GIS在南京長江入河排污口信息管理系統的應用

韓 琳，閔興華，呂 婷，金 哲，俞 欣

(南京市生態環境保護科學研究院，江蘇 南京 210013)

1 引言

隨著經濟社會的高速發展以及城市人口的快速增長，南京市工業廢水和生活污水排放量大幅增加，據統計，2019年南京市廢水排放總量9.95億t，其中工業廢水排放量1.45億t，生活污水排放量8.5億t[1]；2019年南京市重點工業企業廢水排放量為9757萬t，按水系劃分，排入長江南京段干流的工業廢水量分別為9091萬t[2]，占全市工業廢水排放總量62.8%，大量污水通過沿岸排污口排入長江，嚴重影響長江南京段的水質狀況，威脅集中式飲用水源保護的安全，制約社會和經濟的可持續發展。

2 長江南京段水環境質量

(1)干流水環境：2019年，長江南京段干流7個斷面水質均為Ⅱ類，Ⅰ-Ⅲ類水斷面比例為100%，水質狀況為優。主要監測指標總磷和氨氮濃度沿程波動較小，趨于穩定。2019年長江干流氨氮總磷沿程變化趨勢圖見圖1。

(2)主要支流：2019年，28條主要入江河流中，Ⅰ-Ⅲ類水比例60.7%，劣Ⅴ類水比例為25.0%，水質總體狀況為中度污染，分布餅圖見圖2。主要污染指標為氨氮、總磷和生化需氧量，超Ⅲ類標準斷面比率分別為39.3%、32.1%和17.9%。

圖2 主要入江支流2019年水質類別比例

與上年相比，長江主要支流Ⅰ-Ⅲ類水比例上升35.7%，劣Ⅴ類水比例下降17.9%，水質狀況由重度污染轉為中度污染。

由于沿江大部分企業排污口和城市綜合排污口直接排放污廢水，導致全流域水污染呈加重趨勢，長江干流岸邊污染帶長度逐年增加，沿江多個主要取水口均已不同程度地受到岸邊污染帶的影響。因此，要想改善長江南京段現階段面臨的水環境問題，首先要從入河排污口抓起，將污染物進入長江的最后一道“閘口”管理好，提高長江水環境質量和生態環境安全[3～5]。

3 長江南京段排口總體概況

(1)研究范圍：本次研究的范圍以南京市行政區域內的長江干流為重點，開展入河排污口信息整合，共涉及江北新區及7個行政區。長江干流排查范圍以南側現狀岸線為基準向陸地一側延伸2 km，以北側現狀岸線為基準向陸地一側延伸3 km。本次排查的對象為直接通過溝、渠、管道等設施向長江排放污水的排污口，還包括所有通過河流、灘涂、濕地等間接排放廢水的排污口。

(2)總體概況：根據相關部門核查數據統計結果可知，研究范圍內長江南京段排污口共有2460個。其中江北新區、棲霞區分布較多，其余區相對較少。具體分布情況如圖3。

圖3 長江南京段各轄區排污口數量情況

如圖3所示，長江入河排污口有三個特點：一是總數多，研究范圍內統計核查出各類長江入河排污口2460個，其中規模以上80個。二是涉及轄區廣，排污口分布涉及全市7個區及江北新區，其中江北新區最多，占全市入河排污口總數的38%，六合區最少，占全市入河排污口1%。三是性質復雜，多數入河排污口都同時具有排污、排澇、排水等多種性質屬性，特別是有些農村地區生活污水入河排污口普遍兼有排污排澇功能。

目前，由于各部門匯總的排污口基礎信息資料都是通過文字材料或者表格形式存檔，形成一種調查、收集、存檔的的單一工作流程，極大地降低了數據使用率，為后續排污口的動態管理帶來了不便。因此，亟需一種可實現排污口的及時性、動態化性、可視化的數據存儲方式來完善管理制度，以促進南京長江水環境的協調發展。

4 GIS在入河排污口的應用

4.1 GIS技術簡介

地理信息系統(Geographic Information System, 即GIS)是以地理空間數據庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，運用系統工程和信息科學的理論，科學管理和綜合分析具有空間內涵的地理數據，以提供管理、決策等所需信息的技術系統。換而言之，地理信息系統就是綜合管理和分析地理空間數據的一種技術系統[6，7]。GIS的功能主要包括空間數據的輸入、存儲、處理和輸出等幾個方面，地理數據的來源包括地圖矢量化、遙感數據、GPS等[8～10]。

基于GIS進行南京市長江入河排口調查研究能夠更高效地存儲、查詢、管理、利用相關數據，并為后續引入合適的數字化信息平臺工作奠定堅實基礎。

4.2 建立排污口數據庫

將收集到的排污口資料中相關矢量信息及基礎信息通過GIS圖層建立對應的鏈接，使排污口信息與水體、類別等屬性信息對應起來，初步建立長江入河排污口信息數據庫，形成“一張圖”數據信息管理應用體系。QGIS是全球最活躍的開源GIS桌面軟件，具有豐富的功能和活躍的社區。本研究采用QGIS建立長江南京段排污口數據庫，先將2460個排口數據由Excel格式轉為csv純文本格式，利用QGIS軟件加載csv格式的排口數據，將其轉換為地理空間數據庫，排口數據庫保存成功后，自動添加到地圖中，選中圖層即為新建的全字段排口數據圖層，如圖4所示。

