廠的空間拓撲關系加入模型中描繪,實現(xiàn)污染源的排放去向和影響路徑的查找。對河流和水庫導則模型的功能和EFDC河海灣模型進行優(yōu)化,實現(xiàn)水環(huán)境質量的實時動態(tài)模擬、污染原因分析。并建立環(huán)境質量、污染源監(jiān)測、模型實時動態(tài)模擬的一體化的水環(huán)境質量分析與預警系統(tǒng)。針對應急事故對環(huán)境大氣可能造成的嚴重污染,空間質量分析模型將基于地理信息系統(tǒng)的大氣導則模型,中尺度氣象場的自動模擬(MM5)和多尺度空氣質量預報模式(CMAQ)采用B/S架構搭建。

        (5)依托環(huán)保政務外網(wǎng)與移動通訊網(wǎng)絡共同構建應急網(wǎng)絡平臺,滿足環(huán)境應急、事故處理需要;

        (6)建立環(huán)境應急指揮中心,購置投影大屏幕和通訊對講設備等和應急系統(tǒng)的應用緊密結合,起到監(jiān)控、指揮應急事故現(xiàn)場的作用。

        圖1 污染源在流域圖中的展示

        2.3 應急處置系統(tǒng)的設計要求

        應急處置系統(tǒng)是現(xiàn)場人員的信息技術保障。為了保障應急事故處置方案制定的快捷、有效,系統(tǒng)的設計應當達到以下幾點要求:

        (1)應當預先將應急監(jiān)測技術法規(guī)及應急監(jiān)測手冊納入到應急系統(tǒng)里面來作為現(xiàn)場監(jiān)測作業(yè)指導書使用,系統(tǒng)以快捷查詢、方便、實用為目的,為監(jiān)測人員提供有用的工具。

        (2)建立和完善重點危險污染源數(shù)據(jù)庫。結合日常污染源監(jiān)測,定期開展危險污染源調查和核查,并結合環(huán)境監(jiān)管集成系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)和環(huán)境監(jiān)察支隊數(shù)據(jù),建立包括危險污染源位置、污染物種類和數(shù)量、污染物特性和已有處理方法在內的污染源數(shù)據(jù)庫,并根據(jù)污染源變化情況定期加以完善。建立本地區(qū)常見突發(fā)性污染事故(水污染、大氣污染、危險固廢污染)處置應急監(jiān)測預案。

        (3)以GIS地理信息系統(tǒng)為基礎,建立和完善環(huán)境事故影響模型,充分考慮污染物擴散受地形和植被、氣象等因素影響的特點,不斷優(yōu)化模型的算法,直至達到能對決策起重大指導作用。

        (4)建立和完善專家咨詢系統(tǒng)。根據(jù)所轄區(qū)危險污染源情況,建立符合國家規(guī)范標準、監(jiān)測分析方法、事故處理、信息系統(tǒng)等方面的專家咨詢系統(tǒng)。

        2.4 系統(tǒng)架構圖

        監(jiān)管集成系統(tǒng)、移動執(zhí)法系統(tǒng)等幾大業(yè)務系統(tǒng)是數(shù)據(jù)產生區(qū),通過錄入表單,源源不斷產生有效的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)中心是通過收集靜態(tài)數(shù)據(jù)和幾大業(yè)務系統(tǒng)的源數(shù)據(jù)而建成,環(huán)境數(shù)據(jù)中心是個數(shù)據(jù)倉庫,里面的數(shù)據(jù)內容包含了眾多的環(huán)境相關基礎信息。通過全面梳理環(huán)境管理業(yè)務需求后形成有序的環(huán)境數(shù)據(jù)資源目錄供利用。數(shù)據(jù)中心梳理好的數(shù)據(jù)資源供GIS系統(tǒng)和應急處置系統(tǒng)調用,在GIS的地圖上,可直觀地將污染屬性信息以圖形方式顯示在屏幕上。

        3.GIS地理信息系統(tǒng)在應急處置系統(tǒng)中的重要作用

        3.1 GIS環(huán)境地理信息系統(tǒng)的特點決定了其在應急處置的應用

        圖2 系統(tǒng)架構圖

        由于應急處置的特點決定了處置過程當中,需要融合大量的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)、以及環(huán)境法律法規(guī)信息、甚至視頻、音頻等多媒體信息。因此,應急處置系統(tǒng)的設計尤其空間與屬性數(shù)據(jù)的協(xié)同管理是系統(tǒng)建設的關鍵。GIS恰恰擁有空間和屬性數(shù)據(jù)完美結合的特點,故GIS在應急處置系統(tǒng)中當之無愧的起到了頂梁柱的作用。

        3.2 GIS 在環(huán)境事故應急處置系統(tǒng)中的作用包括:

        (1)完美結合空間數(shù)據(jù)和附近的污染源企業(yè)數(shù)據(jù),易于分析事故的成因和對應處置方案。GIS與環(huán)保局的核心業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫無縫集成,提供統(tǒng)一的地圖服務,當環(huán)境污染應急處置需要快速展現(xiàn)大量空間和屬性數(shù)據(jù)的時候, GIS 能調用數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)庫,將屬性、空間數(shù)據(jù)一體化地展現(xiàn)在統(tǒng)一的平臺上,并可以實現(xiàn)污染數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計、分析等需求。

