淺談ArcGIS、Surfer、AutoCAD、CASS軟件在填埋場調查中的應用

林德坡 陳俊杰 王森

上海康恒環境修復有限公司 上海 200000

引言

20世紀以來，隨著經濟的發展，人民生活水平的提高以及各行業的進步，生活垃圾和固廢垃圾不斷增多，導致環境污染問題也日益增多，對此，國家出臺了眾多的法律規范，并建立健全了監督評價體系，通過場地環境調查、企業自行監測、填埋場一場一策等多種方式，了解環境污染情況及確定環境安全等級，為開展環境保護工作提供依據。地塊土壤污染狀況調查是了解地塊污染情況的手段，也是地塊土壤污染修復的基礎，如何直觀地闡述土壤污染問題狀況，也是當下環境調查工作的一部分。相較于一般的場地環境調查，填埋場環境調查具有填埋產物復雜、污染程度高、污染范圍廣、處理難度大、水土共污染等特點，因此填埋場環境調查需要的技術能力要求也更高，而ArcGIS、Surfer、AutoCAD、CASS等可以在填埋場環境調查中起到非常重要的作用。

1 軟件介紹

數據整理與分析，是填埋場環境污染狀況調查中最重要的一部分，通過對比評價標準，從而判斷場地的污染程度，常用的數據分析軟件包括ArcGIS、Surfer、AutoCAD等。

ArcGIS是一款功能強大的數據分析軟件，包含多種功能，如制圖，數據分析整理，坐標轉換，圖形制作等，本文主要介紹ArcGIS的坐標轉換功能和地塊空間信息整理和核查功能[1]。

AutoCAD是一款常用的制圖軟件，常用于二維平面圖設計以及三維繪圖設計。在填埋場調查中，往往需要高精度的圖形以及土壤污染情況，通過Auto CAD的繪圖功能，則可以得到需要的成果[2]。

Surfer軟件是一款三維制圖軟件,利用其強大的插值功能，可以繪制三維立體圖形，是常用的專業成圖軟件，本文中主要介紹surfer軟件的地下水流向模擬和污染范圍模擬功能[3]。

南方CASS軟件是由廣東南方數碼科技股份有限公司開發的一套多功能軟件，其基于CAD平臺，具有空間數據建庫、工程應用、土石方計算等功能，常利用其土石方計算功能計算工程項目中的挖填方量。

2 軟件應用

2.1 ArcGIS的應用

在場地調查中，往往最先得到的數據是場地紅線范圍坐標，然而每個地方往往采用的是地理坐標系（經緯度坐標），而不是高斯克呂格-CGCS2000坐標系，為了符合報告編制及土壤污染平臺信息上傳要求，需要將當地坐標系轉化為高斯克呂格-CGCS2000坐標系，而通過ArcGIS的坐標系轉化功能就可以輕易做到。具體操作步驟如下：①將圖層坐標系轉化為地理坐標系中的Asia-CGCS2000；②選擇需要進行處理的數據，并將數據導出保存；③從Arc Toolbox中選擇投影和變換工具欄內的定義投影功能；④定義投影成功后，選擇投影功能，輸出的坐標系則選擇投影坐標系中該場地的三度分度帶號所屬的高斯克呂格-CGCS2000坐標系；⑤在新生成的圖層文件中選擇添加屬性字段，隨后經過計算幾何后，得到相應的高斯克呂格-CGCS2000坐標系；⑥將圖層保存后，可以在91衛圖中進行驗證。

在場地土壤環境狀況調查結束后，需要將場地空間信息整理并上傳國家土壤信息服務平臺，為進一步核實所有納入土壤污染狀況調查名錄地塊的空間信息。通過ArcGIS的地塊空間信息整理與核查功能即可完成并上傳系統。具體操作步驟如下：①將待處理的數據文件導入ArcGIS中形成點位文件，隨后將點位文件轉為空間矢量文件；②通過工具欄，生成邊界面文件并命名；③根據調查地塊的三度分度帶位置，新建圖層并設置其地理坐標系，導入邊界面文件，生成大地坐標系面文件并重新命名；④新建邊界面文件屬性字段并根據地塊信息進行填寫；⑤將調查地塊的規劃信息坐標導入到ArcGIS中，與生成的大地坐標系面文件進行對比。

