基于地理信息系统的清河流域污染源排放特征及水环境监控能力分析.pdf

第3 8 卷第6 期环境科学与管理 V 0 1 3 8N o 6 2 0 1 3 年6 月E N 吸0 N 1 钿 N T A L S C I E N C EA N DM A N A G E M E N TJ u n e2 0 1 3 文章编号 1 6 7 4 6 1 3 9 2 0 1 3 0 6 0 0 0 4 一0 4 基于地理信息系统的清河流域污染源 排放特征及水环境监控能力分析 问青春 张峥 辽宁省环境监测实验中心 辽宁沈阳1 1 0 1 6 1 摘要 针对清河流域水环境管理的需求 通过野外调查和环境统计获取相关数据 应用G I S 和G P S 技术 建立 流域污染源地理信息系统数据库 在此基础上 对清河流域污染源排放特征及流域水环境监控能力现状进行了 研究 结果表明 在清河流域 废水污染源主要集中在支流小清河和寇河流域 典型行业包括牲畜屠宰 食品加 工 缫丝加工等 污染源在线监控和河流水质断面监测能力均无法满足流域水环境管理的需要 在清河流域的 水环境管理中 应将小清河流域和寇河流域作为重点水质控制单元进行管理 在小清河和寇河入清河干流处增 设水质监测断面 关键词 污染源 地理信息系统 水环境 中图分类号 X 8 3 0 5 文献标识码 B A n a l y s i so nS e w a g eC h a r a c t e ra n dW a t e r s h e dE n v i r o n m e n t a l M o n i t o r i n gC a p a c i t yi nQ i n g h eb a s e do nG I S W e nQ i n g c h u n Z h a n gZ h e n g L i a o n i n gE n v i r o n m e n t a lM o n i t o r i n gC e n t e r S h e n y a n g11 0 1 6 1 C h i n a A b s t r a c t F o c u s e do nw a t e re n v i r o n m e n tm a n a g e m e n td e m a n d so fQ i n g h eR i v e rw a t e r s h e d t h i sp a p e ra n a l y z e dt h es e w a g e c h a r a c t e r w a s t e w a t e ro n l i n em o n i t o r i n ga n dw a t e rq u a l i t ym o n i t o r i n gc a p a c i t y B a s e do nd a t af r o me n v i r o n m e n t a ls t a t i s t i c a n d f i e l ds u r v e y s w a t e r s h e dp o l l u t a n ts o u r c eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e md a t a b a s eW a sb u i l tu s i n gG I Sa n dG P S T h er e s u l t ss h o w e d t h a tw a s t e w a t e rs o u r c e sw e r ec o n c e n t r a t e da r o u n dX i a o q i n g h ew a t e r s h e da n dD o u h ew a t e r s h e dw h i c hw e r et r i b u t a r i e so fQ i n g h e R i v e r M e a tp a c k i n g f o o dp r o c e s s i n ga n ds i l kr e e l i n ga r et h ei m p o r t a n tp o l l u t a n ti n d u s t r i e si nt h es t u d ya r e a T h ec a p a b i l i t yo f w a s t e w a t e ro n l i n em o n i t o r i n ga n dw a t e rq u M i t ym o n i t o r i n gc a n ts u s t a i nw a t e r s h e de n v i r o n m e n tp r