饮用水水源地环境调查中的GIS应用

谢毅文 钟远良 张强 高卫平 蒋任飞

(1.东莞理工学院 化学与环境工程学院，广东东莞 523808;2.深圳市泰达企业管理顾问有限公司，广东深圳 518101;3.珠江水利委员会，广州 510611;4.珠江流域水资源保护局，广州 510611;5.中水珠江规划勘测设计有限公司，广州 510611)

2009年以来，环保部全面启动全国饮用水水源地环境保护工作，要求地方各级环保部门进行典型乡镇集中饮用水水源地基础环境调查及评估工作。但在饮用水水源地实际调查工作往往会遇到调查范围难以界定、污染源难以准确定位、调查信息处理工作量巨大等困难，对饮用水水源地环境调查工作的开展造成严重影响。分析发现以上困难的共通点是这些环境信息均具有空间属性，应用GIS技术能有效解决。GIS是地理信息系统 (Geographic Information System)的简称，它融合计算机图形和数据库于一体，储存和处理与地理空间分布有关信息的集合，把地理位置和相关属性信息有机结合起来，根据实际需要准确真实、图文并茂地输出给用户。用户借助其独有的空间分析功能和可视化表达，可进行各种辅助决策［1］。GIS技术已在土地利用、城市规划、水土流失、环境监测、资源管理、灾害评估等方面得到广泛应用［2－5］。本文应用GIS技术实现饮用水水源地保护区划分、污染源定位、筛选和空间统计、饮用水水源地环境信息的提取和显示，大为提升饮用水水源地环境调查的工作效率和数据精度，能为饮用水水源地环境调查工作开展提供技术参考。

1 GIS在保护区划分和信息提取中的应用

1.1 研究区及保护区划分方法

本文以东莞市横岗水库饮用水水源地为例进行讨论。横岗水库位于东莞市厚街镇，位置为北纬22°55'24.19″、东经113°42'22.66″，总库容3280万m3，属于山区型中型水库。根据《饮用水水源地保护区划分技术规范》［6］，山区型中型水库饮用水水源地保护区划分方法为:1)其一级保护区的应为取水口侧正常水位线以上200 m范围内的陆域，或一定高程线以下的陆域，但不超过流域分水岭范围;2)其二级保护区应为水库周边山脊线以内 (一级保护区以外)及入库河流上溯3000 m的汇水区域。

1.2 保护区划分技术步骤

1)安装ArcGIS软件，打开ArcMap，添加横岗水库水面线图henggang.shp(可由当地水系图提取并进行矢量化和坐标投影)。

2)点击Editor中的“Start Editing”并在Target中选中henggang.shp的图层。在henggang.shp图层上精确描绘出横岗水库的水面线轮廓 (如图1示)，然后点击Editor中的“Save Editing”保存编辑。

图1 在矢量水系图henggang.shp图层上精确描绘出横岗水库的有效计算水面线作为缓冲区生成的边界依据

图2 缓冲区生成工具“Buffer”在ArcToolbox中的位置示意图

4)添加当地数字高程图 (Digital Elevation Model，简称DEM)，根据横岗水库周边地区的高程差在新图层fshl.shp(事先在ArcCatalog中生成)上描绘生成横岗水库分水岭 (如图4示)。

5)bhq1.shp多边形在fshl.shp多边形范围以内方为有效部分，可以使用Editor工具条上的Clip工具，用分水岭线去切割缓冲区，剩余部分为横岗水库饮用水水源地一级保护区 (如图5示)。

9)重复步骤3，将Linear unit(缓冲区)设为3000 Meters，生成bhq2.shp缓冲区图层，进一步重复步骤4和步骤5，可以获得饮用水水源地的二级保护区，最终效果如图6示。

1.3 保护区信息提取

图3 图中外围绿色密闭线条为生成缓冲区的外围边界

图4 根据DEM描绘生成横岗水库集雨区分水岭 (图中绿色密闭线条)

表1 横岗水库饮用水水源地保护区信息表

图5 图中为以分水岭切割缓冲区得出的横岗水库饮用水水源地一级保护区效果图 (图中外围绿色密闭线条为一级保护区外围边界)

图6 应用GIS描绘横岗水库饮用水水源地一、二级保护区边界效果图

2 在污染源定位、筛选及空间统计中的应用

2.1 污染源数据来源和处理要求

假设通过调查获取横岗水库饮用水水源地周边约3 km范围内上百个工业污染源的占地面积和经纬度数据，目前需要把这些工业污染源准确定位到水源地保护区图内，并分析统计一、二级保护区内工业污染源情况。

2.2 污染源定位、筛选、空间统计步骤

1)在ArcMap中添加横岗水库饮用水水源地一级保护区图层bhq1.shp、二级保护区图层bhq2.shp及水库水面线图层henggang.shp。

2)利用Tools菜单中“Add XY Data”工具将横岗水库周边污染源数据表gongge.dbf导入到ArcMap中 (见图7)。

3)使用Editor删掉没有落在一级保护区内的工业污染源，导出一级保护区工业污染源数据表。

4)重复第二步，重新利用Tools菜单中“Add XY Data”工具将横岗水库周边污染源数据表gongge.dbf导入到ArcMap，使用Editor删掉没有落在二级保护区内的工业污染源，导出二级保护区工业污染源数据表。

5)使用Excel打开导出的一、二级保护区工业污染源数据表即可统计一、二级保护区的工业污染源情况。

图7 在GIS中导入水库周边的污染源数据 (经纬度等)并删除保护区外污染源后的水源地保护区内污染源分布图

2.3 污染源空间统计分析

通过以上GIS空间信息处理，可以快速准确地获得横岗水库饮用水水源地保护内共有36个工业污染源，总占地面积为421540.00 m2，其中一级保护区范围内存在10个工业污染源，占地面积为156228.00 m2，占37%;二级保护区范围内存在26个工业污染源，占地面积为265312.00 m2，占63%。

3 结论

在饮用水水源地环境调查工作中应用GIS技术对具有空间属性环境信息进行处理和分析，可以大幅提供工作效率和准确度，也使得一些原本难以获取的信息成为可能。本文以实例演示应用GIS技术进行饮用水水源地保护区划分、污染源数据定位、筛选、空间统计的技术方法和效果，希望能为广大环保工作者在进行饮用水水源地环境调查过程中提供有益的技术参考和帮助。

［1］汤国安.地理信息系统空间分析实验教程［M］.北京:科学出版社，2006.

［2］杜培军，周廷刚.“3S”技术在城市环境管理中的应用［J］.环境保护，1999，26(3):324－330.

［3］程林，王浩然.地理信息系统与环境地球化学［J］.地质地球化学，1999，27(2):110－113.

［4］郭广慧，张航程，等.基于GIS的宜宾城市土壤Pb含量空间分布特征及污染评价［J］.环境科学学报，2011，31(1):164－171.

［5］韦保仁，石剑荣.地理信息系统在环境保护中的发展趋势分析［J］.苏州城建环保学院学报，1999，12(3):35－40.

［6］国家环境保护总局.HJ/T338－200饮用水水源保护区划分技术规范［S］.北京:中国环境科学出版社.