王圣偉,張 暢,張 月,婁天瀧,薛飛揚(yáng)

(西北師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,蘭州 730070)

0 概述

近年來(lái),隨著現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展以及城市化進(jìn)程的日益加快,受人類活動(dòng)的影響,重金屬運(yùn)移到土壤中,導(dǎo)致流域生態(tài)環(huán)境的惡化,主要包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污染、工業(yè)生產(chǎn)污染、污水灌溉污染等[1]。土壤環(huán)境重金屬污染狀況日益受到人們研究和關(guān)注。研究結(jié)果表明,重金屬通過(guò)在植物(作物和蔬菜)和動(dòng)物之間傳播以及積累[2]進(jìn)而也有可能對(duì)城市樹(shù)木的生存能力產(chǎn)生負(fù)面影響。人類活動(dòng)的影響,加快重金屬活性的釋放,造成土壤中的重金屬對(duì)公眾健康構(gòu)成威脅,兒童和成人通過(guò)環(huán)境遷移攝入的重金屬累積量會(huì)直接危害其健康[3]。所以,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)及評(píng)估的加強(qiáng)具有重要意義。目前常用的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型主要有土壤-有機(jī)污染物變化及遷移暴露模型(Em soft模型)、農(nóng)藥根區(qū)模型(PRZM3模型)和土壤模型(Soil mode模型)[4]。因此,結(jié)合研究區(qū)域具體情況提出適合的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型同樣具有重要意義。

地理信息系統(tǒng)(GIS)是非常重要的一種地理研究的手段。研究人員運(yùn)用地理信息系統(tǒng)和專家系統(tǒng)(ES)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系,完成了生態(tài)景觀評(píng)價(jià)系統(tǒng)。文獻(xiàn)[5]利用GIS無(wú)線服務(wù)的小麥氮肥施肥推薦系統(tǒng),縮短了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“最后一公里”問(wèn)題?？梢?jiàn)利用GIS技術(shù)手段來(lái)研發(fā)系統(tǒng)是有效的。文獻(xiàn)[6]采用土壤重金屬插值方法進(jìn)行空間連續(xù)性定量屬性的估算和模擬,并且基于Flex和REST基于WebGIS平臺(tái)開(kāi)發(fā)了農(nóng)田環(huán)境重金屬安全等級(jí)劃分系統(tǒng),達(dá)到了評(píng)估重金屬污染等級(jí)狀況的目的。文獻(xiàn)[7]提出一種土壤-作物協(xié)同風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型,并且基于WebGIS建立了農(nóng)田土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估決策支持系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)田重金屬污染進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和監(jiān)督。

本文基于WebGIS應(yīng)用平臺(tái),并利用R軟件數(shù)據(jù)分析及模型建立平臺(tái)、Microsoft Visual Studio 2013開(kāi)發(fā)集成平臺(tái)等共同完成B/S架構(gòu)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)整個(gè)流域或流域內(nèi)單個(gè)區(qū)域的重金屬含量分析,劃分生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),同時(shí)應(yīng)用GIS開(kāi)發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和分析流域生態(tài)環(huán)境重金屬狀況,管理和決策流域生態(tài)環(huán)境的重金屬管控和排放。

1 研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

1.1 研究區(qū)域概況

本文以流經(jīng)中國(guó)甘肅省西南部的大夏河為研究區(qū)域。研究區(qū)位于東經(jīng)102°02′～103°23′、北緯34°51′～35°48′之間。大夏河有兩處河源,分別為夏河和咯河[8]。通過(guò)對(duì)臨夏州地區(qū)水利部門的相關(guān)調(diào)查研究可知,該地區(qū)45.5%的河水資源遭到不同程度的人為排放影響,其中有11.6%的河段較為明顯,導(dǎo)致這一部分水體使用價(jià)值低于飲用標(biāo)準(zhǔn),超過(guò)90%的城鎮(zhèn)水資源受到用水安全的威脅。針對(duì)水資源污染的地域分布而言,干流水質(zhì)要優(yōu)于支流水質(zhì),而干流的上游水質(zhì)優(yōu)于下游,其中以工礦區(qū)的水資源污染最為明顯[9]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究中所使用的遙感數(shù)據(jù)主要應(yīng)用來(lái)自于地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)以及USGS(https://earthexplorer.usgs.gov/)所提供的LANDSAT系列數(shù)據(jù)中的Landsat 8 OLI_TIRS遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)資料。采用ENVI軟件輻射定標(biāo)、圖像鑲嵌、圖像剪裁和大氣校正等步驟計(jì)算相應(yīng)的NDVI數(shù)值,并去除異常值和中心標(biāo)準(zhǔn)化。

