GIS 在地下水污染分析评价中的应用与技巧

黄金玉，姜月华，苏晶文

(南京地质调查中心，江苏南京 210016)

GIS 在地下水污染分析评价中的应用与技巧

黄金玉∗，姜月华，苏晶文

(南京地质调查中心，江苏南京 210016)

以长江三角洲地区地下水为研究对象，对地下水污染进行调查和分析评价，将获得的野外调查数据和样品测试数据通过GIS技术进行信息处理，完成地下水检出与超标评价、单指标质量评价、分类指标质量评价以及单指标污染评价，并将分析评价结果通过GIS图件形式显示输出。本文详细介绍GIS在地下水污染分析评价中的应用过程和方法，并根据实际情况对GIS使用技巧进行阐述。

地理信息系统；地下水；质量评价；等值线

1 引 言

2 GIS在地下水质量分析评价中应用

水资源是支撑长江三角洲地区经济社会可持续发展的战略资源，地下水是水资源的重要组成部分。然而，随着人类活动的加剧，石油类污染，城市垃圾和生产生活污水的不合理处置以及农业生产中农药、化肥的大量使用，导致地下水有机污染状况日趋加重。地下水污染引起水中有害、有毒元素不断增多，水质下降甚至恶化，给长江三角洲地区饮用水安全带来严重威胁。

将GIS技术应用到地下水质量分析评价中，不仅仅是几个简单的操作步骤，而是一个系统而复杂的操作过程，通过不同功能模块结合不同操作完成。

2.1 GIS操作过程

对地下水污染分析评价，首先需要将野外空间数据进行投影转换，地下水采样点通过经纬度值记录其空间地理位置，读取对应地理坐标值，通过GIS投影技术转换为矢量图元，然后运用GIS参数设定和等值线分析对采样点(GIS点图元)属性值进行分析，过程如图1所示。

图1 地下水污染分析评价GIS运用流程图

2.2 运用GIS技术采样点矢量化

通过野外获取各个研究区域的分析点的相关地理信息，如地理坐标(经纬度或公里网值)、地理位置等，通过测试获得每个分析点的指标值。对于地下水质量分析评价首要操作，则是将分析点进行投影转换，再根据转换的区域地理分布结果进一步进行质量评价。运用GIS投影变换功能，GIS在进行投影转换时需要获取两方面的投影参数，一个是用户投影参数，实际是指野外获取的分析点的实际地理坐标，在长三角地区获取的野外坐标单位是经纬度，另外一个参数是结果投影参数，是指作为底图的矢量电子地图的地图参数，根据实际参数值设置完成后，GIS则通过内部运算法则进行转换，并将投影结果通过GIS点文件投影显示于底图中。

2.3 运用GIS进行地下水质量评价

在通过GIS投影转换的过程中，测试指标值同时转换为点图元的属性值，在评价中就是对这些指标测试数据进行分析，运用GIS分析评价即是对点图元属性的分析。

确定参评指标共56项，其中，常规指标25项，非常规指标31项。

(1)常规指标(25项)

无机指标(23项):pH、铁、锰、铜、锌、铝、钠、氯化物、硫酸盐、总硬度、溶解性总固体、耗氧量、砷、镉、六价铬、铅、汞、硒、氟化物、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、碘化物；

有机指标(2项):三氯甲烷、四氯化碳。

(2)非常规指标(31项)

挥发性有机物指标(21项):1，1，1-三氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯、二氯甲烷、1，2-二氯乙烷、1，1，2-三氯乙烷、1，2-二氯丙烷、三溴甲烷、氯乙烯、溴二氯甲烷、一氯二溴甲烷、1，1-二氯乙烯、1，2-二氯乙烯、氯苯、邻二氯苯、对二氯苯、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯；

半挥发性有机物指标(10项):总六六六、γ-BHC (林丹)、总滴滴涕、六氯苯、七氯、苯并(a)芘、萘、蒽、荧蒽、苯并〔b〕荧蒽。

对于单指标质量评价的56项指标分为无机和有机两大类，需要运用GIS两类功能，一个是对于有机单指标质量评价通过GIS点图元参数进行分析区分，在点图元属性中存在各点的评价指标测试值，选择GIS中根据属性赋参数的操作功能，通过图元颜色参数对各类水进行分析显示；另外一个是对于无机单指标质量评价则是通过GIS等值线分析进行，这个分析过程相对较复杂，在MapGIS软件中进入DTM分析模块，装入前面已转换好的点图元文件，对此点图元中需要进行分析的属性进行点属性值的提取操作，属性值提取后进行离散数据网格化得到后缀为Grd网格化文件，针对Grd文件进行平面等值线分析，得到的分析结果通过GIS区域、点以及线文件综合显示。

3 GIS应用关键步骤

3.1 采样点空间数据转换[1～4]

对于地下水野外空间数据点(采样点)的投影，最关键的是投影参数的设置以及属性的赋值。长江三角洲地区地下水污染评价项目选择使用MapGIS软件进行空间数据的转换，MapGIS读取的空间数据文件格式是文本格式，将原始数据文件以文本格式存储后，进入GIS投影变换功能模块，选择用户文件投影菜单，此时系统提供了投影参数设置的交互界面，在此界面中对投影参数进行设置，而投影参数的设置是整个投影操作中较为核心的步骤，需要了解设置的两个投影参数的具体含义:

