謝貴德 孫華

摘 要：在深入研究重金屬污染土壤修復(fù)再利用效益評(píng)價(jià)理論基礎(chǔ)上，首次將重金屬污染土壤修復(fù)再利用效益評(píng)價(jià)集成到系統(tǒng)之中，探討基于ArcGIS Server技術(shù)下的修復(fù)再利用效益評(píng)價(jià)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。系統(tǒng)地完成實(shí)現(xiàn)了評(píng)價(jià)工作的自動(dòng)化，解決了重金屬污染土壤修復(fù)再利用效益評(píng)價(jià)中的計(jì)算繁雜問(wèn)題，提高了工作效率，為修復(fù)治理技術(shù)的篩選提供了技術(shù)支撐服務(wù)。

關(guān)鍵詞：再利用;效益評(píng)價(jià);ArcGIS Server

引言

對(duì)重金屬污染土地進(jìn)行修復(fù)開(kāi)發(fā)再利用是緩解人地矛盾、保障人體健康和環(huán)境安全、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求。目前應(yīng)用于重金屬污染土壤修復(fù)的技術(shù)主要包括物理、化學(xué)和生物技術(shù)[1]，不同修復(fù)技術(shù)模式下產(chǎn)生的效益水平不同[2]，篩選具有高效益的修復(fù)技術(shù)是重金屬污染土壤修復(fù)工作持續(xù)開(kāi)展的前提和保障，因此，修復(fù)再利用效益評(píng)價(jià)工作在整個(gè)重金屬污染修復(fù)再利用工作過(guò)程中具有重要的意義。

土壤重金屬污染具有量大面廣的特點(diǎn)。再利用效益評(píng)價(jià)涉及的指標(biāo)包括環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)三個(gè)方面，且計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，傳統(tǒng)的管理方式效率低下，無(wú)法適應(yīng)日益龐大的數(shù)據(jù)管理需求，而且土壤重金屬污染多伴有空間特性。充分利用GIS技術(shù)在空間數(shù)據(jù)管理與分析、可視化表達(dá)等方面的優(yōu)勢(shì)[3]，將再利用效益評(píng)價(jià)理論與GIS技術(shù)相結(jié)合，并借助計(jì)算機(jī)編程技術(shù)，構(gòu)建重金屬污染土壤修復(fù)再利用效益評(píng)價(jià)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬污染數(shù)據(jù)信息的數(shù)字化管理和再利用效益的自動(dòng)化評(píng)價(jià)工作，為重金屬污染土壤進(jìn)行分級(jí)管理和修復(fù)治理技術(shù)的選擇提供技術(shù)支撐服務(wù)。

一、重金屬修復(fù)再利用效益評(píng)價(jià)理論基礎(chǔ)

就某一污染土壤修復(fù)治理項(xiàng)目而言，其效益評(píng)價(jià)涉及三個(gè)方面，即環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的評(píng)價(jià)。環(huán)境效益主要指被修復(fù)土壤的環(huán)境質(zhì)量改善情況，它既包括目標(biāo)污染物的消減程度，也涉及土壤物理、化學(xué)和生物屬性的改善。一些土壤屬性之間可能存在很強(qiáng)的相關(guān)性，應(yīng)篩選出相關(guān)性弱、獨(dú)立的屬性指標(biāo)用于環(huán)境效益評(píng)價(jià)。從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度分析，某一修復(fù)治理項(xiàng)目的實(shí)施需要消耗一定的社會(huì)資源包括物料、人力等投入，也會(huì)有產(chǎn)品產(chǎn)出而產(chǎn)生一定的收入。采用經(jīng)典的“投入-產(chǎn)出”經(jīng)濟(jì)分析可得到該修復(fù)項(xiàng)目產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。社會(huì)效益的定義較為寬泛，在本研究中，社會(huì)效益是指重金屬污染修復(fù)項(xiàng)目實(shí)施后為社會(huì)所做的貢獻(xiàn)。

（一）層次分析法

在重金屬污染土壤修復(fù)再利用綜合效益評(píng)價(jià)研究中，關(guān)鍵是各指標(biāo)權(quán)重的確定。污染土壤修復(fù)后再利用綜合效益評(píng)價(jià)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)性問(wèn)題[4]。而層次分析法則可以很好地解決這類問(wèn)題，故在本文中對(duì)重金屬污染土壤修復(fù)再利用綜合效益評(píng)價(jià)時(shí)選用層次分析法來(lái)確定各指標(biāo)值。