為了探究研究區(qū)域流域土壤重金屬的狀況,本文運(yùn)用了2015年—2017年的流域土壤重金屬采樣數(shù)據(jù),進(jìn)行ERA模型構(gòu)建。為更加合理地確定采樣數(shù),本文利用文獻(xiàn)[10]方法針對(duì)研究區(qū)域純隨機(jī)采樣而構(gòu)造的最佳采樣數(shù)量計(jì)算。利用2018年1月—6月數(shù)據(jù)進(jìn)行ERA模型驗(yàn)證,其中間隔1月一次采樣,采樣點(diǎn)共計(jì)114個(gè),其中,固定采樣點(diǎn)24個(gè),隨機(jī)采樣點(diǎn)90個(gè)。采集樣品時(shí)使用手持式GPS定位器,用塑料勺取底泥上層0 cm～20 cm土壤,土壤樣品經(jīng)過(guò)烘干后研磨,待細(xì)磨后過(guò)200目尼龍篩。然后采用微波消解法對(duì)樣品進(jìn)行處理,運(yùn)用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀ICP-OES測(cè)定重金屬的含量。

降水量及溫度主要來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/site/index.html)中的地面氣象資料。主要采用2015年—2017年每年1月—12月研究區(qū)域的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以及建模。對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理,溫度為月平均氣溫,取降水量為月平均降水量。

2 系統(tǒng)總體模型

2.1 重金屬平均含量模型

NDVI的季節(jié)差異可以用背景水分和溫度條件來(lái)解釋,植被覆蓋的變化也受到水溫條件(如溫度、降水、濕度)的綜合或協(xié)同作用的影響[11]。通過(guò)對(duì)近三年(2015年—2017年)的月均NDVI值、月平均降水量以及月均溫度做相關(guān)性分析,分析結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出,月均NDVI值與月均降水量(圖1(a))以及月均氣溫(圖1(b))的相關(guān)度分別為0.807、0.808。溫度與NDVI值顯著性P.=0.01<0.05,降水與NDVI值得顯著性P.=0.02<0.05,顯著性較強(qiáng),可知NDVI值與溫度以及降水量都是正相關(guān)的,因此可以推斷溫度和降水量有助于植被的生長(zhǎng)。流域重金屬的含量與重金屬本身的運(yùn)移有關(guān),運(yùn)移的速度受到當(dāng)?shù)亟邓亢蜏囟鹊挠绊慬12]。通過(guò)實(shí)測(cè)研究區(qū)域2015年—2017年的重金屬,研究區(qū)域的主要元素為類重金屬As和重金屬Cd、Cr、Cu、Pb。由于土壤重金屬含量與采樣點(diǎn)的年平均降水量和溫度有相關(guān)性[13],因此以月均降水量和月均溫度以及平均重金屬含量做相關(guān)性分析,結(jié)果分別如圖1(c)、圖1(d)所示,月均重金屬含量與降水量及溫度的相關(guān)性分別為-0.79、-0.784,分別在P.=0.03,P.=0.02水平上顯著。相關(guān)性分析結(jié)果表明,土壤平均重金屬含量與月均降水量和月均溫度負(fù)相關(guān)。由于降水的沖刷和徑流作用會(huì)降低重金屬含量,溫度的升高會(huì)造成PH值偏酸性,使得重金屬離子活性增大,意味著重金屬含量升高,但是,同時(shí)重金屬活性離子升高,意味著重金屬離子水溶性升高,溫度升高的季節(jié)往往降水多,沖刷作用大,反而會(huì)使土壤重金屬含量降低。

圖1 月均NDVI、月均重金屬含量與溫度、降水量的關(guān)系Fig.1 Relationship of monthly average NDVI and monthly heavy metal content with temperature and precipitation

對(duì)月均重金屬含量、月均NDVI值、月均降水量、月均溫度進(jìn)行線性回歸R2=0.866,計(jì)算公式為:

W=-0.002X1-0.042X2-54.287 6X3+34.443

(1)

其中,W表示月平均重金屬含量,X1表示降水量,X2表示溫度,X3表示NDVI。

通過(guò)2015年—2017年實(shí)測(cè)土壤重金屬進(jìn)行平均處理,與運(yùn)用式(1)預(yù)測(cè)的土壤平均重金屬含量的對(duì)比如圖2所示,由圖2可知,該式準(zhǔn)確性較好,可以用來(lái)預(yù)測(cè)重金屬含量。