圖4 全字段排口數據

4.3 基于GIS的長江南京段排口概況

(1)按排口類型分類：研究范圍內長江南京段共有入河排污口 2460個。按排污口類型分，企事業單位排污口157個、污水處理廠排污口26個、農村污水排污口88個、城鎮雨污混合排污口745個、農田退水排口99個、城鎮雨洪排口878個、其他排污口467個。分布比例及GIS數據庫排口總分布見圖5、6。

圖5 入河排污口類型分布

圖6 長江南京段研究區排污口總分布

(2)按行政區劃分：研究范圍內數量最多的是江北新區有入河排污口929個，含 306個城鎮雨污混合排污口，占33%；其次是棲霞區有入河排污口601個，含253個城鎮雨污混合排污口，占42.1%；最少的六合區有入河排污口24個，含4個城市雨洪排口，占16.7%，具體分布情況見圖7。

圖7 各轄區重點排污口分布

4.4 長江入河排污口管理現狀

目前，南京市長江入河排污口信息孤島、信息獨立的問題突出。已有的多個水環境系統排污口相關平臺數據獨立，沒有進行信息整合，不能直觀地反映長江南京段入河排污口的相互影響關系。考慮到長江流域上排口數量巨大且分散，必須實現南京市水環境信息的集中管理，實現南京市水環境信息在各政府部門之間的內部共享。提高環境數據和信息的利用價值，從而實現協調經濟、社會和環境的關系，進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的排口管理對策

5.1 GIS信息管理體系

長江入河排污口具有量大、面廣、類型多樣、情況復雜等基本特點。為進一步提高管理機構監管效能，實現精細化管理，本研究旨在利用QGIS軟件系統建立長江入河排污口信息數據庫，形成“一張圖”信息應用體系，在此基礎上，探索可持續的高效的動態化管理方法，為管理部門制定整治方案并不斷規范入河排污口管理、控制入河污染物排放提供支撐。

5.1.1 功能模塊建設內容

(1)GIS總覽：用于展示平臺所有信息的地理空間位置，以及空間位置之間的關系，反映排污口基本屬性、水體基本屬性與污染物排放數據的錄入，排污口空間定位等，用一張圖詮釋長江南京段入河排污口的空間概要。

(2)數據查詢：GIS數據平臺需提供包括對排污口地理位置、排放去向、是否為重點排污口及污染物排放量等數據資源信息的查詢，幫助更詳細地了解數據，以及檢查數據。

(3)數據分析：主要包括對比分析、綜合分析、入江排污口專題分析，通過對數據進行智能分析，幫助快速、有效地掌握排污口信息情況。

(4)數據導出：根據管理者需求進行精準的數據匯總并導出，數據導出的結果為Excel格式文件，方便對數據的動態管理。

5.1.2 功能應用設計

(1)實現成果固定化。在日常的管理工作中，雖然收集到的數據信息很多，但由于沒有進行集中管理、分類收集，更新不及時且查閱不方便等，因此既有的數據信息沒有得到充分和有效的利用。GIS管理體系的建立可以將數據成果固定化，按不同類型分類歸總，方便及時查閱，極大地提高了工作效率。

(2)提高了水環境管理決策的準確性。由于過去收集到的入河排污口、污染源等資料僅僅是一些文字說明和指標數據，沒有地理位置的矢量信息。因此在決策分析中，無法準確定位，也就無法對其環境影響作出快速、準確的判斷。基于GIS的入河排污口數據庫的建立將環境要素數據以地理信息形式來管理和應用，提高了數據準確性，為決策分析提供了有力的保障。

(3)方便入河排污口監督管理。GIS管理應用可將入河排污口等諸多環境要素信息，按照不同分類方法歸類管理。通過數據庫提供的功能進行操作，不僅能宏觀瀏覽入河排污口的分布情況，特別是重點排污口，同時點擊排污口地標，還可以從微觀具體了解到入河排污口屬性和有關參數指標、資料及圖片。能夠進行入河排污口歷史資料和現狀資料的對比分析，并對行政區(或河流水系)內排污口進行統計分析等管理工作。

6 結語

GIS應用于入河排污口數據信息的管理，極大地推動了水資源保護管理工作的系統化、科學化和高效化。全面、系統、準確地將基礎信息矢量化、可視化，實現信息的真正價值。本研究只是在探索系統化管理信息、推進科學化管理等方面邁出的一步，排污口的監測、溯源工作還需要進一步研究，以更好地推進入河排污口管理等各項水資源保護工作的開展。