GIS在國考斷面水質達標攻堅中的應用研究

陳寶華

（廣東省環境科學研究院 廣東廣州 510000）

引言

“十三五”規劃中提出，到2020 年我國生態環境質量總體改善。地表水環境質量改善則是其中重點之一。當前廣東省水環境污染問題依然十分突出，國家《水污染防治目標責任書》考核斷面（以下簡稱國考斷面）、省《水污染防治目標責任書》考核斷面（以下簡稱省考斷面）水質離考核目標仍有一定差距。全力攻堅確保2020 年水質優良比例達84.5%、消除劣Ⅴ類斷面，是我省打贏污染防治攻堅戰的硬任務、硬目標。而地理信息系統是用于采集、儲存、分析、管理和顯示地理數據的計算機系統，已經廣泛地應用于不同領域。把GIS 技術用于水污染防治，通過匯總水環境相關數據，進行數據分析、地圖展示、評估等功能實現輔助決策，有助于打好國考斷面水質達標攻堅戰。

1 攻堅國考斷面水質

1.1 國考斷面水質考核的具體含義

國考斷面是指國家地表水考核斷面，從屬于國家地表水環境監測網中的評價、考核、排名監測斷面（點位），《水污染防治計劃》中，把如何提升水環境質量，當做水污染防治工作的重要內容和環節，對飲用水、地表水水質優良、地表水喪失使用功能（劣于Ⅴ類）、地下水和近岸海域5 類水體水質目標的考核范圍和評估方法提出了具體的要求。為貫徹落實《水污染防治計劃》，推進國家地表水考核斷面水環境質量信息公開工作，根據《中華人民共和國環境保護法》和有關法律法規要求，生態環境部組織制定了 《地級及以上城市國家地表水考核斷面水環境質量排名方案（試行）》，每季度開展地級及以上城市國家地表水考核斷面水環境質量狀況及變化情況排名。國考斷面水質考核的根本目標在于保護水資源，通過多種途徑提高水環境質量水平。在實踐過程中，充分發揮自身倒逼作用，對地區各部門的水環境防治責任進行明確，借鑒先進的水資源保護經驗、水污染治理技術，逐漸的提高水污染治理效率和效果，為人們生活以及社會各項生產工作提供達標的水資源。

1.2 國考斷面水質達標攻堅工作的重要意義

當前廣東省水環境污染問題依然存在，國家《水污染防治目標責任書》考核斷面、省《水污染防治目標責任書》考核斷面水質離考核目標仍有一定差距。在此關鍵時期，地表水國考斷面水質達標攻堅工作具有非常重要的意義。首先，中央到地方政府著力解決突出環境問題，加大生態系統保護力度。國家下達廣東省2020 年污染防治攻堅戰約束性指標考核目標是：71 個國考斷面水質優良比例達到84.5%，基本消除劣Ⅴ類國考斷面，也就是除了要維持優良斷面水質持續穩定達標。其次，通過對重點斷面開展水質監測和評價這一項長期的水生態質量考核管理措施，國家能夠較好掌握全國重點流域和主要城市的地表水分布、地表水質量以及地表水應用等情況，關乎“十四五”規劃水生態發展的戰略部署。

2 GIS 技術簡要分析

GIS 技術，其主要功能是對各項地理信息進行采集、應用、儲存、處理、分析和繪圖，具體包括數據編輯和處理功能、數據采集和輸入功能、數據的存儲與管理、空間查詢和分析功能、可視化表達與輸出功能[1]。GIS 技術的優勢在于它擁有非常巨大的數據管理和處理能力，而且以空間數據管理和空間分析能力見長，可以全面的為環境保護人員以及相關管理部門和人員，提供準確、真實、詳細的地理空間數據，保證各部門與人員能夠制定合理、可行的戰略方案、環境保護措施等。GIS 技術以其優越的性能和強大的功能，在統計行業、農業、畜牧業、交通行業、資源評價、環境保護等方面具有非常廣泛的運用，并且越來越多的政府部門和企業將GIS 技術應用到生態環境的水資源領域，尤其在水環境管理和環境影響評價領域[2]。

3 GIS 技術在國考斷面水質達標攻堅中的具體應用

GIS 技術可以為國考斷面水質達標攻堅工作及水環境管理決策提供科學有效的技術支撐，助力打好水污染防治攻堅戰。實踐運用包括以下幾個方面：首先，創建地理空間數據信息平臺，能夠對水資源的各種信息進行采集和整理；其次，能夠創建分布圖與專題圖，這樣能夠對水資源的分布情況進行可視化、動態顯示。再者，利用空間插值、水質模型模擬等分析方法，對污染成因分析、治理、對策評價和水體環境質量變化趨勢等方面進行深入的研究。

