何強，龍騰銳，李惠鵬
(重慶大學B區城市建設學院，重慶400045)

　　摘　要：水污染控制規劃系統涉及的內容廣泛復雜，數據眾多，因此數據管理十分重要。應用地理信息系統(GIS)技術建立了水污染控制規劃空間數據庫和屬性數據庫，較好地實現了數據的高效、方便和動態管理。
　　關鍵詞：水污染控制規劃；數據管理；數據庫；地理信息系統
　　中圖分類號：X52
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1000-4602(2001)07-0014-03

Study on Data Management for Water Pollution Control Planning
HE Qiang，LONG Teng-rui，LI Hui-peng
(Faculty of Urban Construction Engineering,B Campus of Chongqing University,Chon
gqing 400045,China)

　　Abstract：Water pollution control planning system covers extensive and complicated contents and many data,and so data management is very important.The spatial database and attributive database for water pollution control planning were established by applying geographical information system (GIS),and thereby the effective,convenient,and dynamic management of data can be achieved.
　　Keywords:water pollution control planning;data management;database;geographical information system

　　水污染控制規劃是一個多層次、多變量、多目標的復雜系統，系統的時空尺度很大，涉及的數據眾多復雜，傳統的手工管理已不能適應現代化的需要和數據更新要求。隨著信息技術的發展和信息時代的到來，將信息技術應用于水污染控制規劃已是必然。因此，應用地理信息系統(GIS)技術建立的水污染控制規劃，使流域水污染控制規劃具備了動態、實時和直觀的特點，為決策者提供了輔助決策支持，同時也提高了水污染控制規劃的水平。而應用數據庫技術對水污染控制規劃所涉及的數據進行高效有序的管理，是建立水污染控制規劃地理信息系統的基礎。為說明方便起見，以重慶三峽庫區的鳳嘴江為例進行論述。

1　水污染控制規劃的數據及數據庫

1.1 水污染控制規劃的數據
　　水污染控制規劃就是在污染源調查和水質現狀評價的基礎上，根據相關的水質目標和數學模型確定河段的環境容量，從而確定流域內污染物的允許排放量或削減量，結合技術經濟指標優化出實施方案。由此可知，水污染控制規劃所需數據眾多，涉及社會、經濟、環境、水文、地理等多個方面，但對于GIS的數據管理來說，這些數據可以分為兩大類。一類是空間數據(Spatial Data)，即與空間位置相關的信息，如地形圖、污染源位置、監測斷面位置、次級河流分布等；另一類是屬性數據(Attribute Data)，即描述空間實體性質的數據，如水污染指標、污染源的污染物量、污染性質、人口和經濟指標等。另外，規劃需用到的相關規范、規定、條例、數學模型、費用函數等也可作為數據統一管理，以便于查找。
　　鳳嘴江是烏江的主要支流，發源于著名的金佛山，流經南川市、武隆縣，最終匯入長江三峽水庫。全長約76.9 km，流域面積為914.01km²，河流平均寬度為40.45 m，多年平均徑流量為18.35m³/s，洪峰流量(P=1%)為1 767m³/s。設有5個監測斷面，即永安、福南橋、新橋、鳴玉和大溪河斷面，有6條支流，即石鐘溪、半溪河、龍巖江、黑溪河、龍川江和魚泉河。鳳嘴江污染物主要來源有點源和面源。點源包括：沿江大型工業污染源廢水排放口、集中式城市污水排放口、直接匯入干流的次級河流等；面源包括：沿江分散的小型工業企業和居民點的廢水、沿江堆放的生活垃圾的雨水淋溶沖刷物、農田和城市徑流產生的污染物等。
　　根據當地環保局對鳳嘴江的多年監測資料，目前鳳嘴江各斷面已受到不同程度的污染，1999年接納的廢水總量達3 200×10⁴m³，個別斷面水質已超過Ⅲ類，主要污染物有COD、BOD₅、NH₃-N、Cr⁶⁺、F^-、酚、大腸菌等。
1.2　研究采用的軟件平臺
　　利用美國Intergraph公司的GeoMedia Professional 3.0地理信息系統軟件和微軟公司的ACCESS數據庫軟件設計了數據庫。GeoMedia Professional 3.0作為一個數據集成的GIS分析工具，可以直接讀取多種格式的GIS數據，而以ACCESS為基礎設計和開發的水污染控制規劃數據庫，較好地實現了對水污染控制規劃數據的管理。數據庫結構如圖1所示。