2.2 Surfer的應用

Surfer的功能非常強大，可以繪制張貼圖、影像圖、線框圖、等值線圖和3D圖等，常用的功能是利用Surfer強大的插值能力繪制等值線圖。

繪制污染圖譜的步驟如下：①通過工具欄中的網格數據命令選擇需要處理的數據，隨后選擇克里金插值法，并根據場地的大小選擇XY的限值，最后生成grd文件；②通過工具欄中的圖形數字化命令，選擇場地的紅線邊界，將相應的坐標保存在新建的工作表中，生成bln文件；③通過網格白化命令，將生成的grd文件進行白化，從而消除場地紅線邊界外的數據；④通過圖形命令添加基底圖和等值線圖，并進行重合；⑤在等值線圖中選擇數據的XY坐標，并對等值線的最小值進行調整，即可得到污染超標范圍。

地下水流向圖的繪制方法與繪制污染圖譜的步驟基本相同，不同之處在于地下水流向的確定主要基于已測得的水位埋深標高，當數據越多，則水位流向越精確。

2.3 AutoCAD的應用

AutoCAD不僅適用于工程設計、制圖等領域，也非常適用于場地環境調查領域。在場地調查中，根據場地調查標準要求，調查地塊面積越大，則需要布設的調查點位數量越多，而一般的畫圖軟件不能將全部的圖形表達出來，或者畫圖時的操作難度很大。但是AutoCAD就可以非常直觀地將圖形繪制而出，并且圖形可以有選擇性的表達需要的內容，而這僅需要制作一個原圖即可，通過不同圖層的疊加，繪制所需要的圖形，并且圖形的精度還非常高。

為了后續的土壤修復工作，需要對污染土方量進行計算，通過Auto CAD的土方量計算功能既可以很好地估算出污染土方量。

Surfer可以與AutoCAD進行聯用，例如在Surfer中繪制好污染圖譜，隨后導入到AutoCAD中，通過AutoCAD進行下一步的污染圖譜繪制。

在場地調查過程中，有時也會遇到項目地塊資料缺失，沒有場地坐標文件等情況，僅僅只有AutoCAD文件，這時可以通過AutoCAD將地塊的坐標進行提取導出，從而獲得場地的相關坐標信息，為后續場地調查做準備。

通過數據編輯和數據導入功能，可以用AutoCAD繪制調查場地的紅線邊界和地形情況，從而使得場地情況更加清晰明了。

2.4 CASS的應用

AutoCAD不僅在畫圖制圖上有非常大的應用，其與很多軟件還可以聯動使用，南方CASS軟件是至于AutoCAD平臺開發的一套多功能軟件，是常用的主流成圖和土石方計算軟件。

CASS軟件計算土石方的方法主要有方格網法、三角網法、斷面法和等高線法，通過提取原始的坐標數據和標高，結合現狀的坐標數據和標高，利用CASS軟件的方格網法或三角網法等即可計算出地塊的挖填方量。CASS軟件計算方法適用情況如下：

對于計算面積大，地形起伏小，坡度平緩的地塊適合使用方格網法；地塊面積小但精度要求高則可以使用三角網法；地塊地面起伏大，坡度變化多則利用等高線法進行計算；斷面法則適用于港口、水利、道路等沿縱向延伸的情況。

方格網法即將地形圖劃分成若干具有一定尺寸的方格，并按設計標高和原始標高計算出每一個方格內的挖填方量，最后得到一定范圍內各方格累計的挖填方量。

三角網法是通過確定的規則將所有數據每3個點不重復不交叉無間隔的連成一系列面，三維建模的方法就是建立以此面為表面的三維實體，然后在CASS中對實體進行放坡、切割、拉伸等三維操作，最后直接量取體積。