e c i s i o nm a n a g e m e n ti nQ i n g h e r e a c h e s T h er e s u l t ss u g g e s tt h a tX i a o q i n g h ea n dD o u h ew a t e r s h e ds h o u l db et r e a t e da st h em o s ti m p o r t a n tc o n t r o l u n i t si nw a t e r s h e de n v i r o n m e n tm a n a g e m e n t a n da d d i t i o n a lc o n t r o ls e c t i o n ss h o u l db ec h o s e na tt h ei n t e r s e c t i o n sw h e r eX i a o q i n g h eR i v e ra n d D o u h eR i v e rm e e tw i t hQ i n g h eR i v e rm a i n s t r e a m K e yw o r d s p o l l u t i o ns o u r c e G I S w a t e r s h e de n v i r o n m e n t 前言 2 0 世纪8 0 年代以来 基于控制单元面向流域 的水环境管理模式逐渐被认为是水环境管理的最佳 收稿日期 2 0 1 3 0 4 2 2 基金项目 辽河流域水环境安全监控与监测体系建设 2 0 1 2 Z X 0 7 5 0 5 0 0 3 作者简介 问青春 1 9 7 9 一 女 博士 高级工程师 从事环境监测及 相关科研工作 4 模式 而目前中国对流域水环境管理的关键技术还 缺乏系统研究 水环境管理仍停留在 见污就治 的水平上 污染源管理通常是以行政单元为管理对 象 因此与河流水质断面的管理往往是割裂开的 针 对这一现状 本文选取清河小流域为研究对象 建立 流域污染源地理信息系统 在此基础上 对流域污染 源排放去向 排污特征及流域水环境监控能力建设 现状进行分析 以期为清河流域水环境监控网络构 建提供依据 万方数据 荛苫掌嚣期 问青春等 基于地理信息系统的清河流域污染源排放特征及水环境监控能力分析 V o L3 8N o 6 J u n e2 0 1 3 1 研究区概况 清河是辽河水系的东岸主干流 发源于抚顺市 清原县英额门镇老虎顶山 在大高力屯西注入辽河 全长1 7 0 6 公里 流域面积48 1 3 9 5 平方公里 属温 带季风型大陆性气候 有小清河 寇河 碾盘河 苔 碧河 马仲河等8 条一级支流和清河水库 房身水 库 铁河水库 诚信水库等1 1 座水库 清河流域在行政上覆盖铁岭市所辖的清河区 开原市 西丰县和昌图县小部分地区 是辽宁省的粮 食生产基地和畜牧业生产基地 主要工业包括牲畜 屠宰 食品加工 缫丝加工等行业 2 研究方法 清河流域水系 行政区划 河流监测断面等空间信 息 应用地理信息系统软件A r c G I S 9 3 建立清河 流域污染源地理信息系统 在此基础上 对清河 流域污染源排放去向 排污特征 所属河流监测断 面区间以及污染源和断面的监控能力建设现状进 行分析 3 结果与分析 3 1 清河流域污染源地理信息系统构建 将调查所得清河流域污染源信息整理为E x c e l 表格 并以E x c e l 2 0 0 3 或d b f 的格式保存 在A r c G I S 中通过T o o l s 命令下的A d dX YD a t a 菜单 根据污染 源经纬度坐标将污染源信息加载进系统 生成临时 点图层 通过E x p o r tD a t a 命令将临时生成的点图 根据2 0 1 1 年环境统计资料初筛出流域废水污 层输出为S h a p e 格式的点图层并重新加载 污染源 染源名单 于2 0 1 2 年9 1 0 月份对研究区自然经济点图层及其带有详细信息的属性表便生成并在A r c 状况 污染源产排污情况以及入河方式 污染源废水G I S 中显示出来 见图1 中p o i n t s o u r c e 图层 以同 排放去向和监测情况 污水处理厂处理能力及接纳样的方式生成并加载河流监测断面图层 通过数字 企业排污情况进行调查 应用G P S 定位技术对调查化获得的流域水系 行政区边界等相关信息的 污染源及污水处理厂进行地理定位 获取污染源产S h a p e 图层 并加载进系统 从而初步构建出清河流 排污工艺 废水排放量 经纬度坐标等信息 收集域污染源地理信息系统 见图l 匿玉U 墨 日互墨墨盔盈 豳盥圈圈圆受爨巨 Z d t t 厂 厂 3 r I