用户投影参数——指野外实际获得的地理坐标参数，通常是指两类单位坐标:经纬度和公里网，针对经纬度坐标系类型应选择地理坐标系，坐标单位是DDDMMSS.SS，对于公里网坐标系单位应选择大地坐标系，比例尺为1∶1，坐标单位是m；

结果投影参数——指作为投影底图的地图参数，通常坐标系类型是投影直角坐标系，区别于用户投影参数是在结果投影参数中需要输入更多的参数值，如投影类型(包括有通用横向墨卡托投影坐标系(UTM)、兰伯特等角圆锥投影坐标系LAMBERT CONFORMAL CONIC、墨卡托(正轴等角圆柱)投影坐标系MERCATOR、高斯-克吕格(横切椭圆柱等角))，每个投影类型都对应各自的投影参数值，如高斯-克吕格(横切椭圆柱等角)对应着投影中心点经度等，兰伯特等角圆锥投影坐标系对应第一标准纬度、第二标准纬度、中央子午线经度等。

3.2 运用GIS技术进行有机单指标评价

使用GIS参数进行有机单指标评价，通过MapGIS主界面进入输入编辑功能模块，打开已完成采样点(分析点)空间数据转换的点文件，选择点属性编辑菜单中的根据属性统改参数功能，在属性条件选择界面上，选择对应单指标属性名称，完成条件语句”单指标值＞=判定标准值＆＆单指标值＜=判定标准值”，此时GIS通过此判定语句选择符合条件的点图元后提供参数设置对话框，将图元参数中的颜色设置为对应颜色。

3.3 运用GIS技术进行无机单指标评价[7]

相对于有机单指标评价方法，无机单指标评价更复杂，在进行等值线分析中有两个关键参数设置界面比较重要，一个是离散数据网格化中网格参数设置和网格化方法的选择，在这个界面中网格参数设置开始GIS系统会选择默认参数值，网格线数X方向的通常默认为101，网格化方法选择Kriging(克立金)法网格化，并将网格化处理好的文件∗.Grd保存；另外一个参数设置界面是等值线参数设置界面，这其中等值层值的设定很重要，根据无机单指标评价标准对起始等值线层值、终止等值线层值以及步长增量(即等值间距)进行选择设置。

4 运用GIS技术的思考与技巧

通过长江三角洲地区地下水采样点分布特点发现，该地区采样点分布不均匀呈不规则形，点间距多样性，而运用GIS中Kriging等值线分析针对分布均匀有规律等距的分析点做出的等值线更美观标准，因此，通过多克立金等值线分析参数分析发现，在离散数据网格化时需要根据采样点分布情况对一些参数进行修订。在GIS完成等值线分析时会使用其内部运算公式，如X和Y方向的等值线间距就有如下公式:

X方向等之间间距=(X方向最大值-X方向最小值)/X等值线数量

Y方向等之间间距=(Y方向最大值-Y方向最小值)/Y等值线数量

通过公式可以知道X或Y方向间距和等值线数量是互相推算出来了，只要根据实际情况设定其中一个参数值即可，可根据采样点实际间距将X和Y方向值设定为符合实际分析的数值。

在网格化方法选定后，有两个重要的参数需要设置，其中最大搜索圆半径的运算公式如下:

最大搜索圆半径=X方向等之间间距×Y方向等之间间距

另外一个关键参数是变差函数类型中的变程值，这个参数的缺省值为数据点最小包围矩形对角线的一半长度，但也存在其运算公式，如下:

变程数据值=开根号((X方向最大值-X方向最小值)×(X方向最大值-X方向最小值)+(Y方向最大值-Y方向最小值×(Y方向最大值-Y方向最小值))/2

在实际操作时发现将最大搜索圆半径调整大小对最后的分析结果有很大的影响，当半径大时分析结果图件与实际分析点分布不太符合，而将搜索半径调整至合适值成图效果不但美观准确而且分析区域与分析点分布区域对应。

5 实际完成效果

长江三角洲地区地下水采样点属性结构如表1，通过GIS分析结果如图2所示。

地下水污染属性结构 表1

图2 通过GIS参数分析结果(左)和通过GIS等值线分析结果(右)

通过GIS在长江三角洲地区地下水污染调查项目中的应用，总结出应用方法和技巧，也从中明白将GIS技术运用到各个领域都需要根据实际情况对常规应用方法进行改进和分析。

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GIS Application in the Analysis and Evaluation of Groundwater Pollution and Skills

Huang Jinyu，Jiang YueHua，Su Jingwen
(Nanjing Center of Geological Survey，Nanjing 210016，China)

With the groundwater in the Yangtze River Delta as the research object，carries on the investigation and the analysis of groundwater pollution，the field investigation data and sample data will get the information processing by GIS technology，complete detection and evaluation of groundwater exceed the standard，the single index evaluation，classification index of quality evaluation and the single pollution index of evaluation，and the evaluation results through the GIS map display output.This paper introduces application of GIS in the process and method of evaluation of groundwater pollution analysis，and according to the actual situation of GIS using the technique described.

GIS；groundwater；quality evaluation；contour

1672-8262(2013)04-161-03

P208.2，P641.69

A

2013—03—01

黄金玉(1982—)，女，助理研究员，主要从事地理信息系统和水文地质环境方面的研究。

中国地质调查局项目(1212010634400)