何強，龍騰銳，李惠鵬
(重慶大學B區(qū)城市建設(shè)學院，重慶400045)

　　摘　要：水污染控制規(guī)劃系統(tǒng)涉及的內(nèi)容廣泛復(fù)雜，數(shù)據(jù)眾多，因此數(shù)據(jù)管理十分重要。應(yīng)用地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)建立了水污染控制規(guī)劃空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫，較好地實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高效、方便和動態(tài)管理。
　　關(guān)鍵詞：水污染控制規(guī)劃；數(shù)據(jù)管理；數(shù)據(jù)庫；地理信息系統(tǒng)
　　中圖分類號：X52
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1000-4602(2001)07-0014-03

Study on Data Management for Water Pollution Control Planning
HE Qiang，LONG Teng-rui，LI Hui-peng
(Faculty of Urban Construction Engineering,B Campus of Chongqing University,Chon
gqing 400045,China)

　　Abstract：Water pollution control planning system covers extensive and complicated contents and many data,and so data management is very important.The spatial database and attributive database for water pollution control planning were established by applying geographical information system (GIS),and thereby the effective,convenient,and dynamic management of data can be achieved.
　　Keywords:water pollution control planning;data management;database;geographical information system

　　水污染控制規(guī)劃是一個多層次、多變量、多目標的復(fù)雜系統(tǒng)，系統(tǒng)的時空尺度很大，涉及的數(shù)據(jù)眾多復(fù)雜，傳統(tǒng)的手工管理已不能適應(yīng)現(xiàn)代化的需要和數(shù)據(jù)更新要求。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和信息時代的到來，將信息技術(shù)應(yīng)用于水污染控制規(guī)劃已是必然。因此，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)建立的水污染控制規(guī)劃，使流域水污染控制規(guī)劃具備了動態(tài)、實時和直觀的特點，為決策者提供了輔助決策支持，同時也提高了水污染控制規(guī)劃的水平。而應(yīng)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)對水污染控制規(guī)劃所涉及的數(shù)據(jù)進行高效有序的管理，是建立水污染控制規(guī)劃地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)。為說明方便起見，以重慶三峽庫區(qū)的鳳嘴江為例進行論述。

1　水污染控制規(guī)劃的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)庫

1.1 水污染控制規(guī)劃的數(shù)據(jù)
　　水污染控制規(guī)劃就是在污染源調(diào)查和水質(zhì)現(xiàn)狀評價的基礎(chǔ)上，根據(jù)相關(guān)的水質(zhì)目標和數(shù)學模型確定河段的環(huán)境容量，從而確定流域內(nèi)污染物的允許排放量或削減量，結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟指標優(yōu)化出實施方案。由此可知，水污染控制規(guī)劃所需數(shù)據(jù)眾多，涉及社會、經(jīng)濟、環(huán)境、水文、地理等多個方面，但對于GIS的數(shù)據(jù)管理來說，這些數(shù)據(jù)可以分為兩大類。一類是空間數(shù)據(jù)(Spatial Data)，即與空間位置相關(guān)的信息，如地形圖、污染源位置、監(jiān)測斷面位置、次級河流分布等；另一類是屬性數(shù)據(jù)(Attribute Data)，即描述空間實體性質(zhì)的數(shù)據(jù)，如水污染指標、污染源的污染物量、污染性質(zhì)、人口和經(jīng)濟指標等。另外，規(guī)劃需用到的相關(guān)規(guī)范、規(guī)定、條例、數(shù)學模型、費用函數(shù)等也可作為數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，以便于查找。
　　鳳嘴江是烏江的主要支流，發(fā)源于著名的金佛山，流經(jīng)南川市、武隆縣，最終匯入長江三峽水庫。全長約76.9 km，流域面積為914.01km²，河流平均寬度為40.45 m，多年平均徑流量為18.35m³/s，洪峰流量(P=1%)為1 767m³/s。設(shè)有5個監(jiān)測斷面，即永安、福南橋、新橋、鳴玉和大溪河斷面，有6條支流，即石鐘溪、半溪河、龍巖江、黑溪河、龍川江和魚泉河。鳳嘴江污染物主要來源有點源和面源。點源包括：沿江大型工業(yè)污染源廢水排放口、集中式城市污水排放口、直接匯入干流的次級河流等；面源包括：沿江分散的小型工業(yè)企業(yè)和居民點的廢水、沿江堆放的生活垃圾的雨水淋溶沖刷物、農(nóng)田和城市徑流產(chǎn)生的污染物等。
　　根據(jù)當?shù)丨h(huán)保局對鳳嘴江的多年監(jiān)測資料，目前鳳嘴江各斷面已受到不同程度的污染，1999年接納的廢水總量達3 200×10⁴m³，個別斷面水質(zhì)已超過Ⅲ類，主要污染物有COD、BOD₅、NH₃-N、Cr⁶⁺、F^-、酚、大腸菌等。
1.2　研究采用的軟件平臺
　　利用美國Intergraph公司的GeoMedia Professional 3.0地理信息系統(tǒng)軟件和微軟公司的ACCESS數(shù)據(jù)庫軟件設(shè)計了數(shù)據(jù)庫。GeoMedia Professional 3.0作為一個數(shù)據(jù)集成的GIS分析工具，可以直接讀取多種格式的GIS數(shù)據(jù)，而以ACCESS為基礎(chǔ)設(shè)計和開發(fā)的水污染控制規(guī)劃數(shù)據(jù)庫，較好地實現(xiàn)了對水污染控制規(guī)劃數(shù)據(jù)的管理。數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2　空間數(shù)據(jù)管理

