GIS在南京长江入河排污口信息管理系统的应用

韩 琳，闵兴华，吕 婷，金 哲，俞 欣

(南京市生态环境保护科学研究院，江苏 南京 210013)

1 引言

随着经济社会的高速发展以及城市人口的快速增长，南京市工业废水和生活污水排放量大幅增加，据统计，2019年南京市废水排放总量9.95亿t，其中工业废水排放量1.45亿t，生活污水排放量8.5亿t[1]；2019年南京市重点工业企业废水排放量为9757万t，按水系划分，排入长江南京段干流的工业废水量分别为9091万t[2]，占全市工业废水排放总量62.8%，大量污水通过沿岸排污口排入长江，严重影响长江南京段的水质状况，威胁集中式饮用水源保护的安全，制约社会和经济的可持续发展。

2 长江南京段水环境质量

(1)干流水环境：2019年，长江南京段干流7个断面水质均为Ⅱ类，Ⅰ-Ⅲ类水断面比例为100%，水质状况为优。主要监测指标总磷和氨氮浓度沿程波动较小，趋于稳定。2019年长江干流氨氮总磷沿程变化趋势图见图1。

(2)主要支流：2019年，28条主要入江河流中，Ⅰ-Ⅲ类水比例60.7%，劣Ⅴ类水比例为25.0%，水质总体状况为中度污染，分布饼图见图2。主要污染指标为氨氮、总磷和生化需氧量，超Ⅲ类标准断面比率分别为39.3%、32.1%和17.9%。

图2 主要入江支流2019年水质类别比例

与上年相比，长江主要支流Ⅰ-Ⅲ类水比例上升35.7%，劣Ⅴ类水比例下降17.9%，水质状况由重度污染转为中度污染。

由于沿江大部分企业排污口和城市综合排污口直接排放污废水，导致全流域水污染呈加重趋势，长江干流岸边污染带长度逐年增加，沿江多个主要取水口均已不同程度地受到岸边污染带的影响。因此，要想改善长江南京段现阶段面临的水环境问题，首先要从入河排污口抓起，将污染物进入长江的最后一道“闸口”管理好，提高长江水环境质量和生态环境安全[3～5]。

3 长江南京段排口总体概况

(1)研究范围：本次研究的范围以南京市行政区域内的长江干流为重点，开展入河排污口信息整合，共涉及江北新区及7个行政区。长江干流排查范围以南侧现状岸线为基准向陆地一侧延伸2 km，以北侧现状岸线为基准向陆地一侧延伸3 km。本次排查的对象为直接通过沟、渠、管道等设施向长江排放污水的排污口，还包括所有通过河流、滩涂、湿地等间接排放废水的排污口。

(2)总体概况：根据相关部门核查数据统计结果可知，研究范围内长江南京段排污口共有2460个。其中江北新区、栖霞区分布较多，其余区相对较少。具体分布情况如图3。

图3 长江南京段各辖区排污口数量情况

如图3所示，长江入河排污口有三个特点：一是总数多，研究范围内统计核查出各类长江入河排污口2460个，其中规模以上80个。二是涉及辖区广，排污口分布涉及全市7个区及江北新区，其中江北新区最多，占全市入河排污口总数的38%，六合区最少，占全市入河排污口1%。三是性质复杂，多数入河排污口都同时具有排污、排涝、排水等多种性质属性，特别是有些农村地区生活污水入河排污口普遍兼有排污排涝功能。

目前，由于各部门汇总的排污口基础信息资料都是通过文字材料或者表格形式存档，形成一种调查、收集、存档的的单一工作流程，极大地降低了数据使用率，为后续排污口的动态管理带来了不便。因此，亟需一种可实现排污口的及时性、动态化性、可视化的数据存储方式来完善管理制度，以促进南京长江水环境的协调发展。

4 GIS在入河排污口的应用

4.1 GIS技术简介

地理信息系统(Geographic Information System, 即GIS)是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，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，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。换而言之，地理信息系统就是综合管理和分析地理空间数据的一种技术系统[6，7]。GIS的功能主要包括空间数据的输入、存储、处理和输出等几个方面，地理数据的来源包括地图矢量化、遥感数据、GPS等[8～10]。

基于GIS进行南京市长江入河排口调查研究能够更高效地存储、查询、管理、利用相关数据，并为后续引入合适的数字化信息平台工作奠定坚实基础。

4.2 建立排污口数据库

将收集到的排污口资料中相关矢量信息及基础信息通过GIS图层建立对应的链接，使排污口信息与水体、类别等属性信息对应起来，初步建立长江入河排污口信息数据库，形成“一张图”数据信息管理应用体系。QGIS是全球最活跃的开源GIS桌面软件，具有丰富的功能和活跃的社区。本研究采用QGIS建立长江南京段排污口数据库，先将2460个排口数据由Excel格式转为csv纯文本格式，利用QGIS软件加载csv格式的排口数据，将其转换为地理空间数据库，排口数据库保存成功后，自动添加到地图中，选中图层即为新建的全字段排口数据图层，如图4所示。

