滦河流域水质功能区基础数据处理与专题图制作

吴翠莉

【摘要】流域作为一个相对完整的资源管理单元和人类活动集中区域，其水环境问题是制约我国社会经济与环境协调发展的重要因素之一。为协助开展重要江河湖泊水功能区水质安全风险典型流域调查，进行典型流域水功能区水质风险图GIS专题图制作，本文通过对滦河流域基本情况调查，识别主要排污企业，通过空间地理位置的比对，采用缓冲区分析方法，筛选排污企业。在此基础上，通过遥感影像识别，辨识企业污染口数据，制作企业排污专题数据。

【关键词】滦河流域；水质风险图；大数据挖掘；空间缓冲区

【Abstract】As a relatively complete resource management unit and a concentrated area of human activities， the water environment is one of the important factors that restrict the coordinated development of society， economy and environment in china. To carry out the important rivers of water function zone of lake water quality safety risk in typical watershed investigation assistance， making typical water quality water function zone risk map GIS thematic map， the basic situation of the Luanhe River Basin， identify the main polluting enterprises， through the space location than on， using the buffer analysis method， screening of sewage enterprises. On this basis， through the remote sensing image recognition， identify enterprise pollution mouth data， making enterprise sewage thematic data.

【Key words】Luanhe River Basin；Water quality risk map；Data mining；Spatial buffer

1. 研究区概况

（1）滦河流域[1]位于华北地区东北部，北起内蒙古高原，南临渤海，西接蓟运河，东与辽河相邻，涉及内蒙古自治区、河北和辽宁3个省（自治区）的27县（区），流域总面积44750km2。属于季节性河流，年际变化大，丰枯相差1.7-3.5倍[2]。

（2）农业用水浪费严重和工业耗水量大，未经处理的工业、生活污水直接排入河道，导致河道内水质污染严重。根据滦县站测得挥发酚、暗淡的超标倍数已超《地表水环境质量标准》规定的16倍多，属于严重污染河流。因此，完善专题图制作，为重点流域提供水质管理依据是十分必要的。

2. 研究方法

2.1大数据挖掘方法。

（1）最小-最大规范化[3]

对原始数据进行线性变化，假定minA和maxA分别为属性A的最小和最大值，最小-最大规范化计算公式如下：

把属性A的值映射到[new_minA，new_maxA]区间内；

（2）小数定标规范化[4]

j是max（|v' |）<1最小的整数。

2.2缓冲区分析模块。

（1）凸角圆弧法原理。

基本原理：在轴线的兩端点处用半径为缓冲距的圆弧进行拟合，在轴线的各个转折点处，先判断该折点的凹凸性，然后在折点的凸侧用缓冲距为半径的圆弧拟合，而在折点的凹侧处，用与该点关联的两条平行缓冲线的交点为对应缓冲点。由于在凸侧用圆弧弥合，使凸侧平行边线与轴线等宽，在凹侧，平行边线相交在角分线上。

（2）栅格法原理。

基本思想：将点、线和面这些空间目标栅格化，向目标栅格周围扩张，然后近边界提取，生成矢量结果。该方法在原理上比较简单，容易实现。

3. 数据挖掘与空间属性分析

3.1构建污染企业分布图。

本次采用的是网络大数据，数据来源于国家重点监测企业信息网站。该类网站具有数据量大、覆盖全面、信息更新快等特点，能够有效的提取所需信息[5]。新数据库主要针对废水行业为目标进行构建，数据库目标类型主要针对排放废水可能对河流造成直接污染的企业，将其整理成主要数据库，并将经纬度转化为十进制经纬度便于被Arcgis识别，成果图如下（滦河流域污水企业分布图见图1）：

3.2缓冲区分析。

缓冲区分析是围绕点、线、面要素，自动建立其周围一定距离多边形，用以识别这些实体或主体对临近对象的辐射范围和影响度。根据调查研究，一般排污企业聚集在外城水系附近，根据企业占地大小的平均值，故将缓冲区设置为2km，即河道周围2km左右的污染企业可能会就近排放入河流。最后基于企业空间地理位置和缓冲区大小进行分析，将对河流有的污染企业筛选出来，成果图如下（水系缓冲区构建见图2）：

4. 水质风险专题图制作

4.1基本图绘制。

在基础地理图层的基础上，叠加污染企业排放口图层，并添加风险图的附加信息，图层排列一般按点图层在最上层，线图层在中间，面图层在最下层，需重点展示的图层放在上层的原则叠放。

4.2确定绘图规格。endprint

采用A0和A3两种规格（A0图纸尺寸为1189mm×841mm、A3图纸尺寸为420mm×297mm）。

4.3图形分幅。

在确定规格后，需要分幅绘制，主要考虑下面三点依据：①考虑县、市级行政区划界线进行划分，使图件贴合实际需要；②考虑水系，沿用自然的线状，图件易用易理解；③根据实际分析结果，尽可能优化组合成图幅最少，便于图件的管理与使用。

4.4绘制前数据准备。

（1）基础地理数据。

采用收集的1：5000矢量数据及调查、测量补充的地图数据，通过扫描数字化、拼接、坐标和高程转换，制图综合、图形处理等，形成符合绘制系统格式、属性要求的基础地理信息数据库。

（2）数据处理要求。

绘制系统要求数据统一采用中国大地坐标系统2000（CGCS2000），高斯-克呂格投影；高程统一采用1985年国家高程基准；图形数据采用*.shp格式。绘制采用Arcgis桌面系统编辑软件步骤进行。依次导入流域地理数据、导入企业数据、污染排放口数据、导入相关附属信息，创建绘制工程。成果图件包括电子图和纸质图两种数据形式。每个风险点包括两个地图文档，流域基础地图与污染口专题地图均为mxd格式，成果图由制图系统整饰后输出为jpg格式（水质风险专题图见图3）。

5. 结论

本次研究结论如下：

（1）在典型流域进行基础资料大数据进行搜集时，筛选出了特征信息。

（2）对特征信息进行挖掘，通过数据变换和挖掘提高了挖掘数据的精度和代表性。把不同来源、格式、特点性质的数据在逻辑上或物理上有机的集中，建立了数据库，为后续工作提供全面的数据支撑。

（3）在基础地理图层的基础上，叠加污染企业排放口图层，并添加风险图的附加信息，制作水质风险专题图。

参考文献

[1]史晓亮，杨志勇，严登华，等. 滦河流域土地利用/覆被变化的水文响应[J]. 水科学进展，2014，25（1）：21-27.

[2]解莹，李叔勇，王慧亮，等. 滦河流域上游地区主要河流水污染特征及评价[J]. 环境科学学报，2012，32（3）：645-653.

[3]路献品，王刚，陈宁，等. 滦河流域水资源开发的水文效应及其生态环境响应[J]. 环境保护科学，2014，40（1）：645-653.

[4]蔡维玲，陈东霞. 数据规范化方法对K近邻分类器的影响[J]. 计算机工程，2010，36（22）：175-177.

[5]卿晓霞，肖丹，王波. 能耗实时监测的数据挖掘方法[J]. 重庆大学学报，2012，35（7）：133-137.endprint