　　水污染控制規(guī)劃空間數(shù)據(jù)的管理，通過建立空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來實現(xiàn)。空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)實際上是把現(xiàn)實世界中與空間相關(guān)的信息組織為有用且能反映真實信息的數(shù)據(jù)集的過程。其設(shè)計過程可分為三步：首先選擇一種數(shù)據(jù)模型對現(xiàn)實世界的信息進行組織，然后選擇一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表達數(shù)據(jù)模型，最后選擇一種適合于該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的文件格式在物理上實現(xiàn)空間信息的存儲與管理。與水體污染相關(guān)的空間特征數(shù)據(jù)記錄的是流域內(nèi)水系、污染源、監(jiān)測斷面等一些空間實體的位置、拓撲關(guān)系和幾何特征，這也是基于GIS的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與其他行業(yè)的各種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)區(qū)別的重要標志。研究采用的GeoMedia軟件中，用矢量模型來描述與水污染相關(guān)的空間實體，矢量模型采用坐標來表達空間對象的點要素；采用一系列結(jié)點來表達空間對象的線要素；采用邊界或表面表達空間目標對象的面或體要素。在記錄與水污染相關(guān)的空間位置信息的同時，采用標識符表達其屬性類型及屬性值，使得界面形象直觀，讓人一目了然。
　　為了得到矢量化的基礎(chǔ)地圖，首先掃描鳳嘴江監(jiān)測斷面分布地圖和重點工業(yè)污染源分布地圖，然后在GeoMedia Professional 3.0中按照不同的分類進行人工數(shù)字化，并配置一定的顏色、符號，形成最終的數(shù)字化地圖。在此過程中，所有的與地圖相關(guān)的空間信息都將自動記錄在ACCESS數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)表中，同時在各個空間數(shù)據(jù)表間自動地建立連接關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，能夠方便地增加空間表的屬性信息或與屬性表建立連接，獲取水質(zhì)評價、預(yù)測和規(guī)劃所需的數(shù)據(jù)資料。如點擊圖中某工業(yè)污染源，即可彈出屬性數(shù)據(jù)框。
　　鳳嘴江水污染控制規(guī)劃空間數(shù)據(jù)庫中，按照空間要素特征，分為河流、河段、監(jiān)測斷面、污染源、行政區(qū)劃邊界、鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府所在地等六個“特征類”(Feature Class，類似于CAD中的“層”)。在實際操作中，通過選擇疊加不同的特征類、設(shè)置必要的空間查詢和檢索條件以及計算程序，就可以方便地得到所需要的專題地圖，如監(jiān)測斷面分布圖、污染源分布圖、河網(wǎng)水系分布圖、水質(zhì)現(xiàn)狀圖、水質(zhì)預(yù)測圖等。如果空間要素變動，如增加或取消污染源、增加或取消監(jiān)測斷面等，都可以及時地在地圖上修正，極為方便直觀。

