基于GIS 平台的生态环境水污染的监测与协同控制技术研究

赵 鑫

（忻州市生态环境局东部区域监测技术保障中心，山西 原平 034100）

1 GIS 平台与水污染控管结合的初步探讨

GIS 以地学的空间数据库作为数据支撑，在计算机的支持下，能够有效对基于空间与地理的数据进行采集、分析、归纳、存储以及应用，其具有数据存储量大、整体动态性强的特点，GIS 平台具体有以下特点：

1）能够对一定地理空间的多维信息进行批量处理；

2）其将对资源与环境的研究及最终决策作为目的，将所运用的相关模型手法作为分析手段，能够对未来信息进行有效预测，同时可以产生更加具有层次感的有用信息；

3）基于计算机软硬件的支持可以对空间信息进行系统的、多维度的管理与分析，进而高效完成人工难以完成的相关任务，并且其可以对复杂的地理环境进行有效的分析，并对有关的地理特征进行归纳，还可以对具体的地理位置进行精准定位[1]。

对于水污染治理、控制与规划同GIS 平台之间的结合最早起源于20 世纪60 年代的相关探索，并在计算机技术与相关算法的不断更新过程中被逐渐完善。其数据来源主要为针对污染源的实地调查以及对水域中水源质量的客观评价，根据国家层面对水体质量的相关要求，应该建立相应的标准式样水质量评价模型，以对水体中所可以容纳的最大排放量进行精确计算[2]。之后应根据标准的规划水平年所预测的污染负荷对污染物的消减量进行进一步的计算，从而促使水域中水源的质量功能与相关的环境质量标准相符合。

由于水污染控制规划涉及到包括水文参数、污染源参数、环境容量与污染负荷等多类型空间环境数据，并且绝大多数的空间信息，包括河流位置、河底坡度与污染物的浓度分布等难以通过人工进行测量，因此需结合GIS 的空间定位与数据测量功能进行分析，GIS 平台自身所携带的强大数据分析功能与立体的多维显示功能可以有效改善水污染控制规划过程复杂、数据缺失的问题[3]。对水源水环境自身承载能力的全方位分析是对水污染进行控制与规划的核心，GIS 平台在水污染控制规划中的应用方式可以归纳为以下两点：一是对与水环境有关的各类地理数据与水质数据的收集、存储、分析、显示与检索，例如，水源的水质情况、主要水源污染点等；二是对各种水污染评价模型、水质评价模型以及其他统计模型的结合，能够对环境管控工作提供相关的模型支撑，并进一步可以支持以预测为目的仿真工作，并通过这些仿真结果对未来水污染的管控进行提前治理。

2 GIS 平台在水污染控管中的具体应用

基于GIS 平台的水污染管控系统其中包含的监测数据、有关图标较为琐碎，因此如何对上述数据进行有效整合与集成化处理并基于已有数据生成新的数据是该平台亟需考虑的问题，其整体规划方式，如图1 所示。

图1 基于GIS 平台的水污染控制与规划

2.1 软件平台的设计

在数据库的选择方面，使用Oracle 数据库作为支撑数据存储平台，其具有数据容量空间大，其能够对非结构数据进行有效处理的特点，并且还具备着强大的后期开发能力。在支撑软件方面，ESRI ArcGIS 系列的软件在技术上整体较为成熟，并且具有较高的运行稳定性与数据存储安全性，还有着多元化的功能，具体包括：数据整合编辑、元数据管理、数据存储与输出以及数据共享等强大的软件能力。本系统的最终平台配置方案，如图2 所示。在数据服务器端通过数据库引擎ArcSDE 对空间地理数据基于DBMS 进行输入、存储与分析、管理，并通过IMS 对空间数据进行实时的发布与监管，网络分析与数据功能由MapObjects提供支撑，在数据维护方面则基于Editor 对大规模的批量化数据进行及时的输入与更新操作。

图2 GIS 软件平台配置方案

2.2 该系统辅助实现的具体功能

该系统首先可以对环境管辖范围内的有关自然地貌、社会经济条件与建筑设施条件等进行概括性分析，并可以对水源中水环境的质量、污染源的具体分布情况以及污染源的分布情况进行实时的分析，并将结果以图片、视频等多彩、形象、立体的方式进行有效展示；该系统还可以对各种空间数据进行定期的检查、更新与维护，并以用户的身份验证为基础实现对数据安全的有效管控，该系统具有强大的数据统计、分析、处理、输出功能，在对水环境的相关数据进行统计处理后，可以形成可视化分析报告，典型的包括水质监测情况、固定区域的污水排放情况以及关于污染源的调查与分析情况等，能够极大程度提升针对水环境数据的处理能力与效率。该系统针对水污染控管的核心功能具体为:

2.2.1 水污染控制与分析功能

该功能可以对基础统计数据进行深入的挖掘，并对内部数据之间的关联进行有效解释，并建立配备了一系列的数据模型，主要包括污染源的预测分布模型、水质情况模型、污染物浓度分析模型，通过上述模型可以对特定水域中的污水与废水量进行有效的监控以及预测，可以对地面的水源水质进行实施的监控，并可以实现对污染物负荷消减量的精确计算。在得出计算结果的基础上，基于污染物的负荷量优化及分配方式模型，可以对各种相关的水污染治理方案进行有效选择，并通过最终的方案平衡与纳入相应措施带来的经济与环境收益，得出最终供选择的最佳方案。

2.2.2 针对水环境污染源的动态追踪模型

针对已经具有充分数据支持与地域维度联系的河流中心线网络的数据层，可以实现动态的水环境污染源追踪，其具体又可以划分为：1）水环境污染物的初始来源追踪：当水质监测站的最终数据监测数据显示出恶劣性质的水质变化时，可以利用该功能对可能出现的潜在污染源进行模拟与归纳，以提前做好针对水质恶化的预防措施；2）污染影响范围的分析与追踪。在水污染事件发生的第一时间，相关流域内的部门管理人员应该及时利用系统中的水污染模拟模型与水质测算模型对该次污染可能涉及到的范围进行预测与提前追踪，同时通过相关联的其他有关索引关系，快速查找出限定范围内的所有涉及水户，以便及时做好针对水污染的应急处理措施。

3 结语

对GIS 平台在生态环境水污染的监测与协同控制中的应用进行了分析与探讨，分析并设计了一个以提升水环境治理效率目的的GIS 平台。该平台在构造内容方面以地学的空间数据库作为数据支撑，在计算机的支持下，能够有效对基于空间与地理的数据进行采集、分析、归纳、存储以及应用，其具有数据存储量大、整体动态性强的特点。此外，由于水污染控制规划涉及到包括水文参数、污染源参数、环境容量与污染负荷等多类型空间环境数据，并且绝大多数的空间信息，包括河流位置、河底坡度与污染物的浓度分布等难以通过人工进行测量，因此需结合GIS 的空间定位与数据测量功能进行。该平台的核心功能包含针对水污染控制与分析功能、针对水环境污染源的动态追踪模型等。该平台仍需在多次实践后被不断完善，以为水环境治理工作提供方法论支撑。