圖2 實(shí)測(cè)值與計(jì)算值對(duì)比示意圖Fig.2 Comparison diagram of measured and calculated values

2.2 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

Hakanson生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)是一種常用的重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)[14]。重金屬在土壤中的危害存在著緩慢釋放的過(guò)程和潛在效應(yīng)。針對(duì)這種潛在危害,瑞典國(guó)家環(huán)保學(xué)家HAKANSON L于1980年提出了潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(HRI):

(2)

研究區(qū)域土壤重金屬的地球化學(xué)背景值如表1所示[15],重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示[16]。

表1 研究區(qū)域土壤重金屬的地球化學(xué)背景值Table 1 Geochemical background values of soil heavy metals in the study area

表2 重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Grading standards for potential ecological hazard indexes of heavy metals

HRI值的大小與重金屬含量的多少有關(guān),故以式(1)中計(jì)算的平均重金屬含量W為自變量,式(2)計(jì)算出的HRI為因變量進(jìn)行線性擬合,擬合結(jié)果如表3所示。

表3 HRI與平均重金屬含量的擬合結(jié)果Table 3 Fitting results of HRI and average heavy metal content

通過(guò)對(duì)比選擇擬合度比較高的三次方公式,即流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型(ERA):

ERA=0.02W3-0.718W2+228.034

(3)

其中,W表示式(1)中計(jì)算所得的平均重金屬含量,ERA表示生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值,其等級(jí)劃分參考表2。

采用2018年1月—6月(編號(hào)13～19)的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,如圖3所示,其中編號(hào)1～12為研究區(qū)域2015年—2017年每年1月—12月的值,驗(yàn)證結(jié)果與實(shí)際結(jié)果差異性較小,式(3)表達(dá)的物理意義能夠表征流域重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)ERA與氣象遙感信息間的關(guān)系。

圖3 研究區(qū)域數(shù)據(jù)驗(yàn)證對(duì)比示意圖Fig.3 Comparison diagram of data validation in study area

3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)

將流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)整體分為“數(shù)據(jù)-應(yīng)用邏輯-表示”[17],即表示層、應(yīng)用邏輯層和數(shù)據(jù)層三層架構(gòu),其中基于ArcGIS API for Javascript的WebGIS系統(tǒng)應(yīng)用框架如圖4所示。

圖4 WebGIS系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)Fig.4 WebGIS system application architecture

WebGIS系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)如下:

1)表示層即客戶機(jī)操作端的用戶處理器,主要圍繞GIS組件進(jìn)行設(shè)計(jì),處理操作用戶對(duì)系統(tǒng)發(fā)出的各種操作請(qǐng)求或提交給應(yīng)用層。用戶可以通過(guò)表示層對(duì)地圖進(jìn)行放大縮小漫游等操作,處理區(qū)域的顯示變化,主要有地圖的刷新和顯示、進(jìn)行地圖加載等。

2)應(yīng)用邏輯層主要起中間層的作用,完成用戶的信息請(qǐng)求,負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)大部分的應(yīng)用邏輯處理,搭建與數(shù)據(jù)庫(kù)銜接的數(shù)據(jù)交換通道,并顯示服務(wù)器反饋的相關(guān)信息。在邏輯上,首先作為服務(wù)框架,對(duì)數(shù)據(jù)層的空間數(shù)據(jù)庫(kù)、屬性數(shù)據(jù)庫(kù)以及本地文件等各項(xiàng)服務(wù)進(jìn)行邏輯整合;應(yīng)用上通過(guò)ASPX.NET技術(shù)處理用戶端各種信息請(qǐng)求,實(shí)現(xiàn)動(dòng)作響應(yīng)。在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估階段,應(yīng)用邏輯層為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需求數(shù)據(jù)(如研究區(qū)域的降水量、溫度、NDVI值)調(diào)用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估處理服務(wù)生成生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估數(shù)據(jù)。主要處理過(guò)程為:用戶端發(fā)出超文本傳輸請(qǐng)求,通過(guò)調(diào)用ASPX頁(yè)面代碼實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息訪問(wèn),信息處理完成后將反饋信息通過(guò)HTML頁(yè)面發(fā)送到用戶端[18]。

