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1、 毕业设计（论文）专业 地理信息系统 年级 2003姓名 曹镇鸿 学号 20032316046 论文题目GIS技术在水质污染评价中的应用研究指导教师 张桂欣 职称 助教二七 年 六 月 三 日目 录引言. 11 GIS在水质污染评价中的应用. 11.1 地理信息系统简介. 11.2 GIS在水质污染评价分析中作用 22 本文主要研究的内容和意义. 22.1 研究区域的概况. 22.2 本文研究的目的与意义. 33 GIS在水质污染评价分析的相关研究 3 3.1 基于GIS工作平台上的河流污染评价规划. 3 3.2 水质污染GIS数据库的建立. 4 3.3 基于GIS在水质污染评价功能. 44
2、GIS在黄浦江水质污染评价中的应用实例. 54.1 数据的来源. 54.2 数据预处理过程. 64.3 水质污染数据库的建立. 74.4 黄浦江水质污染分析. 95 结束语 13参考文献 13致谢 15GIS技术在水质污染评价中的应用研究 曹镇鸿南京信息工程大学地理信息系统，南京 210044摘要：在地理信息系统和遥感技术的支持下，以黄浦江为研究对象，选取总磷、总氮、化学需氧量、5日生化需氧量、温度、溶解氧和浊度7项指标进行评价。在对研究区域采样数据进行空间分析，并绘制出水质污染评价图，探讨地理信息系统的空间分析方法在水质污染评价分析中的应用。关键词：地理信息系统 水质污染 空间分析 分析评价
3、引言水是生命之泉。但是，随着社会经济的发展，水资源短缺和水污染问题己成为制约社会经济发展的瓶颈。1997年1月，联合国在世界淡水资源的全面评估的报告中指出：水资源短缺将严重制约世纪社会经济的发展，并可能导致国家间的冲突。中国水环境问题亦非常严峻，随着我国城市化水平的提高和城市经济的发展，流经城市的河段普遍受到污染，其中为一劣类水质在个环保重点城（市直辖市、省会城市、经济特区、沿海开放城市和重点旅游城市）的典型水域中，25%为类水质，10.6%为类水质，29.8%为劣类水质。水环境质量的不断恶化，导致了可利用水资源的进一步减少，加剧了水资源的供需矛盾1。据1999年中国环境状况公报显示，河流以有
4、机污染为主，主要污染物是氨氮、生化需氧量、高锰酸盐指数和挥发酚等；这些因素构成了水环境问题影响范围广，危害严重，治理难度大等特征。为了有效利用水资源、减少水污染,必须对水环境实行综合管理和控制，以达到水体的环境质量目标。1.GIS在水质污染评价中的应用1.1 地理信息系统简介地理信息系统( Geographic Information System ，GIS) 是一门集计算机科学、信息学、地理学等多门科学为一体的新兴学科，它是在计算机软件和硬件支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的空间信息系统。地理信息系统能对地
5、理空间数据和信息实现输入、存储、管理、检索、修理和综合分析。 具体来讲，它是一个对空间数据(实体的地理位置) 和非空间数据(实体和各种属性) 进行处理的技术系统,它对数据处理、管理和分析的巨大功能已经广泛地被应用于许多领域。除此之外，GIS 还是一个计算机制图系统，其贮存的数据，分析的结果，都可以输出成各种专业图件和辅助说明文件。在GIS 中地图是以专题图层的方式显示的。每个专题图层都是一类图形要素实体的集合，如河流、村庄、公路等。传输的信息主要是专题要素的空间分布状态、质量差异、数量差异及动态变化。 专题图层是用于分析和表示数据的一种强有力方式，它通过对某个特定专题在地图上进行渲染，使信息数
6、据以图的形式在地图上生动地体现出来，清楚地看出数据记录中难以发现的变化趋势和规律。各个图层之间可以通过图形要素属性数据联系在一起，这就为空间分析提供了很好的条件。1.2 GIS在水质污染评价分析中作用GIS在水质污染评价分析中的作用主要体现在以下几个方面： 建立水质污染指标和水质环境相关文件数据库。 利用GIS技术对水质污染监测网络进行设计，水质污染监测收集的信息又能通过GIS时实储存和显示，并对所选评区域进行详细的场地监测和评价分析。 GIS能够集成与场地和建设项目有关的各种数据及用于水质污染评价的各种模型，具有很强的综合分析、模拟和预测能力。 GIS能够提供快速反应决策能力。 GIS具有很
7、强的数据管理、更新和跟踪能力，能协助检查和水质污染评价相关单位和工程建设单位履行各种职责，并向治理水质污染相关单位提供决策方案。2.本文主要研究的内容和意义2.1 研究区域的概况上海市地处长江口，为平原感潮河网地区，属太湖流域。上海的水系既受上游来水影响，又受到来自东海的潮汐作用，水流特性为往复流。全市水面积687.7km2，占全市总面积的11.1%，主要河流为长江和黄浦江。为根除区域性灾害和水环境治理需要，全市划分了14个水利控制片：嘉宝北片、蕴南片、淀北片、淀南片、浦东片、青松大控制片、太北片、太南片、浦南东片、浦南西片、商塌片、崇明岛片、长兴岛片、横沙岛片。其中黄浦江上源有3条，主要水源
