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 以地學的空間數據庫作為數據支撐，在計算機的支持下，能夠有效對基于空間與地理的數據進行采集、分析、歸納、存儲以及應用，其具有數據存儲量大、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。其數據來源主要為針對污染源的實地調查以及對水域中水源質量的客觀評價，根據國家層面對水體質量的相關要求，應該建立相應的標準式樣水質量評價模型，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量功能與相關的環(huán)境質量標準相符合。

由于水污染控制規(guī)劃涉及到包括水文參數、污染源參數、環(huán)境容量與污染負荷等多類型空間環(huán)境數據，并且絕大多數的空間信息，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 的空間定位與數據測量功能進行分析，GIS 平臺自身所攜帶的強大數據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、數據缺失的問題[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據與水質數據的收集、存儲、分析、顯示與檢索，例如，水源的水質情況、主要水源污染點等；二是對各種水污染評價模型、水質評價模型以及其他統計模型的結合，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其中包含的監(jiān)測數據、有關圖標較為瑣碎，因此如何對上述數據進行有效整合與集成化處理并基于已有數據生成新的數據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

在數據庫的選擇方面，使用Oracle 數據庫作為支撐數據存儲平臺，其具有數據容量空間大，其能夠對非結構數據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)定性與數據存儲安全性，還有著多元化的功能，具體包括：數據整合編輯、元數據管理、數據存儲與輸出以及數據共享等強大的軟件能力。本系統的最終平臺配置方案，如圖2 所示。在數據服務器端通過數據庫引擎ArcSDE 對空間地理數據基于DBMS 進行輸入、存儲與分析、管理，并通過IMS 對空間數據進行實時的發(fā)布與監(jiān)管，網絡分析與數據功能由MapObjects提供支撐，在數據維護方面則基于Editor 對大規(guī)模的批量化數據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 該系統輔助實現的具體功能

該系統首先可以對環(huán)境管轄范圍內的有關自然地貌、社會經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；該系統還可以對各種空間數據進行定期的檢查、更新與維護，并以用戶的身份驗證為基礎實現對數據安全的有效管控，該系統具有強大的數據統計、分析、處理、輸出功能，在對水環(huán)境的相關數據進行統計處理后，可以形成可視化分析報告，典型的包括水質監(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查與分析情況等，能夠極大程度提升針對水環(huán)境數據的處理能力與效率。該系統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計數據進行深入的挖掘，并對內部數據之間的關聯進行有效解釋，并建立配備了一系列的數據模型，主要包括污染源的預測分布模型、水質情況模型、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進行實施的監(jiān)控，并可以實現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

針對已經具有充分數據支持與地域維度聯系的河流中心線網絡的數據層，可以實現動態(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：當水質監(jiān)測站的最終數據監(jiān)測數據顯示出惡劣性質的水質變化時，可以利用該功能對可能出現的潛在污染源進行模擬與歸納，以提前做好針對水質惡化的預防措施；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，相關流域內的部門管理人員應該及時利用系統中的水污染模擬模型與水質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，同時通過相關聯的其他有關索引關系，快速查找出限定范圍內的所有涉及水戶，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。該平臺在構造內容方面以地學的空間數據庫作為數據支撐，在計算機的支持下，能夠有效對基于空間與地理的數據進行采集、分析、歸納、存儲以及應用，其具有數據存儲量大、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、污染源參數、環(huán)境容量與污染負荷等多類型空間環(huán)境數據，并且絕大多數的空間信息，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 的空間定位與數據測量功能進行。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。