2　空間數據管理

　　水污染控制規劃空間數據的管理，通過建立空間數據庫系統來實現?？臻g數據庫的建設實際上是把現實世界中與空間相關的信息組織為有用且能反映真實信息的數據集的過程。其設計過程可分為三步：首先選擇一種數據模型對現實世界的信息進行組織，然后選擇一種數據結構來表達數據模型，最后選擇一種適合于該數據結構的文件格式在物理上實現空間信息的存儲與管理。與水體污染相關的空間特征數據記錄的是流域內水系、污染源、監測斷面等一些空間實體的位置、拓撲關系和幾何特征，這也是基于GIS的數據庫管理系統與其他行業的各種數據庫管理系統區別的重要標志。研究采用的GeoMedia軟件中，用矢量模型來描述與水污染相關的空間實體，矢量模型采用坐標來表達空間對象的點要素；采用一系列結點來表達空間對象的線要素；采用邊界或表面表達空間目標對象的面或體要素。在記錄與水污染相關的空間位置信息的同時，采用標識符表達其屬性類型及屬性值，使得界面形象直觀，讓人一目了然。
　　為了得到矢量化的基礎地圖，首先掃描鳳嘴江監測斷面分布地圖和重點工業污染源分布地圖，然后在GeoMedia Professional 3.0中按照不同的分類進行人工數字化，并配置一定的顏色、符號，形成最終的數字化地圖。在此過程中，所有的與地圖相關的空間信息都將自動記錄在ACCESS數據庫的空間數據表中，同時在各個空間數據表間自動地建立連接關系。在此基礎上，能夠方便地增加空間表的屬性信息或與屬性表建立連接，獲取水質評價、預測和規劃所需的數據資料。如點擊圖中某工業污染源，即可彈出屬性數據框。
　　鳳嘴江水污染控制規劃空間數據庫中，按照空間要素特征，分為河流、河段、監測斷面、污染源、行政區劃邊界、鄉鎮政府所在地等六個“特征類”(Feature Class，類似于CAD中的“層”)。在實際操作中，通過選擇疊加不同的特征類、設置必要的空間查詢和檢索條件以及計算程序，就可以方便地得到所需要的專題地圖，如監測斷面分布圖、污染源分布圖、河網水系分布圖、水質現狀圖、水質預測圖等。如果空間要素變動，如增加或取消污染源、增加或取消監測斷面等，都可以及時地在地圖上修正，極為方便直觀。

3　屬性數據管理

　　屬性數據是空間數據的內涵和縱深描述，主要描述地理實體的類型、分級和有關的性質，它們是對空間數據的更為詳盡的表述。它可以在地圖圖形信息的基礎上進行綜合的和深層次的分析，為管理、規劃與決策提供參考信息。由于屬性數據與一般事務管理信息系統的數據非常相似，所以仍然采用當今流行的關系型數據庫管理系統來管理屬性數據。ACCESS是一個關系型數據庫管理系統，它采用關系模型來管理數據。關系模型的數據庫是由一系列二維表格組成，每個表格中的每一行代表一條記錄，每一列代表一種屬性。屬性數據的查詢、修改與維護以及數據庫的設計與維護，均由此關系型的數據庫管理系統來進行。
　　已建立的鳳嘴江屬性數據庫內含1985年—1999年共15年的數據，包括豐水期、枯水期、平水期的水質指標，河流基本情況，污水排放量，垃圾污染負荷，取水量，支流水文水質屬性，鄉鎮情況等12個屬性數據表格。今后隨著監測數據的增加，可以適時地將最新數據輸入屬性數據庫。

4　數據庫的調用

　　空間數據庫與屬性數據庫之間的連接通過關鍵字段來實現，由此實現由空間到屬性的查詢，同時也可由屬性到空間進行查詢。動態的連接技術可以保證數據更新時，空間數據庫與屬性數據庫中的數據的一致性，減小數據冗余，最大程度地實現數據共享，并最終為基于GIS的水污染控制規劃提供靈活可靠的數據基礎。數據庫中空間數據與屬性數據的連接可以分為三個層次，如圖2所示。

　　其中，第一層次基礎地圖與屬性表集間通過數據控件進行連接，其連接水平是數據表與數據表之間的連接，采用GeoMedia Professional軟件中的GDO(Geographic Data Object)數據控件，由GDO實現空間實體與其屬性的連接；第二層次空間元素與屬性數據表是字段之間的連接，主要是指水污染控制規劃實體(如工業污染源、河流、區縣等)的空間字段(Geometry Fields)與屬性數據表中屬性字段(Attribute Fields)之間的連接；第三層次空間實體標識符與關鍵字段之間的連接是空間數據表與屬性數據表主鍵屬性(可以唯一標識每一條記錄的屬性)之間的一致性連接，它屬于記錄水平的連接。通過上述三個水平連接，就可以保證在水污染控制規劃的實際運行操作中，實現空間數據庫與屬性數據庫之間的動態調用，以及數據庫的完整性、一致性和較小的冗余。

5　結論

　　充分利用信息技術的成果，將GIS技術應用于水污染控制規劃，實現流域水污染控制的實時、動態管理，為管理者提供輔助決策，是水污染控制規劃發展的方向和趨勢。數據庫系統是基于GIS技術的水污染控制規劃的信息源，是GIS功能得以實現的基礎和關鍵技術之一。只有通過數據庫技術對數據進行動態有效的管理，才能使水污染控制規劃后續的水質模擬、水環境容量研究以及水污染控制規劃方案變得有序而方便。GeoMedia Professional3.0軟件采用的是面向對象的數據庫管理模式，在此基礎上開發的水污染控制規劃數據管理系統，具有較好的空間分析、查詢及支持輸出功能。

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　　作者簡介：何強(1965-)，男，江蘇江陰人，重慶大學副教授，碩士，主要研究方向為水污染控制規劃和廢水處理。
　　電　話：(023)65121484
　　傳　真：(023)65120810
　　收稿日期：2001-02-16