基于GIS的流域水环境污染控制系统的设计与应用

　　摘要：基于GIS的流域水环境污染控制系统以提高流域的水环境生态质量为目标，以地理信息技术GIS，数据库技术、.NET技术作为主要技术手段，实现了方便、实用的查询、统计功能、水质分析模拟功能、环境容量计算功能、政策法规、环境标准、污染治理方案等文档查询功能，为流域水环境管理提供了一个高效、直观、便捷、可操作的辅助决策支持平台。本文主要介绍该项目的系统设计和实现的功能情况。

　　关键词：环境污染,GIS,数据库技术,水质模型

　　1引言

　　近年来，随着社会经济的高速发展，我国流域水污染影响不再限于局部河段，而是呈现整体恶化趋势，各种类型污染事故接踵而至，不仅损害了人类和水生物的生存环境，也造成巨大的经济损失，同时威胁到更大范围人群的生命健康。基于流域的环境污染控制，以控制单元为最小控制单位，有利于从流域整体的水文-生态格局揭示水污染物的迁移转化规律，有利于实现水资源与水环境的综合管理，也能够排除行政区域管理在水污染控制上的片面性，实现流域上、下游的协调发展，并且最终实现流域水环境生态质量的整体改善。

　　针对流域水环境管理的需求，并考虑到现有的技术条件和数据资源，开展流域水环境污染控制系统的建设。

　　2 系统设计

　　2.1系统总体框架设计

　　本系统地理信息平台Gis采用ESRI ArcGIS，后台数据库采用Oracle(10g)，开发工具采用.Net，前台采用的是Silverlight，开发的以B/S为主，C/S为辅的应用系统。实现了流域环境基础信息维护、查询、统计，流域污染的分析评价等污染控制、治理的辅助决策功能。下图是本系统的总体框架。

 

　　2.2数据库设计

　　系统的数据库设计按照功能分为配置库、基础库、环保专题库、模型库。

　　配置库主要用于存储用户、角色、权限、日志等配置信息。

　　基础数据库主要用于存储辽河流域基础地理底图在内的基础地形图，省、市、县区、政区界线图、道路、地名地址、河流、湖库数据。

　　环保专题数据库用于存储监测断面、污染源、排污口、畜禽养殖、水文站、雨量站、植被、底栖动物、流域、生态分区、控制单元等环境专题数据信息。

　　模型数据库用于存储水质评价模型、环境容量计算模型。

　　2.3系统功能

　　本系统主要实现基础GIS功能、信息查询、信息统计、专题图展示、水质模拟、环境容量计算、文档管理、用户权限管理和专业数据维护功能。

　　2.3.1基础GIS功能

　　提供了地图的漫游浏览功能，可实现地图的放大、缩小、移动、更新、全图、图层控制、距离量算、面积量算、鹰眼、制图输出等功能。同时还提供了强大的专题数据的空间查询功能，用户可以通过地图上点选、框选、圆选、不规则查询及BUFFER空间查询指定区域的监测点位、污染源、污染源等专业数据。

　　2.3.2信息查询

　　提供污染源、排污口、监测断面、畜禽养殖、雨量站、水文站等专业信息的查询功能，可以按流域、河流、行政区划、属性信息等多种组合方式进行查询，生成查询结果信息列表，在地图上显示查询结果的分布情况。提供快速定位功能。同时提供查询结果的导出功能及地图输出功能。

　　2.3.3信息统计

　　提供环保专业信息的统计功能，如按年、水期统计某流域的监测信息的最大值、最小值、平均值、超标率等情况;统计XX污染物逐月变化情况;统计各断面XX污染物的对比图;按行业统计XX污染物的年排放量及变化情况等多种统计功能。同时提供统计结果的导出和打印功能。

　　2.3.4专题图展示

　　提供固定专题图和动态专题图展示功能，固定专题图为已有的成果专题图信息，如一、二、三级生态分区专题图;二、三、四级控制单元专题图;流域专题图等。动态专题图是将统计分析的结果展示在地图上，如XX水期水质类别分布专题图、XX年优势种分布专题图、XXX年污染物排放情况分布专题图等;

　　2.3.5水质模拟

　　利用GIS的网络分析功能，模拟污染物在河流中的迁移转化情况。用户可以通过本功能了解污染物何时到达某处，污染浓度是多少，在地图上的扩散趋势。然后根据污染扩散的情况，提前采取必要的应急措施，将损失降到最少。为了方便决策者随时查阅，用户可以通过导出功能，将此次分析的结果导出打印。

　　2.3.6环境容量计算

　　利用环境容量计算模型，实现控制单元、行政区划、子流域三个级别的环境容量计算功能。通过此功能决策者可以了解某区域的环境容量、环境容量限值、历史环境容量变化情况。如果发现某处环境容量超过环境容量限值，则说明该处污染物排放量超标，需对排入该区域的污染源采取可行的措施，以保证该区域的污染物的排放量控制在该区域的环境限值允许的范围内。

　　2.3.7文档管理

　　提供现行的法律、法规、政策、环境标准、环境污染处理措施、应急方案等文档资料的查阅功能，为流域水环境质量管理提供辅助决策支持。

　　2.3.8专业数据维护功能

　　提供污染源、排污口、监测断面、畜禽养殖、雨量站、水文站等专题信息的添加、删除、修改功能，提供数据的批量导入功能。

　　2.3.9用户权限管理功能

　　管理员可以通过本功能添加、删除、修改用户信息，设置用户的权限，保证只有有权限的用户才能访问本系统，使用允许操作的功能。

　　3关键技术

　　(1)信息系统安全技术，涉及硬件、操作系统、数据库、应用系统、系统管理员等多个方面因素，因此需要在硬件上要进行安全投资，在系统设计方面提高系统的安全性。

　　(2)GIS技术、数据库技术、.NET技术，用于系统的实现。

　　(3)研究开发快速简捷的数据库及其管理技术。

　　(4)数据访问中间件技术，实现与实时监测系统的对接，保证数据的实时获取与更新。

　　(5)一维水质模型，实现污染物在河流中迁移转化模拟。

　　(6)环境容量计算模型，实现控制区域的环境容量计算。

　　4结束语

　　本系统目前已经在省环科院成功试运行，初步得到了用户的肯定和积极评价。实践证明基于GIS平台实现的流域环境污染控制系统，操作简单、方便、实用，合理利用现有资源快速、科学的对环境污染进行控制，最大程度降低经济损失和社会、环境影响。使得流域的水污染得到有效的控制，大大改善了流域的水污染问题。

　　参考文献：

　　[1]ESRI ArcGis Server Help

　　[2]HJ/T91-2002《地表水和污水监测技术规范》

　　[3]GB3838-2002《地表水环境质量标准》

　　[4]GB8978-96《污水综合排放标准》

　　[5]国家环境保护局《水环境标准工作手册》

　　[6]马蔚纯，张超.基于GIS的水质数值模拟——以上海市苏州河为例[J].地理学报，1998，53(S6)：66-75.

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文章名称： 基于GIS的流域水环境污染控制系统的设计与应用

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