灤河流域水質功能區基礎數據處理與專題圖制作

吳翠莉

【摘要】流域作為一個相對完整的資源管理單元和人類活動集中區域，其水環境問題是制約我國社會經濟與環境協調發展的重要因素之一。為協助開展重要江河湖泊水功能區水質安全風險典型流域調查，進行典型流域水功能區水質風險圖GIS專題圖制作，本文通過對灤河流域基本情況調查，識別主要排污企業，通過空間地理位置的比對，采用緩沖區分析方法，篩選排污企業。在此基礎上，通過遙感影像識別，辨識企業污染口數據，制作企業排污專題數據。

【關鍵詞】灤河流域；水質風險圖；大數據挖掘；空間緩沖區

【Abstract】As a relatively complete resource management unit and a concentrated area of human activities， the water environment is one of the important factors that restrict the coordinated development of society， economy and environment in china. To carry out the important rivers of water function zone of lake water quality safety risk in typical watershed investigation assistance， making typical water quality water function zone risk map GIS thematic map， the basic situation of the Luanhe River Basin， identify the main polluting enterprises， through the space location than on， using the buffer analysis method， screening of sewage enterprises. On this basis， through the remote sensing image recognition， identify enterprise pollution mouth data， making enterprise sewage thematic data.

【Key words】Luanhe River Basin；Water quality risk map；Data mining；Spatial buffer

1. 研究區概況

（1）灤河流域[1]位于華北地區東北部，北起內蒙古高原，南臨渤海，西接薊運河，東與遼河相鄰，涉及內蒙古自治區、河北和遼寧3個省（自治區）的27縣（區），流域總面積44750km2。屬于季節性河流，年際變化大，豐枯相差1.7-3.5倍[2]。

（2）農業用水浪費嚴重和工業耗水量大，未經處理的工業、生活污水直接排入河道，導致河道內水質污染嚴重。根據灤縣站測得揮發酚、暗淡的超標倍數已超《地表水環境質量標準》規定的16倍多，屬于嚴重污染河流。因此，完善專題圖制作，為重點流域提供水質管理依據是十分必要的。

2. 研究方法

2.1大數據挖掘方法。

（1）最小-最大規范化[3]

對原始數據進行線性變化，假定minA和maxA分別為屬性A的最小和最大值，最小-最大規范化計算公式如下：

把屬性A的值映射到[new_minA，new_maxA]區間內；

（2）小數定標規范化[4]

j是max（|v' |）<1最小的整數。

2.2緩沖區分析模塊。

（1）凸角圓弧法原理。

基本原理：在軸線的兩端點處用半徑為緩沖距的圓弧進行擬合，在軸線的各個轉折點處，先判斷該折點的凹凸性，然后在折點的凸側用緩沖距為半徑的圓弧擬合，而在折點的凹側處，用與該點關聯的兩條平行緩沖線的交點為對應緩沖點。由于在凸側用圓弧彌合，使凸側平行邊線與軸線等寬，在凹側，平行邊線相交在角分線上。

（2）柵格法原理。

基本思想：將點、線和面這些空間目標柵格化，向目標柵格周圍擴張，然后近邊界提取，生成矢量結果。該方法在原理上比較簡單，容易實現。

3. 數據挖掘與空間屬性分析

3.1構建污染企業分布圖。

本次采用的是網絡大數據，數據來源于國家重點監測企業信息網站。該類網站具有數據量大、覆蓋全面、信息更新快等特點，能夠有效的提取所需信息[5]。新數據庫主要針對廢水行業為目標進行構建，數據庫目標類型主要針對排放廢水可能對河流造成直接污染的企業，將其整理成主要數據庫，并將經緯度轉化為十進制經緯度便于被Arcgis識別，成果圖如下（灤河流域污水企業分布圖見圖1）：

3.2緩沖區分析。

緩沖區分析是圍繞點、線、面要素，自動建立其周圍一定距離多邊形，用以識別這些實體或主體對臨近對象的輻射范圍和影響度。根據調查研究，一般排污企業聚集在外城水系附近，根據企業占地大小的平均值，故將緩沖區設置為2km，即河道周圍2km左右的污染企業可能會就近排放入河流。最后基于企業空間地理位置和緩沖區大小進行分析，將對河流有的污染企業篩選出來，成果圖如下（水系緩沖區構建見圖2）：

4. 水質風險專題圖制作

4.1基本圖繪制。

在基礎地理圖層的基礎上，疊加污染企業排放口圖層，并添加風險圖的附加信息，圖層排列一般按點圖層在最上層，線圖層在中間，面圖層在最下層，需重點展示的圖層放在上層的原則疊放。

4.2確定繪圖規格。endprint

采用A0和A3兩種規格（A0圖紙尺寸為1189mm×841mm、A3圖紙尺寸為420mm×297mm）。

4.3圖形分幅。

在確定規格后，需要分幅繪制，主要考慮下面三點依據：①考慮縣、市級行政區劃界線進行劃分，使圖件貼合實際需要；②考慮水系，沿用自然的線狀，圖件易用易理解；③根據實際分析結果，盡可能優化組合成圖幅最少，便于圖件的管理與使用。

4.4繪制前數據準備。

（1）基礎地理數據。

采用收集的1：5000矢量數據及調查、測量補充的地圖數據，通過掃描數字化、拼接、坐標和高程轉換，制圖綜合、圖形處理等，形成符合繪制系統格式、屬性要求的基礎地理信息數據庫。

（2）數據處理要求。

繪制系統要求數據統一采用中國大地坐標系統2000（CGCS2000），高斯-克呂格投影；高程統一采用1985年國家高程基準；圖形數據采用*.shp格式。繪制采用Arcgis桌面系統編輯軟件步驟進行。依次導入流域地理數據、導入企業數據、污染排放口數據、導入相關附屬信息，創建繪制工程。成果圖件包括電子圖和紙質圖兩種數據形式。每個風險點包括兩個地圖文檔，流域基礎地圖與污染口專題地圖均為mxd格式，成果圖由制圖系統整飾后輸出為jpg格式（水質風險專題圖見圖3）。

5. 結論

本次研究結論如下：

（1）在典型流域進行基礎資料大數據進行搜集時，篩選出了特征信息。

（2）對特征信息進行挖掘，通過數據變換和挖掘提高了挖掘數據的精度和代表性。把不同來源、格式、特點性質的數據在邏輯上或物理上有機的集中，建立了數據庫，為后續工作提供全面的數據支撐。

（3）在基礎地理圖層的基礎上，疊加污染企業排放口圖層，并添加風險圖的附加信息，制作水質風險專題圖。

參考文獻

[1]史曉亮，楊志勇，嚴登華，等. 灤河流域土地利用/覆被變化的水文響應[J]. 水科學進展，2014，25（1）：21-27.

[2]解瑩，李叔勇，王慧亮，等. 灤河流域上游地區主要河流水污染特征及評價[J]. 環境科學學報，2012，32（3）：645-653.

[3]路獻品，王剛，陳寧，等. 灤河流域水資源開發的水文效應及其生態環境響應[J]. 環境保護科學，2014，40（1）：645-653.

[4]蔡維玲，陳東霞. 數據規范化方法對K近鄰分類器的影響[J]. 計算機工程，2010，36（22）：175-177.

[5]卿曉霞，肖丹，王波. 能耗實時監測的數據挖掘方法[J]. 重慶大學學報，2012，35（7）：133-137.endprint