1數據的管理與處理

GIS數據管理和處理的功能十分強大袁能夠對多種地理空間實體數據及其關系淵包括空間位置數據堯地形數據堯感影像數據堯屬性數據等各種數據冤進行處理和分析袁實現空間處理和可視化。

1.1數據庫技術

農業面源污染涉及到大量的空間數據袁主要包括行政區劃數據堯農戶基本情況堯化肥農藥采樣數據堯流域降雨量堯統計年鑒堯土壤類型數據堯數據高程數據digitalelevationmodel袁DEM冤堯土地利用數據堯河網數據等以及各個數據相關描述性材料由于利用傳統的機理環境模型無法自動完成這些數據的前期處理袁也無法完成后期的可視化工作袁致使傳統的模型的應用得到限制而GIS具有強大的空間數據管理功能袁不僅能夠分類堯存儲堯修改堯查詢堯管理和顯示這些數據袁還能夠建立空間信息與屬性信息相互關聯袁最重要的是GIS能將不同來源的空間信息及其相互關系方便地顯示出來。

1.2數據處理

GIS具有強大的空間分析功能袁在基礎數據的獲取堯屬性數據和柵格數據的數值計算堯空間數據的分析等方面應用很廣泛在數據獲取上袁金 苗等使用ArcGISExplorer軟件獲取太湖流域感圖像袁并計算太湖流域耕地面積曰在數值計算上袁史健鵬等以GIS為平臺估算其耕地面積和化肥的科學施用量袁成杰民等用GIS軟件的空間分析野區類統計冶命令袁按照南四湖沿岸不同的鄉鎮為區類進行統計袁整理確定USLE模型下南四湖沿岸的氮磷流失情況曰姜世英等以GIS為手段進行農業面源污染PSR評價在空間數據處理上袁劉建昌等對流域DEM進行3D分析袁提取坡度坡長圖袁求出地面表面積袁WANG et al利用SWAT模型根據土壤特征進行土壤分類袁根據其空間分布特征得到關鍵風險區域分布曰萬 超等通過ArcView的AvSWAT擴展模塊袁利用DEM進行匯流分析可以生成河網袁進而劃分子流域GIS的空間分析功能能直觀地解析出研究區農業面源污染的時空動態變化情況袁從而為面源污染的時空分異研究提供依據。

2模型集成與信息系統開發

2.1模型集成

GIS技術具有高效堯靈活堯直觀等優點袁有著強大的空間數據處理能力袁適合于像面源污染這種復雜現象的研究將GIS與各類面源污染模型相結合袁一直是國外面源研究的熱點如GIS與NLEAP模型堯GIS與DRASTIC模型堯GIS與SWAT模型堯GIS與USLE模型堯ARC/INFO與CMLS模型堯ARC/INFO與AGNPS模型等國內農業面源模型研究起步相對較晚袁但自21世紀初以來袁AGNPS模型堯AnnAGNPS模型堯SWAT模型等與GIS的結合發展迅速袁并得到廣泛的應用如趙 剛等將AGNPS模型與GIS技術結合袁運用于云南省撈魚河小流域試驗區袁并模擬評價幾種常用的土壤侵蝕控制措施的應用效果黃金良等在中國東南丘陵山區九龍江流域借助GIS和相關資料確定模型參數袁檢驗了連續要分布式參數模型AnnAGNPS模型的適用性蘇保林等以密云水庫流域為研究背景袁建立了基于SWAT模型的密云水庫流域面源模型系統袁并采用長系列實測數據對模型系統進行了參數確定和模型驗證此外袁近年國內新引進了一些面源污染的綜合模型袁如HSPF模型堯CREAMS模型堯ULES模型堯GLEAMS模型也得到了應用GIS與面源模型的集成不僅可以在模型的不同模塊之間方便地完成數據交換堯信息共享與反饋袁還可以將模擬結果以生動形象的圖形方式呈現給環境管理人員袁并且以這些信息為基礎袁完成相關流域水質多情景的預測堯判斷和分析。

