GIS技术在环境保护中的应用

1、GIS技术在环境保护中的应用随着我国环境信息化的快速发展和计算机新技术在环境保护领域的广泛应用，环境信息系统在环境保护管理和决策工作中发挥着越来越重要的作用。而地理信息系统技术的出现为环境保护工作迈向信息化、现代化提供了技术支持。目前，全国27个省级环保局及一百多个城市环保部门都已购置了ESRI公司的ARCGIS、ARCVIEW地理信息系统平台软件和相应的硬件设施，大部分省市已经建立环境基础数据库，在GIS平台上开发了城市环境地理信息系统、重点流域水资源管理、环境污染应急预警预报系统等，取得了显著的成效。应用GIS制作环境专题图环境制图是环境科学研究的基本工具和手段。与传统的、周期长、更新慢的

2、手工制图方式相比，利用GIS建立起地图数据库，可以达到一次投入、多次产出的效果。它不仅可以用户输出全要素地形图，而且可以根据用户需要分层输出各种专题图，如污染源分布图、大气质量功能区划图等等。GIS的制图方法比传统的人工绘图方法要灵活得多，在基础电子地图上，通过加入相关的专题数据就可迅速制作出各种高质量的环境专题地图。可以根据实际需要从符号和颜色库中选择图件，使之更好地突出专题效果和特性。客户端专题图制作专题图的制作有两种方式：一种是服务器专题图、另一种是客户端专题图。服务器端专题图，每个需要制作专题图的用户，提交了制作专题图的请求后，会将该请求传送到服务器，服务器进行专题图的生成，生成后栅格

3、化为图片，再传回客户端进行展示。这种专题图制作的方式，对服务器端性能要求很高，如果同时很多用户同时制作专题很可能导致服务器崩溃。客户端专题图，让专题图直接在客户端进行生成。这种方式的优点是专题图生成的速度快、服务器的压力较小。因此，通过RIA富客户端技术来实现专题图的客户端生成。图 STYLEREF 1 s 16 SEQ 图 * ARABIC s 1 11 富客户端专题图专题图类型专题图制作如果从业务来分，可分出无数种，在这里我们从类型上分，本系统将提供制作的专题图类型是：单值专题图、标签专题图、统计专题图、点密度专题图、范围分段专题图、等级符号专题图、Grid 分段专题图。单值专题图在传统的

4、专题地图学中属于精确分区的质底法，将整个制图区域按照专题现象的某种指标划分区域或各类型的分布范围，在各界线范围内涂以颜色或者填绘晕线、花纹（乃至注以注记），以显示连续而布满全制图区域的现象的差别（或各区域间的差别），可用于地质图、地貌图、植被图、土地利用图、政治行政区划图、自然区划图、经济区划图等。标签专题图就是以文本标签的方式，在图层上直接显示属性表中的数据。统计专题图是把制图区域分成几个区划单位（通常是以行政区为区划单位）， 按其相应的统计数据，描绘不同形式的统计图表，以表示并比较各个区划单位内现象的总和及其动态， 统计图通常绘制在地图上各相应的分区内。点密度专题图是用一定大小、形状相同的

5、点表示现象分布范围、数量特征和分布密度,点的多少和所代表的意义由通过点密度对象的属性设定。范围分段专题图是在整个制图区域的若干个小的区划单位内 （行政区划或其他区划单位），根据各分区资料统计的相对指标进行分级， 并用相应的色阶或不同疏密的晕线，反映各区现象的集中程度或发展水平的分布差别。等级符号专题图是采用不同的形状、颜色和大小的符号，表示各自独立的、以整体概念显示的各个物体的数量与质量特征。 通常，以符号的形状、颜色和大小反映物体的特定属性；符号的形状与颜色表示质量特征，符号的大小表示数量特征。Grid 分段专题图，是根据栅格数据集的特征信息值，将特征信息值进行分级，并用相应的色阶，反映特征

6、信息的集中程度或发展水平的空间分布差异。可以根据具体的需要自己设定特征信息值的分段数和分段值来进行空间分布差异的显示。专题图制作专题图制作模块，提供专题图的制作功能。该模块功能实现：地图列表中选择一个需要制作专题图的图层。在专题图类型下拉框中选择专题图类型。选择需要渲染的字段表达式。还可以设置过滤表达式，则所有满足过滤条件的对象不再予以专题渲染。 选择配色方案或符号配置方案。 单击生成专题图按钮。图 STYLEREF 1 s 16 SEQ 图 * ARABIC s 1 12 点密度专题图专题图模板针对常见的各类业务专题图，例如水质污染、空气质量等等，制作成相应的专题图模板，用户可以直接选择专题