（二）模糊綜合評(píng)估

層次分析法可以使重金屬污染土壤修復(fù)再利用綜合效益評(píng)價(jià)問(wèn)題簡(jiǎn)單化、條理化和層次化[5]，但無(wú)法解決重金屬污染土壤修復(fù)再利用綜合效益評(píng)價(jià)過(guò)程中出現(xiàn)的模糊性和不確定的問(wèn)題，其結(jié)果往往是一個(gè)模糊值。將模糊理論引入到再利用綜合效益評(píng)價(jià)中來(lái)，對(duì)無(wú)法定量處理的指標(biāo)評(píng)估進(jìn)行模糊化處理。模糊綜合評(píng)價(jià)法是一種基于模糊數(shù)學(xué)隸屬度最大原則和模糊變換理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)方法。

確定各指標(biāo)要素的權(quán)重矩陣和隸屬度矩陣后按照模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)計(jì)算模型分別計(jì)算環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)價(jià)結(jié)果，然后根據(jù)環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)價(jià)結(jié)果構(gòu)建綜合效益隸屬度矩陣，按照效益評(píng)價(jià)計(jì)算模型計(jì)算綜合效益評(píng)價(jià)結(jié)果。模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)模型如公式（1）。

■ ?（1）

其中，B1×m表示模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，A1×n表示各指標(biāo)的權(quán)重矩陣，Rn×m為隸屬度矩陣。

二、系統(tǒng)需求分析與功能設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)需求分析

1.數(shù)據(jù)組織需求分析

本系統(tǒng)主要涉及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)這兩塊數(shù)據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)的具體應(yīng)用，分別對(duì)這兩塊數(shù)據(jù)進(jìn)行組織應(yīng)用。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)由研究區(qū)的實(shí)地采樣、監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)獲得，包括各采樣點(diǎn)土壤中重金屬鎘、鉻、汞、砷、鉛的含量和pH值以及對(duì)應(yīng)的檢測(cè)時(shí)間與檢測(cè)單位、采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度數(shù)值、采樣點(diǎn)土地利用類型和土壤類型、采樣時(shí)間土壤表面農(nóng)作物信息等。地理數(shù)據(jù)包括與研究區(qū)相關(guān)的矢量數(shù)據(jù)，包括行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、地形圖、交通圖和監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖。

2.業(yè)務(wù)功能需求分析

通過(guò)對(duì)研究區(qū)布點(diǎn)采樣調(diào)查，在收集相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立土壤重金屬環(huán)境調(diào)查和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。土壤重金屬信息管理與污染評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要業(yè)務(wù)包括實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤重金屬監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的管理、發(fā)布、查詢與統(tǒng)計(jì)分析，在此基礎(chǔ)上利用篩選的土壤重金屬污染評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)模型和再利用效益評(píng)價(jià)模型對(duì)研究區(qū)土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)和再利用效益值進(jìn)行評(píng)估，為從事土壤重金屬環(huán)境管理者和研究人員提供決策支持，提高相關(guān)管理工作的科學(xué)性效率。

（二）系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

在遵循系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和分析系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)的功能模塊進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。重金屬污染土壤修復(fù)再利用效益評(píng)價(jià)系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)管理模塊、基礎(chǔ)功能模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和修復(fù)再利用效益評(píng)價(jià)模塊。

三、系統(tǒng)核心功能的實(shí)現(xiàn)

重金屬污染土壤修復(fù)再利用效益評(píng)價(jià)系統(tǒng)是基于ArcGIS Server開(kāi)發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)包括地圖數(shù)據(jù)的顯示操作、采樣點(diǎn)位信息的查詢定位、數(shù)據(jù)管理以及再利用效益評(píng)價(jià)等功能。即以ARCGIS Server為支撐，選用JavaScript開(kāi)發(fā)方式，結(jié)合Net開(kāi)發(fā)模式實(shí)現(xiàn)。

（一）GIS基礎(chǔ)功能的實(shí)現(xiàn)

