基于GIS的城市污水排放管理信息系统设计方案
——以澄海市区为例
指导教师：张琴
组员：林越、许钊敏、林舜静
摘要：本文分析了澄海区污水排放现状，指出了澄海区现污水排放系统存在的问题，并在此基础上，提出解决问题的办法和途径，即利用GIS技术，建立澄海区污水排放管理信息系统。该系统就污水监测管理、污染源管理及系统维护等方面进行了研究和设计。城市污水排放管理信息系统，将GIS应用技术和城市基础设施建设相结合，是城区污水排放管理现代化和信息化的一个重要手段，该系统将对澄海区污水排放进行现代化的规划和管理，使城市污水排放管理向现代化、信息化和系统化方向发展。
关键字：GIS 污水处理 污水排放管理 1引言
汕头市澄海区属南亚热带季风气候，位于粤东沿海韩江下游三角洲的潮汕平原，地势低洼，东部濒临南海，海岸线冗长。韩江下游5条支流有3条横贯区域入海，境内河流交错，总面积345.23平方公里，总人口71.37万。澄海是全国闻名的玩具工艺品、毛织服装生产出口基地，是食品加工、五金机械、精细化工、建筑材料和包装材料等工业部门较发达的地区。改革开放以来,澄海经济呈现飞速发展的势头,但同时工业对环境的影响也愈加突出。据统计全市废水排放总量为16231.22万吨，其中工业废水4408.22万吨，占27.16%。而为我区经济增长作出巨大贡献的电力、纺织、造纸、化工却是我区主要的水污染行业；同时，农业废水的违规排放也对澄海区水环境造成了较大影响。而目前我区的污水处理率仅39.94%，污水排放管道等配套基础设施的建设还相对滞后。面对这种情况，我们必须找出一种有效的方法来提高污水管理能力，实现污水排放的科学化管理。 GIS是近年来新起的广泛应用于城市基础设施建设的规划和管理的科学技术。为了有效的解决城市污水排放管理问题，本文结合澄海区的实际情况，利用GIS技术设计城市污水排放管理系统，实现对澄海污水排放的统筹管理，以更好的为澄海人民生产和生活服务。
2 系统设计原则与总体框架 2．1系统设计原则
随着科学技术发展日新月异，计算机应用领域不断扩宽，系统的设计首先是考虑到实用性，即实用性原则。由于城市生产和生活污水不断增多，污水排放负荷较大，为确保污水排放的顺畅，提高污水
排放的现代化管理水平，更好的为市区经济发展服务，则需要本着能解决排水网络运行中存在的实际问题的原则，进行整体规划。无论是硬件平台，还是软件功能等方面，必须能够满足城市整个污水排放管理的需要，提高工作效率和污水排放管理水平。
2．2系统设计总体框架
利用GIS进行污水排放管理不但能建立专有的管理信息系统，提高对污水排放管网的管理水平，而且GIS系统能够存储全部的网管图形和属性数据信息，并可以随时更新数据，能方便的对管息进行数据监控、空间查询、空间分析、获取任何时间任何地点的污水排放信息，减少环境污染。
澄海市区污水排放管理系统 污水监测管理污染源管理 系统维护 相关法律 污水数据获取 污水数据查询 污水数据评价分析 污染源监测 污染源数据管理 日常维护 突突发事故处理
图1 城市污水排放管理信息系统总体框架
3 城市污水排放管理信息系统的设计与实现 3．1污水监测管理子系统
该子系统能快速地获取污水水质及水流流量等基本信息,并对其进行统计、分析、评价，用户能方便快捷地进行实时查询，从而进行科学合理地分析，具体功能如下： 3．1．1 污水数据获取 （1）自动监测站设置
在管网中根据污染源的分布情况，合理地设置自动监测点，如图2澄海区排污管道及监测点设计示意图。该图是笔者在现有澄海污水排放管道基础上设计的较科学和合理的污水排放管道网图。污水监测管理子系统可自动分析并智能设置监测点，图中监测点大都布局在主要排污管道及污水处理厂附近，这样可及时生成排放水的水质及流量等数据报告，使其能快速真实地反映管网的污水排放信息，方便人们的决策。
图例 排污管道 监测点 污水处理厂 图2 澄海区排污管道及监测点设计示意图
（2） 获取实时数据
通过自动监测站中的各种传感器，采集污水的主要数据如：主要污染物含量、水位、水流量，并进入该站点的处理器。通过有线传输或无线传输的方式，将数据输送到主系统的数据库并储存起来。
3．1．2 污水数据查询系统
（1）监测站的数据查询
用户通过主系统中的应用模块，获取各监测站的分布图，通过开启各站点的数据查询系统，准确地查询该站点获取的污水基本信息，方便快捷地进行实时监控。
（2）水管断面监测
系统对各监测站获取的污水水位及水流量的数据进行分析处理，形成管网的三维模型。用户通过点击三维模型中的管段，得到该管段的断面，从而直观、快捷地获得管中污水水位及水流量的信息。
3．1．3 污水数据评价分析系统
数据评价分析系统结构可划分为三层：底层为支撑层，主要有水质动态数据库、污染源数据库、空间数据库和水质评价模型库等组成；第二层为功能层，主要由水质数据管理、GIS数据管理、水质数据统计分析、水质综合评价等功能模块组成；顶层为控制层，主要由基于GIS的人机交互界面和界面内的总控菜单组成。
图3数据分析评价系统示意图
（1）常规的统计分析
对获取的数据进行分类统计，并进行相关的对比，可生成如：空