7、图模板，加上环境专题数据即可快速制作出专题图。这样可以方便用户制作专题图。GIS应用于环境监测在环境监测过程中，利用GIS技术可对实时采集的数据进行存储、处理、显示、分析，实现为环境决策提供辅助手段的目的。如广东省以东深流域自然环境地理信息为基础，对东深流域的监测数据进行存储处理，利用GIS技术开发了东深流域水环境管理信息。该系统直观显示和分析东深流域水环境现状、污染源分布、水环境质量评价，追踪污染物来源。可结合数字地图查询历年监测数据及各种统计数据，进行空间分析（如缓冲区查询与分析）、辅助决策（容量计算及污染状况的预测）为流域水环境的科学化管理和决策提供了先进的科学手段。GIS应用于自然生态

8、在进行自然生态现状分析过程中，利用GIS可以比较精确地计算水土流失、荒漠化、森林砍伐面积等，客观地评价生态破坏程度和波及的范围，为各级政府进行生态环境综合治理提供科学依据。国家环保总局把GIS技术与遥感技术相结合，对我国西部12省的生态环境现状进行调查，得到了西部地区生态环境的空间分布与空间统计状况、生态环境质量状况和生态环境变化的空间规律特点，为该地区经济的可持续发展与资源环境的可持续利用提供了科学依据。青海省遥感中心将“3S”技术运用到青海湖环湖重点区域调查上，快速查清了该区域土地利用、土地覆盖现状，建立了生态环境数据库和生态环境评价指标体系，为政府规划决策、资源开发、环境保护提供了宝贵资

9、料。GIS应用于环境应急预警预报建立重大环境污染事故区域预警系统，能够对事故风险源的地理位置及其属性、事故敏感区域位置及其属性进行管理，提供污染事故的大气、河流污染扩散的模拟过程和应急方案。例如，大连市的“重大污染事故区域预警系统”把重大污染事故的多种预测模型与GIS技术相结合，当某一风险源发生事故时提供应急措施、报警信息和救援信息，为重大污染事故应急指挥奠定了基础。上海市应用GIS、RS与GPS技术开发了环保应急热线系统，该系统采用GIS技术进行污染源搜索和定位；将GIS与GPS结合起来，用于出警指挥和导航；用RS技术获取地面信息，解决了GIS基础底图动态更新问题。通过“3S”技术的综合应用

10、，更好地发挥了GIS在环保执法和应急事件中的作用。GIS应用于环境质量评价和环境影响评价由于GIS能够集成管理与场地密切相关的环境数据，因而也是综合分析评价的有力工具。环境影响评价是对所有的改、扩、建项目可能产生的环境影响进行预测评价，并提出防止和减缓这种影响的对策与措施。利用GIS的空间分析功能，可以综合性地分析建设项目各种数据，帮助确立环境影响评价模型。由于GIS系统具有层的结构，可将不同的环境影响进行计算并叠加。深圳市环境保护研究所已利用GIS技术进行编制环境影响评价报告书和制图。在区域环境质量现状评价工作中，可将地理信息与大气、土壤、水、噪声等环境要素的监测数据结合在一起，利用GIS软

11、件的空间分析模块，对整个区域的环境质量现状进行客观、全面的评价，以反映出区域中受污染的程度以及空间分布情况。如通过叠加分析，可以提取该区域内大气污染布图、噪声分布图；通过缓冲区分析，可显示污染源影响范围等。GIS应用于水环境管理水环境信息具有明显的空间属性和层次属性，利用GIS可以更加明确地揭示不同区域的水环境状况，反映水体环境质量在空间上的变化趋势。可以更加直观地反映如污染源、排污口、监测断面等环境要素的空间分布。利用GIS还可以进行污染源预测、水质预测、水环境容量计算、污染物削减量的分配等，以表格和图形的方式为水环境管理决策提供多方位、多形式的支持。目前，全国各省环保局正在使用GIS软件进

12、行各省水环境功能区划汇总工作，在此基础上，进一步开发水环境功能区管理信息系统，实现水环境数据查询、水质评价、统计分析、水质预测等功能，将各种水环境信息以可视化的方式表达，对水环境的科学管理将具有非常重要的意义。两个专业模型危化品扩漏模型环境专业分析模型是进行环境决策的主要依据，依靠专业模型进行环境信息的动态分析，如环境污染动态发展趋势、减排总量预测、监测区域的盲点分析等。主要模型有：由于人为事故、交通事故、自然灾害等因素造成的危化品泄漏成为了威胁社会安全的潜在因素。有毒气体外泄后，随大气弥散，中心位置质量浓度最高，向外逐步扩散稀释，下风向形成相应的时空质量浓度分布，通过本模型，自动划分出在不同

13、质量浓度的污染区域，标出事故危害程度。对区域的人口、牲畜及时转移。危化品的时空浓度空间分布与风速、风向、云量、气温、大气垂直稳定度等气象条件密切相关。图 STYLEREF 1 s 20 SEQ 图 * ARABIC s 1 35模型结构危险品泄漏随时间和空间分布的浓度模型为：以泄漏源为原点，风向为X轴的空间坐标系中一点（x,y,z）处的质量浓度为：cx,y,z=Qg2vyze-y22y2e-z-H22z2+e-z+H22z2+其中，Qg为源强，gs;v为平均风速，ms;H为泄漏点高度，;y为侧风向扩散系数，；z为垂直风向扩散系数，；结合地形数据，可以将浓度信息显示在地图上。图 STYLEREF