l E d i tY I l o o k m L r k sI n s l r tS l c t l I o o l I I n d 州m 翱盯P r J c ts t 峄 1 t 盯t h d1 1 I k i M 一口 A 压百粟甬 F F 习 尘L A 生 二 图1清河流域污染源地理信息系统窗口界面 Z L 5 Q Q o p o 0盘 j习 万方数据 嘉等掌嚣期 问青春等 基于地理信息系统的清河流域污染源排放特征及水环境监控能力分析 V 0 1 3 8N 0 6 J u n e2 0 1 3 3 2 清河流域污染源排放特征分析 清河流域共有主要废水污染源5 2 家和污水处 理厂5 座 根据调查结果 清河流域内建成区的市 政管网全部排人污水处理厂 因此流域内的人河 在清河流域的排污企业中 2 1 家企业污水经污水 处理厂处理后再人河 其他3 1 家企业和5 座污水 处理厂的污水和中水直接排人河道 污染源主要 分布在小清河和寇河流域 马仲河和碾盘河流域 排污口主要包括直排企业和污水处理厂的排口 污染源较少 见表1 表1清河流域污染源种类及排放去向 企业最密集的地区是小清河流域 共有2 6 家废 水排放企业和2 座污水处理厂 其中污水处理厂日 处理能力均只有1 5 万吨 无法满足流域内日益增 长的污水处理负荷要求 很容易导致企业污水虽经 过污水厂却无法处理就排人河道 加之小清河河道 较短 导致流域内污染源距离清河干流以及辽河干 流都很近 一旦发生污染事故 将迅速危及下游居民 6 的生产生活用水质量 见图2 因此小清河流域污 染源对清河水质的威胁很大 流域主要废水污染行 业包括屠宰及肉类加工 饮料制造 机制纸及纸板制 造等 排放的主要污染因子包括p H 值 化学需氧 量 生化需氧量 悬浮物 动植物油 氨氮 大肠菌群 可吸附有机卤化物 A O X 等 直接入河污染源 清河水库入库断面 间接入河污染源 建议增设断面 图2清河流域废水污染源与河流水质监测断面分布图 万方数据 蓑嚣掌嚣期 问青春等 基于地理信息系统的清河流域污染源排放特征及水环境监控能力分析 V 0 1 3 8N o 6 J u n e2 0 1 3 除小清河外 寇河流域污染源也比较密集 且 直排企业较多 流域内共有1 9 家废水企业和2 座 污水处理厂 其中1 2 家废水直接排放人河 只有1 座污水处理厂正式运行 一些乡镇企业因距市政 管网较远无法纳入污水处理厂 这部分企业大都 排入寇河或其支流 如图2 所示 企业规模普遍 较小 除了煤矿开采 热力生产和供应等行业外 缫丝加工是寇河流域的一个特有的行业类型 丝 厂废水中主要成分为有机物 还有少量无机盐 对 环境污染的主要指标是悬浮物 化学需氧量与生 物需氧量 其中的有机物主要是溶解丝胶 蛹酸 蛹蛋白和脂肪等 它们导致部分车间的废水化学 需氧量值严重超标旧 3J 若直接排人河道 会使河 道短时间内迅速富营养化 导致河道变黑变臭HJ 且部分缫丝厂污水直接人河 因此寇河流域内的 污染源是清河水质的另一大威胁 3 3 清河流域水环境监控能力建设现状分析及 建议 在清河流域目前只有5 家企业和5 家污水处 理厂安装了自动在线监控设备 监测因子只涉及 化学需氧量 p H 值和流量 监控数据经由市级环 境信息监控部门传至省级环境信息监控部门 目 前数据传输尚不稳定 目前的水质监测断面只有 2 个 一个是清河人辽河的断面 控制整个清河流 域水质 另一个是清河水库的入库断面 控制水库 上游水质 清河流域内部控制断面过疏 如图2 所 示 因此 无论是污染源废水排放监控 还是河 流水质监控 目前的监控能力均不能满足流域水 环境安全监控预警的需求 根据上述对流域污染源空间及行业分布特征 的分析结果 在清河流域的水环境管理中 应将小 清河流域和寇河流域作为重点水质控制单元进行 管理 在水环境质量监控网络构建中应将小清河 和寇河作为清河干流的主要污染来源进行监控 在其入清河干流处增设水质监测断面 如图2 所 示 同时要对流域内重点污染源进行有效的实时 在线监控 在安装在线监控设备时 应该重点考虑 p H 值 化学需氧量 生化需氧量 悬浮物 动植物 油 氨氮 大肠菌群 可吸附有机卤化物 A O X 总磷 总氮 色度等污染因子的监控模块 4 小结 在建立流域污染源地理信息系统的基础上 对清河流域污染源特征及流域水环境监控能力 现状进行了分析 研究结果表明 清河流域废水 污染源主要密集于小清河和寇河支流 目前污染 源自动在线监控能力及河流水质监控能力均无 法满足 分区 分类 分级 分期 的流域水环境管 理模式的需要 为了加强水环境监控能力建设 应在流域内实现对重点污染源的自动在线监控 并根据流域内污染源的排放去向和水系特征 划 分控制单元 科学合理地增设河流监测断面 研 究结果可以为清河流域水环境监控