3)數(shù)據(jù)層由多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組成,用來(lái)存儲(chǔ)重金屬采樣點(diǎn)信息、重金屬檢測(cè)數(shù)據(jù)信息和用戶信息等。數(shù)據(jù)庫(kù)是流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)的基礎(chǔ),其邏輯結(jié)構(gòu)及物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性直接關(guān)系到應(yīng)用系統(tǒng)性能,因此,多數(shù)據(jù)庫(kù)分類管理方式提升優(yōu)化了系統(tǒng)性能。

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文系統(tǒng)采用SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ),數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系如圖5所示。該數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括操作用戶表、樣點(diǎn)管理表、采樣信息表、指標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)表以及評(píng)價(jià)表。其中樣點(diǎn)管理表描述了采樣標(biāo)號(hào)、采樣類型(隨機(jī)采樣點(diǎn)或者固定采樣點(diǎn))、采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度和采樣時(shí)間等,可以根據(jù)不同區(qū)域的不同采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析達(dá)到更好的評(píng)價(jià)效果。評(píng)價(jià)表中描述了自編號(hào)(不同區(qū)域賦予不同編號(hào))、重金屬含量(預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值)、評(píng)價(jià)等級(jí)等內(nèi)容,以便清楚地了解評(píng)價(jià)區(qū)域的情況。

圖5 數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系示意圖Fig.5 Schematic diagram of data relationship

3.3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

結(jié)合研究區(qū)域流域數(shù)據(jù)管理需要,流域重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)包括系統(tǒng)管理模塊、采樣數(shù)據(jù)管理模塊、樣點(diǎn)管理模塊、流域重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊、WebGIS基礎(chǔ)地圖管理模塊,系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)Fig.6 System function structure

系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如下:

1)系統(tǒng)管理

本文系統(tǒng)管理主要實(shí)現(xiàn)功能為登錄系統(tǒng)、退出系統(tǒng)、用戶信息查詢、新用戶注冊(cè)、修改用戶信息、用戶角色分配等功能。其中角色分配按系統(tǒng)需求設(shè)定超級(jí)管理員和普通游客。普通游客權(quán)限是瀏覽系統(tǒng)中所有對(duì)外開(kāi)放的功能,如WebGIS基礎(chǔ)地圖操作、專題地圖查看、數(shù)據(jù)查詢、樣點(diǎn)及重金屬相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)錄入、流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等。超級(jí)管理員除普通游客的權(quán)限外,還具有對(duì)普通游客權(quán)限的設(shè)置、添加樣點(diǎn)等權(quán)限。

2)采樣數(shù)據(jù)管理

本文主要研究位于甘肅境內(nèi)的大夏河采樣點(diǎn)的重金屬分布及含量情況。記錄2015年—2017年在大夏河流域采樣點(diǎn)數(shù)據(jù),每個(gè)采樣點(diǎn)包含經(jīng)緯度、海拔、溫度、時(shí)間、PH值、NDVI值以流域重金屬As、Cd、Cr、Cu、Pb指標(biāo)含量。該數(shù)據(jù)通過(guò)相關(guān)SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)表進(jìn)行保存,同時(shí)用戶可根據(jù)地區(qū)、時(shí)間、污染級(jí)別3種方式進(jìn)行查詢,查詢結(jié)果以圖表形式呈現(xiàn)。

3)樣點(diǎn)管理模塊

樣點(diǎn)主要模塊主要對(duì)樣點(diǎn)編號(hào)以及增加刪除進(jìn)行設(shè)定。

4)WebGIS地圖管理

本文系統(tǒng)通過(guò)WebGIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地圖和專題地圖。其中,基礎(chǔ)地圖實(shí)現(xiàn)圖放大、縮小、平移、全景、鷹眼、模糊查詢等功能;專題地圖除實(shí)現(xiàn)對(duì)地圖放大、縮小、漫游、全景、鷹眼、精準(zhǔn)定位外,也對(duì)相關(guān)研究區(qū)域進(jìn)行操作,如實(shí)現(xiàn)前端對(duì)地圖圖層的管理。

5)流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

研究流域重金屬相關(guān)指標(biāo)、降水、溫度以及NDVI值的數(shù)據(jù)集是進(jìn)行研究流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的前提,也是衡量研究流域重金屬狀況的重要依據(jù)。流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)主要以遙感數(shù)據(jù)為參考,通過(guò)ERA模型進(jìn)行評(píng)估,將結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)表輸出,評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性通過(guò)地圖投影進(jìn)行可視化顯示。

4 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)