        (2)提供多種決策的工具和手段。例如在監(jiān)測車輛到達事故現(xiàn)場的路上,可以計算找到最佳路徑的方法。例如在污染發(fā)生以后,通過將GIS底圖疊加,先行定位污染事故發(fā)生現(xiàn)場,然后將污染的區(qū)域和深圳河流水系圖進行疊加分析,可以評估污染的擴散方向及可能對周圍環(huán)境的影響??梢詫⒃u價的結果制作成專題圖,并共享給現(xiàn)場處置人員為他們提供直觀的處置依據(jù)。

        圖3 事故發(fā)生點地理信息

        圖4 查看事故具體信息

        圖5 MM5模擬的流場

        (3)為了現(xiàn)場人員使用的便捷,最好將地理信息系統(tǒng)的架構設定為基于WEB-GIS、B/S體系結構上實現(xiàn)。由于環(huán)境應急事故都需要進行移動處理的,故平臺的兼容性、易接入性要求很好。用戶應該能在任意的客戶端上,遠程調用基礎底圖和調用污染物數(shù)據(jù)查詢、編輯,提供和管理與環(huán)保有關的空間數(shù)據(jù)和各種基于3維空間系統(tǒng)信息服務的統(tǒng)一平臺。在有權限的賬號下能實現(xiàn)空間地圖制作、某個確定區(qū)域的空間分析與污染物的統(tǒng)計等功能。

        (4) GIS與模型相結合,為決策提供支持:針對應急事故多對水源、大氣造成嚴重污染的狀況,應急系統(tǒng)建立了基于GIS系統(tǒng)的河流導則模型,針對應急事故發(fā)生的流域,可以進行對所處水環(huán)境和下游的污染影響分析和預測。通過結合EFDC河海灣模型,可以在應急指揮中心的大屏幕上直觀、動態(tài)地演示水文動力流域和污染物的擴散過程。采用水網(wǎng)絡數(shù)據(jù)模型,建立部分重要的流域污染源、污水管網(wǎng)、污水處理廠、河流網(wǎng)絡和監(jiān)測斷面的空間拓撲關系,在應急事故發(fā)生時可實現(xiàn)污染源的排放去向和影響路徑的查找,影響監(jiān)測斷面水質污染源的查詢和統(tǒng)計。通過環(huán)境質量、污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù),在實現(xiàn)水環(huán)境質量的現(xiàn)狀評價,動態(tài)模擬與分析的基礎上,實現(xiàn)重大污染事故預警功能;針對應急事故對環(huán)境大氣可能造成的嚴重污染,空間質量分析模型將基于地理信息系統(tǒng)的大氣導則模型,中尺度氣象場的自動模擬(MM5)和多尺度空氣質量預報模式(CMAQ)采用B/S架構搭建,在地理信息平臺的多維度底圖上能直觀地看到區(qū)域空氣流動、污染物的擴散過程;結合氣象等部門提供的數(shù)據(jù),我們將能夠動態(tài)回溯空氣環(huán)境變化過程,通過過程的變化可以實現(xiàn)污染將對大氣質量產生的影響,并有助于分析更好的治理方案。

        3.3 GIS系統(tǒng)中屬性數(shù)據(jù)的來源

        監(jiān)管集成系統(tǒng)、移動執(zhí)法系統(tǒng)等環(huán)保業(yè)務系統(tǒng)均可以為環(huán)境數(shù)據(jù)中心提供必要的源數(shù)據(jù),當中重要的環(huán)境數(shù)據(jù)如企業(yè)位置、污染物的種類、有產生污染隱患的生產設施、倉庫等等均在數(shù)據(jù)中心詳細記錄,通過GIS地理信息平臺清晰、全面地顯示出來。

        4.結論

        由此可見,建立環(huán)境應急處置系統(tǒng),在以GIS系統(tǒng)為平臺,以環(huán)境數(shù)據(jù)中心為基礎數(shù)據(jù)庫的前提下,在完善的網(wǎng)絡和軟、硬件支撐下,形成信息流產生、流轉、存儲的一套完整體系,集成了GIS地圖顯示和環(huán)境數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)的應急處置系統(tǒng),將環(huán)境應急事故處置水平推向一個更高的層次,才能滿足對環(huán)境事故“預防為主、反應迅速、指揮暢通”的工作要求,這對從根本上改善環(huán)境安全形勢、提升環(huán)境監(jiān)管工作能力起到重要的意義。

        [1] 楊凌.地理信息系統(tǒng)在環(huán)境應急管理中的應用〔J〕.環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展.2007,5.

        [2] 余游.環(huán)境污染應急管理信息系統(tǒng)研究 〔J〕.科技視野,2008.

        [3] 王明賢,張莉莉,孫娜.基于信息技術的環(huán)境應急監(jiān)測技術的研究〔J〕.環(huán)境科學與技術,2009,1.

        [4] 汪紅軍,周連鳳,李嗣新,梁友光.水環(huán)境安全預警系統(tǒng)研究進展〔J〕.環(huán)境科學與管理,2011,3.

        [5] 孫貽超,周濱,李莉,羅彥鶴.地理信息系統(tǒng)在城市環(huán)境管理中的應用〔J〕.北方環(huán)境,2011,4.

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