14、 1 s 20 SEQ 图 * ARABIC s 1 36有毒气体扩散江河污染物扩散模型河流污染物扩散模型要实现污染物随江河水流动而产生的浓度变化。浓度分布和河流的流量、断面平均流速、污染物衰减速度常数等因素有关。通过本模型仿真分析，及时判断出污染物随河流浓度分布规律，对浓度较高的河段进行预警，减少经济损失。图 STYLEREF 1 s 20 SEQ 图 * ARABIC s 1 37模型结构假设在某种情况下，河流水运动的时间尺度很大，在这样的一个时间尺度下的污染物浓度的平均值保持在一种稳定的状态。这时，可以通过取时间平均值,将问题按稳态来处理。这将可以简化模型的复杂程度。这种平均的水流状态可

15、以用稳态模型来描述。因为，河流水体中的污染物质能够与水介质相融合，具有相同的流体力学性质。所以可将污染物质点与水流一起计算。假设只在X方向上存在浓度梯度。则相应的浓度模型为：c=c0exp(-Kxux)其中c0=Qc1+Qc2Q+q,Q:河流的流量；c1:河流中污染物的本底浓度；q:排入河流的污水的流量。c2:污水中的某污染物的浓度；c:污染物的浓度。Dx：纵向弥散系数；Ux:断面平均流速；K：污染物衰减速度常数。根据河流图元节点坐标在临时图层上添加符号对象，然后删除不必要符号对象，由模型公式计算每个符号对象位置处的污染物浓度，最后根据污染物浓度创建范围专题图，这样便快速、简易地实现了河流污染

16、模型的可视化模拟。一、环境信息查询、统计和分析目前流行的数据库管理系统与GIS中数据库管理系统相比，在对地理空间数据的管理上存在两个明显不足：缺乏空间实体定义能力；缺乏空间关系查询能力。这使得GIS在数据的空间查询和空间分析上占有绝对的优势。我们可以应用GIS对有关环境信息如大气环境质量监测点、水环境质量监测点、功能区噪声监测点、区域噪声监测点、交通噪声监测点等监测点的位置、级别、监测项目信息进行查询，还可以利用GIS对环境信息作进一步的统计、分析，绘出相应的图以便直观地进行分析。例如，对空气质量监测，我们可以根据监测点插值画出城市全场分布的等值线图，查询某监测站点的某项指标随时间变化的情况，

17、并以二维图形表现。二、污染源管理污染源管理是总量控制和一控双达标的重点。应用GIS，可以实现污染源位置查询，多种污染源项目（工业废水、工业用水、废气、废渣等）查询，统计出结果，还可以应用地理信息系统针对一定区域的污染源进行排序、统计等方面的分析。三、环境评价和模拟预测GIS不仅可以对地理空间数据进行编码、存储和提取，而且还能模拟现实世界，可以将对现实世界各个侧面的思维评价结果作用其上，得到综合分析评价结果，也可以将自然过程、决策和倾向的发展结果以命令、函数和分析模拟程序作用到数据上，模拟这些过程的发生发展，对未来结果做出定量的和趋势的预测，从而预知自然过程的结果，对比不同决策方案的效果以及特殊

18、倾向可能产生的后果，做出最优决策，避免和预防不良后果的发生。例如：澜沧江（湄公河）区域综合开发和协调的综合决策支持系统；金沙江流域（云南部分）生态保护和建设决策支持系统；大连湾的水污染与控制系统模型与GIS集成水质状况模拟。四、环境功能区划因为地理信息系统拥有大量的基础地理数据作为支撑，可以更精确、更直观地对空间数据进行分析，节约大量的人力、物力，提高工作效率。2002年云南省水环境功能区划和重点城市水环境功能区划工作中就在GIS环境下按照河段长度、参照地物、控制断面、特征地形、图形经验判断等方式识别功能区分界点，将描述性的东西精确地反映到地图上，而后应用GIS的二次开发程序结合地理属性信息来

19、检验原始文本资料的正确性直接为环境管理提供数据、信息、图形、决策和预测服务。五、环保投诉这一方面的应用主要表现为GIS的空间查询功能。在接到投诉后，根据投诉信息，调用GIS的空间查询功能，找到投诉点位置，查询周边环境，从而初步断定是否对环境和人民生活造成极大影响，是否应该整顿、迁移或关闭。为下一步的深入调查做好必要的前期信息准备。六、新建项目规划GIS的基础地理数据包含了丰富的居民地、水系、道路、植被、地质地貌等基础的区域信息，这些信息一方面为研究、观察和地理分析提供了最基本的和公用的数据集，另一方面，为用户添加各种与空间位置有关的信息提供了地理坐标，可以为新建项目的选址提供辅助分析，也可以成为环保监测点定位的载体。如在乡镇企业的选址上，由基础地理数据我们可以获取诸如水网密度、河流长度、自然资源、地形条件、人口密度等基本信息，同时还可以利用GIS将企业密度、企业产业结构