2.2面源信息系統開發

隨著面源污染研究模型的演進與發展袁以及信息化普及的要求袁農業面源信息管理系統的開發與應用勢在必行袁結合數據庫技術堯空間信息技術堯虛擬可視化等技術也是形勢所趨系統開發的模塊主要是針對污染過程的模擬堯污染負荷的核算堯污染源的監管等幾個方面王云鵬利用感和GIS技術建立面源信息系統并以深圳為例介紹了基于感和GIS的NPSIS的建立方法袁建立了基于面源信息系統的分析計算模塊袁并進行了初步的面源計算與分析施加春等通過利用GIS及其相關技術袁特別是網絡地理信息系統淵WebGIS冤技術淵ArcIMS堯ArcSDE冤的應用袁建立了一個基于WebGIS的農業面源污染信息系統淵ANPSPIS冤王玉坤等借助GIS實現對上海農田化肥農藥使用的監測和管理系統的設計王依賀等對北京市大興區的農業面源污染普査數據及業務進行了詳細分析袁對縣域農業面源污染普查系統設計思想及實現方案進行論述面源信息系統的自行開發不僅可以改進面源模型堯修改污染負荷核算方法袁還可以自行定制數據分析和滿足特殊業務需求。

3其他應用

3.1可視化表達

農業面源污染研究中的可視化主要是指對風險源分布堯污染程度堯流域河網等的空間可視化表達GIS技術的可視化表達主要有2個方面袁一方面是通過與模型的集成袁在GIS軟件中直接繪圖顯示曰另一方面是獨立開發面源信息系統袁再進行袁編程實現矢量圖形的電子形式表達和圖片的輸出董亮借助GIS軟件GRASS繪制了DRASTIC風險圖堯LDRASTIC風險圖堯地下水風險分級圖萬 超等利用ArcView軟件的一個擴展模塊AvSWAT劃分區域子流域和河網葉 春等利用GIS空間分析功能袁將N堯P分布密度標準化處理袁通過GIS軟件顯示制圖袁繪制了N堯P污染指數圖曰劉建昌等利用ArcGIS對DEM進行3D分析袁提取坡度坡長圖WANG et al基于SWAT模型繪制了土壤侵蝕的關鍵風險分布圖徐麗萍等通過統計新疆地區農藥堯化肥投入密度袁利用GIS軟件渲染功能袁分級劃定實現農藥化肥污染程度分布空間表達。

3.2風險評估

識別流域內關鍵源區并加以重點控制是流域面源污染治理的最有效手段目前袁基于GIS的農業面源污染風險評估主要集中在污染物的分布確定堯水土分布流失風險區確定堯關鍵源區識別方法制定等幾個方面雷能忠等在GIS支持下袁實現模型所需數據的提取及分析運算袁獲得多尺度農業面源污染風險程度分布圖袁為農業面源污染控制提供工作目標區WANG et al根據觀測數據對SWAT模型進行驗證和率定袁并利用SWAT模型進行模擬袁揭示了清江流域面源污染的時空分布特征袁確定了清江流域水土流失風險區宋月君等以GIS的空間分析功能和養分平衡計算等方法為依托袁參照國際常用的磷指數法袁對黃河流域主要農用地進行農業面源磷污染風險評價張汪壽結合面源污染和水系污染野外監測袁最終提出平原區關鍵源區的識別方法和技術流程。

4結語

GIS憑借在空間信息處理堯數據庫技術堯數學計算堯可視化表達等多方面的優勢袁廣泛地被應用到農業面源污染研究中數據庫技術為農業面源污染提供了最底層的數據管理袁數據處理為模型的參數和必備圖層提供了初始條件袁可視化表達為結果的輸出提供了形象的表達袁GIS與面源模型的結合充分地利用了其強大的空間分析功能袁同時也完善了面源模型的發展自GIS被引入到農業面源污染研究中以來袁污染負荷核算和模型集成一直是研究的熱點袁近年來袁面源污染的時空分布特征和空間分異性研究逐漸成為熱點袁但隨著WebGIS和組件式地理信息系統淵ComGIS冤的興起和發展袁為農業面源污染研究提供了新的契機和活力袁使得農業污染信息的發布和與農業面源污染模型結合變得更加方便但目前基于WebGIS和ComGIS的研究尚不多見袁這2個方面的研究將是基于GIS技術農業面源研究的方向。

作者：毛鹍 周美春 胡國仲 單位：江蘇省常州市環境科學研究院