等高線法是利用現成的繪有等高線的地形圖，計算等高線所圍的面積，再根據兩相鄰等高線的高差，分層計算土方量，再累加獲得一定范圍內的挖填土方量。

斷面法首先在計算范圍內布置斷面線，然后繪制每個斷面的自然地面線和設計地面線，然后再計算每個斷面的挖填方面積，計算兩相鄰斷面之間的挖填方量，并將計算結果進行統計。

3 案例介紹

梧州填埋場為生活垃圾填埋場，位于廣西壯族自治區梧州市塘梨沖，占地面積約為625畝。填埋場分三個區，南區和西區為簡易填埋場，無人工防滲系統，使用時間為1984年至2008年，填埋垃圾約80萬立方米；北區為正規衛生填埋場，工程于2008年12月竣工并投入運行，于2020年7月20日封場，共填埋垃圾約155萬立方米，目前剩余庫容約20萬立方米。

梧州填埋場面積大，填埋歷史悠久，填埋產物復雜，現場調查時，發現填埋場的基礎資料存在部分缺失，例如缺少了填埋場的紅線坐標。通過資料收集，發現梧州填埋場的AutoCAD文件中存在紅線坐標數據，隨后通過工具欄的list命令，將填埋場紅線坐標數據提取，并利用ArcGIS軟件，將所提取的坐標轉化成空間矢量文件，隨后在91衛圖中將帶坐標的地圖下載并導入到ArcGIS中進行比對，以便確定紅線坐標的準確性。

通過填埋場環境調查，發現梧州填埋場存在地下水污染問題，利用Surfer軟件，將每個地下水井的坐標數據及標高，污染物名稱和污染物濃度等數據導入到網格數據中，利用克里金插值法添加等值線圖，并新建基底圖，利用白化功能去掉場地紅線外區域，并在最小等值線范圍處添加該污染物的評價標準值，從而確定梧州填埋場地下水污染范圍。

填埋場環境調查完成后，需要對填埋場垃圾方量進行估算，梧州填埋場共有3個填埋區域，因此采用方格網法分別進行估算。在進行方量估算時，需要預先獲得填埋場原始標高及坐標數據和現狀標高及坐標數據，梧州填埋場的原始坐標數據通過歷史資料獲得，現狀標高數據通過RTK及遙感測繪獲得。填埋西區的估算步驟如下：

將獲得的數據導入CASS中，獲得原始測繪圖和設計圖紙（帶高程點），隨后對數據進行處理，生成無編碼高程點文件（.dat），命名為不同名稱的圖層。

圖層新建完成后，繪制閉合的范圍線，即填埋區域的邊界，建立三角網文件（繪圖處理→展高程點→等高線→建立三角網）。

三角網文件建立完成后開始進行填埋區域的方量估算，即工程應用命令中的方格網計算填埋場垃圾方量，具體步驟為工程應用→方格網計算→選定原始地形.dat文件→選定設計高程.sjw文件→選定方格寬度→得出計算結果。

按上文的步驟分別計算出南區和北區的垃圾填埋方量，將計算完成的西區、南區和北區垃圾方量與原有的歷史資料進行比對。

通過ArcGIS、Surfer、AutoCAD、CASS等軟件的協同應用，完成梧州填埋場環境調查，為后續的填埋場治理工作打下堅實基礎。

4 結束語

環境安全與人民身體健康息息相關，為了保護環境，國家和地方不斷出具相關的法律法規，并不斷建立健全環境保護的相關方法，填埋場環境調查、填埋場環境修復、填埋場環境治理修復后監測等等手段，都是進一步治理環境污染的措施，而ArcGIS、Surfer、AutoCAD、CASS等相關軟件，可以在這一過程中起到非常重要的作用，不僅可以直觀的表現填埋場污染情況，也可以使得污染治理修復目標更加精確，節約環境修復的成本。隨著技術的發展，今后更多的軟件應用于環境保護中，環境污染問題可以得到更好的解決。