3　屬性數(shù)據(jù)管理

　　屬性數(shù)據(jù)是空間數(shù)據(jù)的內(nèi)涵和縱深描述，主要描述地理實體的類型、分級和有關(guān)的性質(zhì)，它們是對空間數(shù)據(jù)的更為詳盡的表述。它可以在地圖圖形信息的基礎(chǔ)上進行綜合的和深層次的分析，為管理、規(guī)劃與決策提供參考信息。由于屬性數(shù)據(jù)與一般事務(wù)管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)非常相似，所以仍然采用當今流行的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來管理屬性數(shù)據(jù)。ACCESS是一個關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它采用關(guān)系模型來管理數(shù)據(jù)。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫是由一系列二維表格組成，每個表格中的每一行代表一條記錄，每一列代表一種屬性。屬性數(shù)據(jù)的查詢、修改與維護以及數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與維護，均由此關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來進行。
　　已建立的鳳嘴江屬性數(shù)據(jù)庫內(nèi)含1985年—1999年共15年的數(shù)據(jù)，包括豐水期、枯水期、平水期的水質(zhì)指標，河流基本情況，污水排放量，垃圾污染負荷，取水量，支流水文水質(zhì)屬性，鄉(xiāng)鎮(zhèn)情況等12個屬性數(shù)據(jù)表格。今后隨著監(jiān)測數(shù)據(jù)的增加，可以適時地將最新數(shù)據(jù)輸入屬性數(shù)據(jù)庫。

4　數(shù)據(jù)庫的調(diào)用

　　空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫之間的連接通過關(guān)鍵字段來實現(xiàn)，由此實現(xiàn)由空間到屬性的查詢，同時也可由屬性到空間進行查詢。動態(tài)的連接技術(shù)可以保證數(shù)據(jù)更新時，空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的一致性，減小數(shù)據(jù)冗余，最大程度地實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，并最終為基于GIS的水污染控制規(guī)劃提供靈活可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)庫中空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的連接可以分為三個層次，如圖2所示。

　　其中，第一層次基礎(chǔ)地圖與屬性表集間通過數(shù)據(jù)控件進行連接，其連接水平是數(shù)據(jù)表與數(shù)據(jù)表之間的連接，采用GeoMedia Professional軟件中的GDO(Geographic Data Object)數(shù)據(jù)控件，由GDO實現(xiàn)空間實體與其屬性的連接；第二層次空間元素與屬性數(shù)據(jù)表是字段之間的連接，主要是指水污染控制規(guī)劃實體(如工業(yè)污染源、河流、區(qū)縣等)的空間字段(Geometry Fields)與屬性數(shù)據(jù)表中屬性字段(Attribute Fields)之間的連接；第三層次空間實體標識符與關(guān)鍵字段之間的連接是空間數(shù)據(jù)表與屬性數(shù)據(jù)表主鍵屬性(可以唯一標識每一條記錄的屬性)之間的一致性連接，它屬于記錄水平的連接。通過上述三個水平連接，就可以保證在水污染控制規(guī)劃的實際運行操作中，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫之間的動態(tài)調(diào)用，以及數(shù)據(jù)庫的完整性、一致性和較小的冗余。

5　結(jié)論

　　充分利用信息技術(shù)的成果，將GIS技術(shù)應(yīng)用于水污染控制規(guī)劃，實現(xiàn)流域水污染控制的實時、動態(tài)管理，為管理者提供輔助決策，是水污染控制規(guī)劃發(fā)展的方向和趨勢。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是基于GIS技術(shù)的水污染控制規(guī)劃的信息源，是GIS功能得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一。只有通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)對數(shù)據(jù)進行動態(tài)有效的管理，才能使水污染控制規(guī)劃后續(xù)的水質(zhì)模擬、水環(huán)境容量研究以及水污染控制規(guī)劃方案變得有序而方便。GeoMedia Professional3.0軟件采用的是面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫管理模式，在此基礎(chǔ)上開發(fā)的水污染控制規(guī)劃數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，具有較好的空間分析、查詢及支持輸出功能。

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　　作者簡介：何強(1965-)，男，江蘇江陰人，重慶大學副教授，碩士，主要研究方向為水污染控制規(guī)劃和廢水處理。
　　電　話：(023)65121484
　　傳　真：(023)65120810
　　收稿日期：2001-02-16