间分布直观图、空间趋势分布图、变差分布图等
（2） 水化学的分析
进行水样数据的分析，分析出水样的主要化学成份及含量，并
与相关水质标准进行对比分析，监测污水的排放是否达标，用图表如：玫瑰花图、Piper水样图分析（见图4）等形式显示出来。
(3)水质影响与预测分析
对水质状况进行分析，评价其对环境的相关影响，预测其发展情况，以便相关部门及人员科学地进行决策。
同时，在较大排污管道汇集口和出海口设置视像仪器，透过影像仪器实时追踪，通过对水质的监测分析，可将污水通过处理厂进行处理，提取水中有毒物质（如重金属），将其回收再次利用。再将处理好的水进行监测，分类处理。一类属不可再利用的，将其排放到相应排污的管道或河流。一类可再利用的，将其通过特殊管道运输到农业用水去再次利用。以上这一切都通过该系统进行全天候监测和管理，并会对相应数据进行分类储存。
3．2 污染源管理子系统
该子系统是城市污水排放管理信息系统的重要组成，主要功能如下：
3．2．1 污染源监测
在主要排污工厂（如造纸厂）定点监测。在排污口设置视像仪器，以及一些对污水进行监测的传感器，及时将获取的信息传输到主系统，并通过系统进行分析。一旦发现污水超标的违法现象，就发出警告信息并通知相应部门对其进行处理。
3．2．2污染源数据管理
（1）图形显示
显示澄海区行政区域图及主要农业工业区。在此基础上分别显示污染源的分布情况和污水质量分布图。
（2）数据查询
可进行空间查询，包括：污染源空间查询、网格空间查询和工厂空间查询。
污染源空间查询包含两个内容：一是查看某一空间位置上污染源状况；二是已知某一污染源，查看其空间位置。
工厂空间查询：查看某一管道污染物排放量，允许排放量以及削
减量状况。
网格空间查询：查看某一空间网格（1km×1km）中污染物排放量, 允许排放量以及削减量状况。
（3） 数据分析处理
提供对水污染源数据的动态管理，具有对水污染源数据录入、变更、增加、删除、计算统计、报表、检索等功能，以便于日常工作的管理使用。
3．3 系统维护
系统维护主要包括日常维护和突发事故处理两大部分。
3．3．1日常维护
日常维护主要包括系统运行维护、管网维护及监测设备维护。 （1）系统运行维护：定期检测系统各程序运行情况，及时升级。 （2）管网维护：定期对排污管道进行检修，确保管道安全、顺畅。
3．3．2突发事故处理
突发事故的处理主要包括对管道、排污口堵塞或危险化学物品在运输途中泄露流进下水道等情况的及时定位、诊断和检修等。
（1）排水决策辅助的功能
在雨季及台风季节时，澄海地区地势较低，容易发生积水情况。如今年5月18日凌晨2：15在广东省饶平到澄海之间沿海登陆的台风“珍珠”带来的大量降水，就在许多地方造成淹水，给人们带来很大的生活不便和经济损失。排水任务十分艰巨，要求及时掌握雨情和排水管的流量状况，并尽可能对降雨积水作出预测，采取措施，减少积水的发生。
积水分析与预测：值班操作人员只要在计算机上输入路名，系统就能自动定位并显示以这条路为中心的管道图、管道流量及水位状况，并分析出可能积水地区、重点防范地区或积水区的二维空间分布。在这基础上，圈定需关注的范围。利用GIS的综合空间信息分析功能，将这个范围与信息库中丰富的社会信息和地理信息（如：重要建筑物和单位的分布、人口密度、财产分布等）进行叠加分析，就可以提取有意义的综合信息，这些信息为决策提供科学的依据。
4 相关法律
该系统能够对城市污水排放进行有效管理，但它的顺畅施行还需要相关法律的约束。所以笔者特别设计了这个环节，根据排污情况依据相关征收排污费。同时，一旦监测到的数据超标（排污量、水质），系统可自动查询显示相关的法律法规，并能智能分析与之有关的处罚办法供决策者参考。该系统主要的参考法律主要有：《中华人民共和国水污染防治法》、《排污费资金收缴使用管理办法》、《广东省韩江流域水质保护条例》、《汕头市生活饮用水源保护条例》等 通过法制手段加强建设项目环境管理，控制新污染源，强化工业废水污染源管理，推行排污许可证和污染物总量控制，做到增产不增污。对污染物超标的企业要实施限期整改或限期治理，落实和完善其防治污染设施，确保全市重点工业污染源全面达标。
结束语
城市污水排放管理信息系统，将GIS应用技术和城市基础设施建设相结合，是城市污水排放管理网络化和信息化的一个重要手段。本文所设计的管理系统将为有关部门管理工作带来极大的便利。通过应用该系统能够对城市污水排放进行科学化、系统化及数字化管理。实现管理和办公现代化，实现信息共享，在决策支持系统的支撑下，实现污水排放管理指挥调度自动化和合理化，从而减少污染，改善水生态环境，使人口、生态环境与我区经济协调发展，不断满足人们生产、生活高质量和高水平的需求。
参考文献
（1） 修文群 城市地理信息系统 北京：希望电子工业出版社 2002 （2） 杨华斌 广东汕头市澄海区水资源管理初探 《水利科技译文
集》2005年第4期
（3） 王旭东 徐素宁 武强 张伟 基于ArcGIS的天津市地下水环境
质量评价系统
（4） 广东省环境信息中心 汕头市环保网