流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊設(shè)計(jì)主要包含R語(yǔ)言與C#連接方法設(shè)計(jì)、流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊實(shí)現(xiàn)兩部分構(gòu)成。

4.1 R語(yǔ)言與C#.NET連接方式

Gstat-R和C#.NET在各自領(lǐng)域都存在著優(yōu)劣勢(shì)。如:Gstat-R用戶界面對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用不靈便;而.NET連接數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及圖形處理上無(wú)法達(dá)到Gstat-R。但將Gstat-R和C#.NET連接,實(shí)現(xiàn)揚(yáng)長(zhǎng)避短優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ),從而使系統(tǒng)具有良好的用戶數(shù)據(jù)操作界面及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理分析,使網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析得到良好解決[19]。Gstat-R和C#.NET連接的具體方式如圖7所示。

圖7 R語(yǔ)言與C#.NET混合編程體系結(jié)構(gòu)Fig.7 R language and C #.NET mixed programmingarchitecture

首先利用.NET技術(shù)實(shí)現(xiàn)操作網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì),并通過(guò)ADO.NET技術(shù)連接SQLServer庫(kù),方便用戶操作者對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)及保存。然后從SQLServer庫(kù)中訪問(wèn)所需數(shù)據(jù),通過(guò)Gstat-R對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及處理。最后將數(shù)據(jù)處理所得信息反饋給操作用戶,并保存信息數(shù)據(jù)到SQLServer庫(kù)[20]。

4.2 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊實(shí)現(xiàn)

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)用戶登錄生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)后,輸入所需要的數(shù)據(jù),即研究區(qū)域的降水量、溫度以及NDVI值等,進(jìn)入生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng),選擇生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估區(qū)域(如臨夏市、臨夏縣、同仁縣等或者流域區(qū)域)以及模型。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)流程如圖8所示。

圖8 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)流程Fig.8 Ecological risk assessment procedure

點(diǎn)擊“提交”按鈕,會(huì)出現(xiàn)所選區(qū)域評(píng)價(jià)表,如圖9所示。評(píng)價(jià)表可以從數(shù)值角度來(lái)評(píng)判所選擇區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況。點(diǎn)擊“地圖投影”按鈕,可以直觀地顯示出生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果。

圖9 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)示意圖Fig.9 Schematic diagram of ecological risk assessment data

在選擇單個(gè)區(qū)域時(shí),界面會(huì)出現(xiàn)單個(gè)區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果,并且鼠標(biāo)放在所選擇的區(qū)域會(huì)顯示該地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的詳細(xì)信息(以臨夏縣為例),如圖10所示。

圖10 臨夏縣生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估效果示意圖Fig.10 Schematic diagram of ecological risk assessment effect ofLinxia county

在選擇整個(gè)流域區(qū)域時(shí),會(huì)顯示整個(gè)流域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果。具體過(guò)程為:點(diǎn)擊提交按鈕后系統(tǒng)會(huì)從SQLServer歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中將所選區(qū)域參數(shù)發(fā)送到Gstat-R軟件。Gstat-R軟件調(diào)用數(shù)據(jù)包對(duì)監(jiān)測(cè)地點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估。單擊地圖投影按鈕,系統(tǒng)將評(píng)估的準(zhǔn)確性結(jié)果投影到地圖上進(jìn)行Web可視化展示,可以直觀地看出流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確情況。其中評(píng)估準(zhǔn)確性結(jié)果可視化頁(yè)面如圖11所示,其中淺色色系表示中低污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),深色色系表示嚴(yán)重極嚴(yán)重污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。從圖中可以看出流域下游的臨夏縣、東鄉(xiāng)回族自治縣和政縣是中級(jí)污染程度。流域上游地區(qū)呈現(xiàn)低污染風(fēng)險(xiǎn)程度。

圖11 流域區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)效果示意圖Fig.11 Schematic diagram of ecological risk assessment effect of watershed region

5 結(jié)束語(yǔ)

本文構(gòu)建ERA生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型,采用C#和ArcGis開(kāi)發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估功能系統(tǒng),通過(guò)溫度、降水、NDVI值等動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)研究區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況,并采用測(cè)量土壤重金屬污染技術(shù)提高工作效率。為獲得準(zhǔn)確定位及可視化結(jié)果,下一步將基于數(shù)據(jù)傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),建立智能數(shù)據(jù)檢測(cè)分析模型、構(gòu)建三維電子地圖和擴(kuò)展預(yù)警功能。