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1、第十一章 GIS技术在环境保护中的应用一、GIS简介 地理信息系统(GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEM，简记：GIS)有时也称资源与环境信息 系统，是地学信息革命的钥匙。它是随着计算 机科学、空间科学、地球科学、测绘遥感学、 环境科学和管理科学的发展而形成的一门边缘 学科。地理信息系统萌芽于20世纪60年代初， 1972年，世界上第一个地理信息系统加拿大 地理信息系统(GIS)全面投入运行。90年代,地 理信息系统在全球范围内获得了蓬勃发展，已 成为地理信息产业的重要组成部分。 GIS已广泛地应用于生产建设、科学研究、 国防军事和社会经济的许多领域。从全球范围 到区
2、域、国家、城市以及一个企业、一项工程 ，从资源清查、环境管理、灾害防治，城市规 划管理到资源开发、工程设计建设、交通、邮 电及商业管理等。由于GIS能够对多种复杂的空间数据和属性 数据进行存储、处理、分析评价和预测，具有 多媒体化可视输出功能，因而可在矿产资源合 理开发、地区环境规划、管理及区域的可持续 发展研究中，成为空间信息的强大载体，分析 、处理和评价的有力手段。在西方发达国家GIS应用已经渗透到社会经 济生活的各个方面，目前已成功地应用到了资 源管理、环境保护、灾害预测、投资评价、城 市规划建设、人口和商业管理、交通运输、石 油和天然气、教育、军事等众多领域。在我国 随着经济建设的迅速
3、发展，GIS在城市规划管 理、环境保护、交通运输、防灾减灾、农业、 林业等领域发挥了重要的作用，取得了良好的 经济效益和社会效益。二、GIS技术在环境保护中的应用随着全球性环境的日益恶化，环境保护在实现 人类可持续发展战略过程中扮演着越来越重要的角 色。而环境问题与地理因素紧密相关，通常带有很 强的地理或地理分布特征。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。因此，运用GIS技术有效处理基于环境问题的 大量复杂空间信息，将在很
4、大程度上提高环保工作 的质量和效率。 1 GIS应用于环境评价 资源与环境评价作为GIS的主要应用领域 之一，近年来GIS在这一领域的应用和发展 值得关注。目前，GIS在环境评价中的应用 主要包括：工程选址、道路管线等工程选 线的环境可行性评价，项目区环境现状的 评价，项目环境影响评价，污染治理方案 比选、环境与区域可持续发展评价，景观 环境评价，公众参与等方面。2 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
5、术开发了东深流域水环境管理信息系统 。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。Hudak等利用GIS技术对地下水的监测网络进行了设 计，可以对所选研究区域进行详细的场地监测和分析 ，有利于管理地表和地下废物设施，及时发现潜在污 染源，加强对水源井的保护。同时根据河流上监测端 面的监测数据可对重点流域(淮河、辽河、海河、太湖 、巢湖、滇池)水质以及排放到该河流工业污染源贡献
6、率进行合理评价，为国家地方环保局决策人员及时提 供信息。此外，利用GIS对插点污染源进行管理，监测 其发展动态，对实现污染物总量控制的分析、预报、 计算、管理等具有重要的作用。3 GIS应用于环境管理环境管理具有复杂性、动态性和明显的区域 性，涉及多部门、多学科、多领域、多地区， 需处理大量的数据，而在此基础上，还应当使 隐藏在错综复杂关系下的众多因素变得清晰， 可以随条件的改变而改变，并通过模拟使用户 看到结果，提供交互式和可视化环境。环境管 理和地理信息系统(GIS)有着广泛的结合空间 ，而且两者一旦走向结合，就表现出世巨大的 生命力与活力。因此，GIS在环境管理上的应 用越来越活跃。GI
7、S可以从环境信息查询、统计分析、污染 源管理、环境评价和模拟预测、环境功能区划 、环保投诉、新建项目规划、突发性污染事故 应急管理、环保专题图制作和公众参与等方面 为环境管理提供服务，使隐藏在复杂关系下的 众多因素变得清晰，可以随条件的改变通过模 拟使用户看到结果。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
8、式的支 持。目前，全国各省环保局正在使用GIS软件进行各省水 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。4 GIS应用于环境规划与决策 对于宏观性、全局性的环境规划来说， 利用GIS可以实现规划中的定性与定量相结 合、空间分析与属性分析相结合、历史信 息与发展方向相结合。通过GIS的各个功能 模块进行环境规划的各项工作，包括污染 源分布、污染扩散分析等。利用GIS中的综 合信息和空间分析模型可以为科学决策提 供依据，是决策支持的
