WASP水质模型和GIS空间分析在水污染监测中的集成应用

方案进行了模拟计算；杨家宽等[13]运用WAST6预测南水北调后襄樊段的水质。

2 GIS空间分析方法

（1）空间表达的变换分析。将空间数据从一种表达方式变换为另一种表达方式，常常能凸显出空间数据的另外一些特征信息。在江河水污染检测中对遥感影像或者扫描图像进行矢量化，提取河岸线矢量数据，也可对不同程度污染的水域赋予不同深度的颜色，突出污染的范围和污染程度。

（2）空间几何关系的分析。空间几何分析是分析空间目标的位置、形状、距离、方位等基本几何特征相关联的空间关系，主要包括缓冲分析、叠置分析、网络分析等。缓冲分析可用于分析某一被污染的河流水域对周围生态植物的影响；叠置分析可将历年江河水质受污染情况进行比较，分析水污染扩展的方向、速度和程度。网络分析可追踪河流的污染源，河流污水出口等情况。

（3）空间统计分析。空间统计学分析可研究河流水污染的变化规律，根据多年的数据和算法，对河流水污染进行建模和分析，例如可根据某一河流十年的水质质量数据进行统计分析，得出水体污染物类别，含量，增减状况，为后期河流污染治理提供科学依据。

3 水质模型与GIS空间分析集成

WASP模型具有良好的灵活性[1]，能与其它模型很好地耦合，进行二次开发，使水质模拟达到更加完善的效果。将GIS与WASP模型集成进行研究是今后主要的研究方向之一，这项研究已在许多实际工程中得到了广泛地应用，并取得了良好的成效。马蔚纯[14]等基于GIS平台运用WASP模型对上海市苏州河进行水质模拟；江毓武[15]等在厦门海域运用GIS于水质模型集成；张行南[16]等通过对水质模型在GIS平台上的集成进行研究，建设了江苏省水环境容量信息管理系统等，都取得了良好结果。

水污染是一项综合整治项目，涉及人与环境的各个方面，需要建立空间数据库、属性数据库、模型数据库等，全流域的经济发展、工业布局、人口数量、人文信息、用水程度，水体自净能力和水体的功能、级别等建立属性数据库；航空影像、卫星影像、各种专题图、地形图、GPS实时观测数据及各种统计数据等建立空间数据库；建立有关的自然经济和社会信息数据库建立整个流域范围及各相关城镇的空间数据库。根据各种水质模型建立模型数据库。将GIS空间分析技术与水质模型集成，建立各种水质评价和预测模型进行多模型的综合评价，减少单一模型方法的缺陷提高水质预测的准确度。构思如图2所示。

在水质污染监测中，GIS作为水质模型的数据库管理工具。水质模型建立之初所需的大量相关的地形、水、土壤、气候以及经济、人口统计数据可以通过建立GIS数据库来管理空间和属性特征数据[17]。GIS确定水域研究区域边界，控制单元划分。在水质二维模型的建立中，GIS对研究地区进行格网的剖分，并且自动获得网格结点或中心点的数据，用来表示各种模型参数的空间分布[18]。水质模型的模拟结果的可视化表达[19]。利用GIS，水质模型计算得到的模拟结果为离散点数据，可经过插值算法得到污染物浓度的等值线图。如根据污染物浓度值的大小以颜色的深浅显示（浓度越高颜色越深）。这些等值线有利于直观地进行模型正确性的验证，为环境水质预测提供可靠依据。

4 地理信息系统与水质模型集成存在一些问题

（1）是数据格式转换问题，由于模型和GIS之间通常选取了不同形式和结构的数据，它们之间的数据交换是很难实现；（2）GIS的数据模型仍与各种环境模型的时空数据结构不匹配，GIS软件系统还不具备能够同时高效处理空间和时间数据的能力；（3）系统的集成并不是GIS模块与模型系统模块以及其他软件模块之间的简单堆叠，而是各种模块经过修改后有机地组合过程。（4）GIS与水质模型的集成的另一技术困难为计算机编程语言的选择。并且，要求模型建模人员必须熟悉GIS的基本功能，并充分考虑GIS的数据结构， 从而在彼此之间找到共同的基础。

5 结语

水质模型是一种数学模型，它在数值计算、参数率定上具有长处，但在数据管理和维护、模拟结果表现及空间分析上能力有限，为了提高水质模型的预测、模拟能力及易用性，将水质模型与地理信息系统（GIS）技术集成，按照集成程度的不同可采用松散的集成、紧密的耦合或者完全集成的三种方式[20]，不仅提高水质模型的应用效率，也充分发挥了GIS空间分析的功能。这是该文探讨的思路来源，也是解决水污染监测的技术方案，文中将GIS空间分析技术用于水污染监测中，根据数据库、知识库、模型库的建立，最后得到水污染的监测方案。

参考文献

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