GIS在国考断面水质达标攻坚中的应用研究

陈宝华

（广东省环境科学研究院 广东广州 510000）

引言

“十三五”规划中提出，到2020 年我国生态环境质量总体改善。地表水环境质量改善则是其中重点之一。当前广东省水环境污染问题依然十分突出，国家《水污染防治目标责任书》考核断面（以下简称国考断面）、省《水污染防治目标责任书》考核断面（以下简称省考断面）水质离考核目标仍有一定差距。全力攻坚确保2020 年水质优良比例达84.5%、消除劣Ⅴ类断面，是我省打赢污染防治攻坚战的硬任务、硬目标。而地理信息系统是用于采集、储存、分析、管理和显示地理数据的计算机系统，已经广泛地应用于不同领域。把GIS 技术用于水污染防治，通过汇总水环境相关数据，进行数据分析、地图展示、评估等功能实现辅助决策，有助于打好国考断面水质达标攻坚战。

1 攻坚国考断面水质

1.1 国考断面水质考核的具体含义

国考断面是指国家地表水考核断面，从属于国家地表水环境监测网中的评价、考核、排名监测断面（点位），《水污染防治计划》中，把如何提升水环境质量，当做水污染防治工作的重要内容和环节，对饮用水、地表水水质优良、地表水丧失使用功能（劣于Ⅴ类）、地下水和近岸海域5 类水体水质目标的考核范围和评估方法提出了具体的要求。为贯彻落实《水污染防治计划》，推进国家地表水考核断面水环境质量信息公开工作，根据《中华人民共和国环境保护法》和有关法律法规要求，生态环境部组织制定了 《地级及以上城市国家地表水考核断面水环境质量排名方案（试行）》，每季度开展地级及以上城市国家地表水考核断面水环境质量状况及变化情况排名。国考断面水质考核的根本目标在于保护水资源，通过多种途径提高水环境质量水平。在实践过程中，充分发挥自身倒逼作用，对地区各部门的水环境防治责任进行明确，借鉴先进的水资源保护经验、水污染治理技术，逐渐的提高水污染治理效率和效果，为人们生活以及社会各项生产工作提供达标的水资源。

1.2 国考断面水质达标攻坚工作的重要意义

当前广东省水环境污染问题依然存在，国家《水污染防治目标责任书》考核断面、省《水污染防治目标责任书》考核断面水质离考核目标仍有一定差距。在此关键时期，地表水国考断面水质达标攻坚工作具有非常重要的意义。首先，中央到地方政府着力解决突出环境问题，加大生态系统保护力度。国家下达广东省2020 年污染防治攻坚战约束性指标考核目标是：71 个国考断面水质优良比例达到84.5%，基本消除劣Ⅴ类国考断面，也就是除了要维持优良断面水质持续稳定达标。其次，通过对重点断面开展水质监测和评价这一项长期的水生态质量考核管理措施，国家能够较好掌握全国重点流域和主要城市的地表水分布、地表水质量以及地表水应用等情况，关乎“十四五”规划水生态发展的战略部署。

2 GIS 技术简要分析

GIS 技术，其主要功能是对各项地理信息进行采集、应用、储存、处理、分析和绘图，具体包括数据编辑和处理功能、数据采集和输入功能、数据的存储与管理、空间查询和分析功能、可视化表达与输出功能[1]。GIS 技术的优势在于它拥有非常巨大的数据管理和处理能力，而且以空间数据管理和空间分析能力见长，可以全面的为环境保护人员以及相关管理部门和人员，提供准确、真实、详细的地理空间数据，保证各部门与人员能够制定合理、可行的战略方案、环境保护措施等。GIS 技术以其优越的性能和强大的功能，在统计行业、农业、畜牧业、交通行业、资源评价、环境保护等方面具有非常广泛的运用，并且越来越多的政府部门和企业将GIS 技术应用到生态环境的水资源领域，尤其在水环境管理和环境影响评价领域[2]。

3 GIS 技术在国考断面水质达标攻坚中的具体应用

GIS 技术可以为国考断面水质达标攻坚工作及水环境管理决策提供科学有效的技术支撑，助力打好水污染防治攻坚战。实践运用包括以下几个方面：首先，创建地理空间数据信息平台，能够对水资源的各种信息进行采集和整理；其次，能够创建分布图与专题图，这样能够对水资源的分布情况进行可视化、动态显示。再者，利用空间插值、水质模型模拟等分析方法，对污染成因分析、治理、对策评价和水体环境质量变化趋势等方面进行深入的研究。