9、有效手段。进行环 境规划与决策工作可通过GIS的缓冲区分析 、叠置分析等功能模块实现。5 GIS应用于环境模拟与预测 利用GIS数据中大量环境信息之间的相 关性、耦合性可对环境的演变进行数值 模拟，发现其中的规律，进而可以根据 将来的生产、发展等相关情况对环境的 演变进行预测，更好地为环境保护服务 。建立模拟与预测的数理模型是其关键 问题。6 GIS应用于环境非点源污染分析GIS在非点源污染中的应用从本质上改 变了其分析和建模方式，揭开了数据输入和 结果显示的新篇章。Chansheng H等将农业 非点源污染模型(AGPS)与地理资源分析支持 系统(GRASS)及GRASS WATER WOR
10、KS集成在一 起，综合分析评价了非点源污染对Michigan 州的cass河水质的影响，并以地图形式输出 结果，同时标志出易受侵蚀地区。Jorge A 等利用GIS对城市非点源污染进行了分析和 评价，并结合土地利用类型的分配，为采取 控制措施提供决策依据。 对于农业非点源污染，GIS在其中的应用， 包括土壤侵蚀率和侵蚀量估算及土壤侵蚀对环 境影响的模拟、地区径流的预测、土地利用变 化的水质响应等。近几年来，随着研究的进一 步深入，GIS在渗漏带污染物迁移、转化模拟 及地下水的杀虫剂模拟研究中的应用成为新的 研究热点。初期尝试用GIS与假设稳定条件的 回归模型、指数模型相结合，分别来描绘地下 水
11、脆弱性或渗漏带盐分积累区域和进行潜在的 地下水污染风险测评。 7 GIS应用于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。它不仅可以为用户输 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库和颜色库中选择 图件，使之更好地突出专题效果和特性。 8 GIS应用于建立各种
12、环境地理信息系统 各级环保部门在日常管理业务中，需要采集和处理大量的、 种类繁多的环境信息。而这些环境信息85以上与空间位置有 关。GIS的强大功能之一是它的空间数据的采集、编辑、处理功 能和对空间数据的管理能力。使用GIS，可以建立各种环境空间 数据库。例如：污染源空间信息数据库(包括工业、农业、交通 等污染源数量、属性和污染源发生的地域范围)、环境质量信息 数据库(包括空气、水、噪声等)、自然生态空间数据库(包括地 貌、水文动物、植物等)，GIS能够把各种环境信息与其地理位 置结合起来进行综合分析与管理，以实现空间数据的输入、查 询、分析、输出和管理的可视化。例如，基于GIS平台，厦门市建
13、立了城市环境空间数据库和 污染源监测属性数据库，在此基础上开发了污染源信息管理决 策支持系统，实现了城市环境污染源空间增减，查询统计分析 的可视化。武汉市环境信息中心建立了环境质量空间数据库， 开发了网络化城市环境质量地理信息系统，该系统涵盖了大气 、地表水、声学环境的监测信息，以分布图、专题图、三维模 型等形式，生动直观地反映环境质量状况。由于采用了因特网 的GIS开发技术，该系统可以在Intenet/Intranet上运行。环境管理信息系统(EMIS)是为环境管理和 决策服务的技术过程系统。GIS在其中的应用 大大改善了EMIS基础数据的处理和收集方式， 提高了环境管理的效率。利用GIS的
14、数据采集 与编辑、信息查询、数据库管理、统计制图、 空间分析等功能，环境工作者可将已经编码的 空间数据组合起来，并确定其地理位置，同时 揭示不同信息间的相互关系，尤其可对空间数 据进行分析和运算。目前，为满足EMIS向更高 形式发展的需要，GIS在其中的应用以与环境 模型相锅合为主要形式。9 GIS应用于自然生态现状分析 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
15、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料。10 GIS应用于环境应急预警预报 建立重大环境污染事故区域顶警系统，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 染事故区域顶警系统”把重
16、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，更好地发 挥了GIS在环保执法和应急事件中的作用。11 GIS在生态旅游中的应用GIS在生态旅游中的应用是GIS应用的 一个方面，在国外已经非常广泛，在国 内才刚刚起步，尽管如此，仍有部分成 果出现。GIS在生态旅游中的应用主要表 现在生态旅游资源调查评价、生态旅游 的开发规划和旅游地的环境保护三个方 面。（1） GIS与生态旅游资源的调查评价 生态旅游资源的调查评价是指全面、客观地调查研究 包括旅游区地貌地质、气候气象、植被土壤、山川河流等 空间和属性信息，生态旅游资源的分布现状、类型、特征 、存在的问题、开发潜力、生态旅游区的环境条件和环境 保护状况，以及社会经济概况、旅游交通、住宿和餐饮、