3.1 在建立水資源多要素地理空間數據庫的應用

國考斷面水質達標攻堅是一項系統工程，涉及眾多水污染治理工程建設項目和重點整治項目，而且水質監測指標繁多。充分考慮GIS 技術的各種優勢，在國考斷面所水環境管理工作中，決定充分運用GIS 技術，創建全面、真實的數據庫，利用GIS 技術對水環境的各種參數信息實施動態采集、全面分析以及可靠儲存，基于數據庫進行水資源信息的可視化展示。廣東省國考斷面水質信息采集過程中采用GIS 技術，對省內的重要流域的各種信息進行采集，例如人口、水文、入河排污口以及涉水各種單位的數據，以及包括新（擴）建污水處理廠、分散式污水處理設施、水利設施、生活垃圾處理設施等重點整治項目的工程進度信息進行匯集，構建以斷面水質管理為核心的地理空間數據庫。結合衛星遙測、無人機遙測等地理信息遙測手段不斷發展，將為斷面水質監測與管理提供更加全面、更加精細的水質數據和人類活動數據，并實現GIS 對接自動化遙測結果獲取基礎數據的功能。GIS 技術能夠對采集的參數信息進行多種操作，例如采集、選擇、分類、格式轉換、搜索、分析、運算、儲存等，為了方面操作人員觀看和查閱，GIS 技術能夠對采集的不同種類的參數信息進行格式轉換，轉變成便于處理、觀察的信息形式；GIS 技術能夠對采集的信息進行分類，通過設置篩選條件，能夠把各種信息分成不同的種類，為決策和管理的制定提供便利；GIS 技術還能夠對處理后的所有信息進行安全的儲存，為后續利用提供便利[3]。由此可見，利用GIS 技術對全省的水資源數據參數進行各種操作處理，為全面、真實、可視化的展示國考斷面水質信息。

3.2 在地表水環境質量可視化展示的應用

采用GIS 技術對地表水質量各項參數信息進行采集和整理，能夠實現對各種參數信息的最大化利用，并且還能夠實現可視化管理，為地表水環境治理、保護等決策方案的制定提供可靠參考。環境數據信息空間展布范圍大，應用GIS 地圖數據庫制作各類流域水環境專題圖并匯集成專題圖庫，可以直觀、快捷地掌握主要水污染物在空間上的濃度分布情況。陳軍[4]等人以湖南省地表水為研究對象建立了地表水水質可視化系統，用ArcGIS Engine 對空間數據進行讀取和展現，調用ArcMap 制作的各類地圖模板，實現了在電子地圖上對各地表水水質監測斷面綜合評價結果的可視化表征。廣東省生態環境廳建設的系統治污掛圖作戰管理平臺，結合GIS 技術，實現各類專題信息的空間查詢、空間表達與空間分析展示。GIS 通過直觀、形象、綜合的3D 地圖形式表現工程項目的地理位置、工作計劃和進度等各類專題地圖信息。該系統模塊具有操作簡單、運行效率較高的特點，顯著增強了水環境質量表征的直觀性，為國考斷面水環境質量管理和污染防控提供了最直接的科學依據。

3.3 在水質污染與治理對策評價的應用

GIS 技術以其獨特的優勢，可以有效評價該區域環境的發展現狀和趨勢[4]。以往工作采用水工采集信息的方式，缺乏時間和空間的變化特征，無法對河流各種參數信息的動態信息進行全面監控與現實，再加上缺乏對河流水質評估與防治的有效措施。GIS 不僅僅是制圖，其優勢之處更在于它的空間分析功能。利用GIS 技術可探討流域內干支流水質狀況、分布特征及其成因，為工程治理與水質達標提供科學支撐。具體包括：（1）基于GIS 分圖層顯示與多圖層綜合分析的能力，可制作專題圖直接進行分析評價。如利用ArcGIS 軟件建立水系地理數據庫，以干流河段和支流線性要素類建立要素數據集，將斷面水質檢測結果輸入干流河段及支流河段線性要素類的屬性值中，并進行符號化分類分級顯示，可直觀、快捷地分析干支流水質情況及水質關系[5]。廣東省系統治污掛圖作戰管理平臺的GIS 綜合展示門戶，通過GIS 集成水環境質量及水污染治理工程項目等專題信息的專題圖，可從空間（地區和流域）、時間維度對水污染治理工程建設的影響進行分析（工程的建設規模和效能對環境指標的影響、輻射范圍、經濟影響），有助于評價水污染治理工程項目的整治成效。（2）利用GIS 空間插值分析能力，可以對國考斷面所在水體的質量和趨勢進行深入研究。如熊梅君[6]等基于GIS 空間插值進行數據分析和生態學評價，綜合評價貴州百花水庫水生態健康水平。在國考斷面達標攻堅戰中，雖然我省制作了干支流水質分析圖等攻堅圖件，但相鄰斷面水質類別不同時色彩表征會跳躍變化，難以整體反映河流的實際水質情況。因此，可將GIS 技術與插值技術相融合，結合遙感技術提供準確的污染源分布、污染源擴散條件、擴散范圍等情況，對監測數據進行綜合分析，更科學地研判污染形勢，對水質及區域環境的影響進行更準確和全面的評價。

結語

國考斷面水質達標工作任重而道遠，現階段我省仍需要進一步提升GIS 技術的信息獲取和分析處理能力。與物聯網、大數據和人工智能等新技術不斷融合的GIS 技術，能夠為水環境保護和污染防治工作提供可靠、全面的參數信息支持，進而保證各項決策和方案制定的科學性。