3.1 在建立水资源多要素地理空间数据库的应用

国考断面水质达标攻坚是一项系统工程，涉及众多水污染治理工程建设项目和重点整治项目，而且水质监测指标繁多。充分考虑GIS 技术的各种优势，在国考断面所水环境管理工作中，决定充分运用GIS 技术，创建全面、真实的数据库，利用GIS 技术对水环境的各种参数信息实施动态采集、全面分析以及可靠储存，基于数据库进行水资源信息的可视化展示。广东省国考断面水质信息采集过程中采用GIS 技术，对省内的重要流域的各种信息进行采集，例如人口、水文、入河排污口以及涉水各种单位的数据，以及包括新（扩）建污水处理厂、分散式污水处理设施、水利设施、生活垃圾处理设施等重点整治项目的工程进度信息进行汇集，构建以断面水质管理为核心的地理空间数据库。结合卫星遥测、无人机遥测等地理信息遥测手段不断发展，将为断面水质监测与管理提供更加全面、更加精细的水质数据和人类活动数据，并实现GIS 对接自动化遥测结果获取基础数据的功能。GIS 技术能够对采集的参数信息进行多种操作，例如采集、选择、分类、格式转换、搜索、分析、运算、储存等，为了方面操作人员观看和查阅，GIS 技术能够对采集的不同种类的参数信息进行格式转换，转变成便于处理、观察的信息形式；GIS 技术能够对采集的信息进行分类，通过设置筛选条件，能够把各种信息分成不同的种类，为决策和管理的制定提供便利；GIS 技术还能够对处理后的所有信息进行安全的储存，为后续利用提供便利[3]。由此可见，利用GIS 技术对全省的水资源数据参数进行各种操作处理，为全面、真实、可视化的展示国考断面水质信息。

3.2 在地表水环境质量可视化展示的应用

采用GIS 技术对地表水质量各项参数信息进行采集和整理，能够实现对各种参数信息的最大化利用，并且还能够实现可视化管理，为地表水环境治理、保护等决策方案的制定提供可靠参考。环境数据信息空间展布范围大，应用GIS 地图数据库制作各类流域水环境专题图并汇集成专题图库，可以直观、快捷地掌握主要水污染物在空间上的浓度分布情况。陈军[4]等人以湖南省地表水为研究对象建立了地表水水质可视化系统，用ArcGIS Engine 对空间数据进行读取和展现，调用ArcMap 制作的各类地图模板，实现了在电子地图上对各地表水水质监测断面综合评价结果的可视化表征。广东省生态环境厅建设的系统治污挂图作战管理平台，结合GIS 技术，实现各类专题信息的空间查询、空间表达与空间分析展示。GIS 通过直观、形象、综合的3D 地图形式表现工程项目的地理位置、工作计划和进度等各类专题地图信息。该系统模块具有操作简单、运行效率较高的特点，显著增强了水环境质量表征的直观性，为国考断面水环境质量管理和污染防控提供了最直接的科学依据。

3.3 在水质污染与治理对策评价的应用

GIS 技术以其独特的优势，可以有效评价该区域环境的发展现状和趋势[4]。以往工作采用水工采集信息的方式，缺乏时间和空间的变化特征，无法对河流各种参数信息的动态信息进行全面监控与现实，再加上缺乏对河流水质评估与防治的有效措施。GIS 不仅仅是制图，其优势之处更在于它的空间分析功能。利用GIS 技术可探讨流域内干支流水质状况、分布特征及其成因，为工程治理与水质达标提供科学支撑。具体包括：（1）基于GIS 分图层显示与多图层综合分析的能力，可制作专题图直接进行分析评价。如利用ArcGIS 软件建立水系地理数据库，以干流河段和支流线性要素类建立要素数据集，将断面水质检测结果输入干流河段及支流河段线性要素类的属性值中，并进行符号化分类分级显示，可直观、快捷地分析干支流水质情况及水质关系[5]。广东省系统治污挂图作战管理平台的GIS 综合展示门户，通过GIS 集成水环境质量及水污染治理工程项目等专题信息的专题图，可从空间（地区和流域）、时间维度对水污染治理工程建设的影响进行分析（工程的建设规模和效能对环境指标的影响、辐射范围、经济影响），有助于评价水污染治理工程项目的整治成效。（2）利用GIS 空间插值分析能力，可以对国考断面所在水体的质量和趋势进行深入研究。如熊梅君[6]等基于GIS 空间插值进行数据分析和生态学评价，综合评价贵州百花水库水生态健康水平。在国考断面达标攻坚战中，虽然我省制作了干支流水质分析图等攻坚图件，但相邻断面水质类别不同时色彩表征会跳跃变化，难以整体反映河流的实际水质情况。因此，可将GIS 技术与插值技术相融合，结合遥感技术提供准确的污染源分布、污染源扩散条件、扩散范围等情况，对监测数据进行综合分析，更科学地研判污染形势，对水质及区域环境的影响进行更准确和全面的评价。

结语

国考断面水质达标工作任重而道远，现阶段我省仍需要进一步提升GIS 技术的信息获取和分析处理能力。与物联网、大数据和人工智能等新技术不断融合的GIS 技术，能够为水环境保护和污染防治工作提供可靠、全面的参数信息支持，进而保证各项决策和方案制定的科学性。