GIS基礎(chǔ)功能包括地圖文檔的載入與顯示、放大、縮小、全圖顯示、圖層管理以及空間查詢等。功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)在在線引用或本地部署后在html頭文件中引用js和css文件。地圖文檔的載入與顯示主要是利用dojo.dojo.require（）加載“esri.map”模塊，然后聲明了一個(gè)map變量，作為承載地圖的容器，layer表示地圖圖層，通過(guò)URL加載位于ArcGIS Server上的地圖服務(wù)，最后將該圖層加載到map對(duì)象中。

圖1 系統(tǒng)詳細(xì)的功能模塊

（二）數(shù)據(jù)查詢與管理功能的實(shí)現(xiàn)

GIS數(shù)據(jù)包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中數(shù)據(jù)查詢與管理模塊主要包括顯示坐標(biāo)、圖形識(shí)別、表格查詢、高級(jí)查詢和更改地圖服務(wù)的URL地址5塊功能。圖形識(shí)別功能是利用QueryTask類實(shí)現(xiàn)空間查詢，信息展示的彈窗主要是利用Jquery EasyUI插件實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閐ojo和Jquery的生命周期不同，所以需要首先初始化dojo，然后在dojo的addOnload事件中初始化Jquery。

（三）修復(fù)再利用效益評(píng)價(jià)功能的實(shí)現(xiàn)

按照重金屬污染土壤修復(fù)再利用綜合效益評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)步驟和相關(guān)方法模型，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這一功能。其主要包括層次分析法確定權(quán)重、多項(xiàng)模糊統(tǒng)計(jì)法計(jì)算隸屬度值、綜合效益評(píng)價(jià)以及將評(píng)價(jià)結(jié)果換算成對(duì)應(yīng)的分值等內(nèi)容。效益評(píng)價(jià)結(jié)果界面如圖2及對(duì)修復(fù)前后效益值對(duì)比圖3。

圖2 綜合效益評(píng)價(jià)結(jié)果

圖3 修復(fù)前后效益分值對(duì)比

小結(jié)

本文根據(jù)根據(jù)重金屬污染土壤修復(fù)治理項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中后期效益評(píng)估的實(shí)際需要，將GIS技術(shù)與重金屬污染土壤修復(fù)再利用效益評(píng)價(jià)理論相結(jié)合，構(gòu)建重金屬土壤修復(fù)再利用效益評(píng)價(jià)系統(tǒng)。系統(tǒng)選用目前主流的B/S開(kāi)發(fā)模式，結(jié)合.Net進(jìn)行服務(wù)端開(kāi)發(fā)，以空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)為基礎(chǔ)，在客戶端引用了許多非常優(yōu)秀如Jquery、Jquery EasyUI、Dojo、jpPlot等兼容各種瀏覽器和CSS的輕量級(jí)插件。按照工作流思想，在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了效益評(píng)價(jià)功能，用戶只需簡(jiǎn)單地輸入數(shù)據(jù)即可獲得評(píng)價(jià)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了評(píng)價(jià)工作的自動(dòng)化，避免了模糊綜合評(píng)價(jià)過(guò)程中面臨的繁雜計(jì)算問(wèn)題，提高了工作效率，為修復(fù)治理技術(shù)的篩選提供了技術(shù)支撐服務(wù)。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的興起、移動(dòng)通訊技術(shù)的快速發(fā)展和智能設(shè)備的完善，重金屬污染土壤修復(fù)再利用效益評(píng)價(jià)系統(tǒng)需要向移動(dòng)GIS發(fā)展。移動(dòng)GIS集成了地圖顯示、實(shí)時(shí)定位、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，可以很大程度上減少重復(fù)工作，提高數(shù)據(jù)獲取的效率與精準(zhǔn)度。

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2013，（8）：1036-1042.

Design and implementation of the soil remediation reuse benefit evaluation

system based on ArcGIS Server heavy metal pollution

XIE Gui-de ，SUN Hua

（Public management college，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China）

Abstract：In the in-depth study of phytoremediation of heavy metal contaminated soil reuse benefit evaluation based on the theory，for the first time for remediation of heavy metal contaminated soil reuse benefit evaluation of integrated into the system，and to explore the repair of ArcGIS Server Technology Based on reuse benefit evaluation system design and implementation process. System to complete to realize the automation of evaluation，solves the problem of reuse benefit evaluation of computational complexity problem，improve the work efficiency of the remediation of heavy metal contaminated soil，remediation technology screening provides technical support services.

Key words：reuse;benefit evaluation;ArcGIS Server