图4 全字段排口数据

4.3 基于GIS的长江南京段排口概况

(1)按排口类型分类：研究范围内长江南京段共有入河排污口 2460个。按排污口类型分，企事业单位排污口157个、污水处理厂排污口26个、农村污水排污口88个、城镇雨污混合排污口745个、农田退水排口99个、城镇雨洪排口878个、其他排污口467个。分布比例及GIS数据库排口总分布见图5、6。

图5 入河排污口类型分布

图6 长江南京段研究区排污口总分布

(2)按行政区划分：研究范围内数量最多的是江北新区有入河排污口929个，含 306个城镇雨污混合排污口，占33%；其次是栖霞区有入河排污口601个，含253个城镇雨污混合排污口，占42.1%；最少的六合区有入河排污口24个，含4个城市雨洪排口，占16.7%，具体分布情况见图7。

图7 各辖区重点排污口分布

4.4 长江入河排污口管理现状

目前，南京市长江入河排污口信息孤岛、信息独立的问题突出。已有的多个水环境系统排污口相关平台数据独立，没有进行信息整合，不能直观地反映长江南京段入河排污口的相互影响关系。考虑到长江流域上排口数量巨大且分散，必须实现南京市水环境信息的集中管理，实现南京市水环境信息在各政府部门之间的内部共享。提高环境数据和信息的利用价值，从而实现协调经济、社会和环境的关系，进一步提高南京市水污染防治工作的科技化、信息化水平，提升水污染防治工作效率。

5 基于GIS的排口管理对策

5.1 GIS信息管理体系

长江入河排污口具有量大、面广、类型多样、情况复杂等基本特点。为进一步提高管理机构监管效能，实现精细化管理，本研究旨在利用QGIS软件系统建立长江入河排污口信息数据库，形成“一张图”信息应用体系，在此基础上，探索可持续的高效的动态化管理方法，为管理部门制定整治方案并不断规范入河排污口管理、控制入河污染物排放提供支撑。

5.1.1 功能模块建设内容

(1)GIS总览：用于展示平台所有信息的地理空间位置，以及空间位置之间的关系，反映排污口基本属性、水体基本属性与污染物排放数据的录入，排污口空间定位等，用一张图诠释长江南京段入河排污口的空间概要。

(2)数据查询：GIS数据平台需提供包括对排污口地理位置、排放去向、是否为重点排污口及污染物排放量等数据资源信息的查询，帮助更详细地了解数据，以及检查数据。

(3)数据分析：主要包括对比分析、综合分析、入江排污口专题分析，通过对数据进行智能分析，帮助快速、有效地掌握排污口信息情况。

(4)数据导出：根据管理者需求进行精准的数据汇总并导出，数据导出的结果为Excel格式文件，方便对数据的动态管理。

5.1.2 功能应用设计

(1)实现成果固定化。在日常的管理工作中，虽然收集到的数据信息很多，但由于没有进行集中管理、分类收集，更新不及时且查阅不方便等，因此既有的数据信息没有得到充分和有效的利用。GIS管理体系的建立可以将数据成果固定化，按不同类型分类归总，方便及时查阅，极大地提高了工作效率。

(2)提高了水环境管理决策的准确性。由于过去收集到的入河排污口、污染源等资料仅仅是一些文字说明和指标数据，没有地理位置的矢量信息。因此在决策分析中，无法准确定位，也就无法对其环境影响作出快速、准确的判断。基于GIS的入河排污口数据库的建立将环境要素数据以地理信息形式来管理和应用，提高了数据准确性，为决策分析提供了有力的保障。

(3)方便入河排污口监督管理。GIS管理应用可将入河排污口等诸多环境要素信息，按照不同分类方法归类管理。通过数据库提供的功能进行操作，不仅能宏观浏览入河排污口的分布情况，特别是重点排污口，同时点击排污口地标，还可以从微观具体了解到入河排污口属性和有关参数指标、资料及图片。能够进行入河排污口历史资料和现状资料的对比分析，并对行政区(或河流水系)内排污口进行统计分析等管理工作。

6 结语

GIS应用于入河排污口数据信息的管理，极大地推动了水资源保护管理工作的系统化、科学化和高效化。全面、系统、准确地将基础信息矢量化、可视化，实现信息的真正价值。本研究只是在探索系统化管理信息、推进科学化管理等方面迈出的一步，排污口的监测、溯源工作还需要进一步研究，以更好地推进入河排污口管理等各项水资源保护工作的开展。