8、来自太湖和淀山湖。从淀山湖出口至吴淞江口全长113.4公里，是太湖最重要的排水出海通道。在上海县境内，东岸流经鲁汇、杜行、陈行、三林4乡，北岸和西岸流经马桥乡、塘湾乡、曹行乡、龙华乡和龙华镇。全长35公里（含闵行区段），西自女儿泾口起，向东至闸港折北至龙华镇出境。自女儿泾至闸港段称南黄浦，江南为松江、奉贤县境，江北有一段为闵行区境，江面宽300450米，河底高程10米左右；自闸港向北称东黄浦，江面宽至600700米，河床也逐渐加深至15米左右，过龙华镇以后江面又收束到450米左右。2000年，上海全市年废水排放总量为19.32亿t，日排放量为529.32万t。其中工业废水全年排放总量为7.20
9、亿t，日排放量为197.26万t，占废水总量的37.27%，生活污水全年排放量为12.12亿t，日排放量为332.05万t，占废水总量的62.73%035.9%的工业废水通过管道截流外排，其余的污水或经过处理或不经过处理，均直排人全市各大小河流。2000年，综合评价污染河段(类水质以下的河段)长445.9km，占评价河段总长的93.0%。枯水期，类河段占河道总长4.0%，类河段占32.0%；类河段占35.0%.劣类河段占29.0%；丰水期，类河段占河道总长3.0%，类河段占54.0%，类河段占20.0%，劣类河段占23.0%。黄浦江全江段全年水体水质在类至类之间。各类水质河段中，N类占干流全长
10、81.3km的69.0%，类水占31.0%。其中污染指标中NH3-N是黄浦江最具代表性的有机污染指标物，石油类和挥发酚是主要的有毒有害污染物。大量的生活污水和市郊密集型的农业生产(包括禽畜养殖业)是全市有机污染的主要产生源，而化工、轻工、纺织、医药等大型工业企业，虽然也是COD,NH3-N等的排放大户，但从总量上讲，比重已大大下降。2.2研究的目的与意义依据上海市黄浦江水质污染数据，简略介绍建立黄浦江水质污染数据库的过程，并通过数据库相关数据对黄浦江水质进行评价分析，为黄浦江水质污染治理提出一点决策数据。初步介绍地理信息系统在水质污染评价中的应用方法。3. GIS在水质污染评价分析的相关研究3
11、.1 基于GIS工作平台上的河流污染评价规划GIS 具有强大的空间数据管理系统、形象直观的应用界面、强大的空间分析能力等特点，能为现实地理空间上的物质和能量运动规律的研究提供方便、准确的管理和空间分析手段。随着GIS 技术应用的不断扩展以及河流保护管理工作的迫切需要，GIS 技术已广泛用于河流资源管理、河流监测、河流评价、灾害评估、区域流域河流规划等众多领域,成为河流管理的有效决策支持工具。同时河流信息数据一般都具有空间特性，借助于GIS 软件的空间分析能力，把河流信息的空间位置与属性特征一体化，使环境信息能在区域平面上充分展示其科学内涵。河流污染评价规划中所需的一些统计，监测数据和图表等比较
12、琐碎。如何在计算机中对这些原始数据和新生成的数据进行合理规划地处理和管理，是数据信息能在整个规划步骤中共享，是河流污染控制规划的一个重要研究方向。在这一方面，GIS已经具有了一定成果，一般来说，给予GIS的区域水质污染评价规划方案如图1所示。水质污染控制规划对象水质污染控制规划的数据包水质污染控制规划模型库面向用户的信息系统用户所需的数据，图表等信息数据库及管理信息系统图 1基于GIS的水质污染评价规划43.2 水质污染GIS数据库的建立地理信息数据包括空间数据和属性数据两部分。其中，空间数据是指描述图面上空间对象的形态及位置的数据，如点的位置坐标，线的坐标数据列等，空间对象通常称为空间特征；
13、而属性数据是描述空间特征的相关数据，如果图面上的多边形代表河流面，那么河流名称，面积，水存量的大小等数据就是属性数据。根据地理信息的特点，在数据输入时，采用了空间信息和属性信息分别输入，最后关联的方法。其工作的主要环节包括：空间数据的数字化采集，属性数据输入，数据格式转化与处理，数据核对与校验，数据关联等。其基本工作流参见图2所示。地理信息数据库建立数据采集数据输入建立拓扑关系数据校验数字化 投影与坐标转化键盘输入数据格式转化拓扑关系式属性数据库文件特征属性表联库数据核对空间-属性匹配性检验数据采集原则，空间-属性数据标准，空间数据编码制定等数据处理工作图形数据源属性数据源空间数据库逻辑检验图
14、 2 地理信息数据库的工作的流程43.3 基于GIS在水质污染评价功能通过GIS在水质污染评价中的规划及对水质污染相关数据建立数据库等步骤可以实现以下几个功能。（1） 特征信息分类水质污染控制规划中涉及到的数据信息，按其来源可分为以下几类： 有关地方的国民经济统计资料，包括社会经济未来发展规划的指标信息； 污染及所生成的污染物基础数据，包括未来经济发展引起的污染源及污染物的增减信息； 城市排污管网信息； 水域单元的特征信息，如水文条件，污染物背景值几个功能区水域单元水质目标等； 控制规划中新生成的特征信息，如模拟计算出的各功能区水域流场分布及浓度场分布特征信息，污染物的允许排放量或消减量信息以及经济评价中优化的管网信息等。（2） 特征信息的管理，查询及分析以归类的特征输入计算机后，还需进行编辑和规范，
