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洛阳市审计局 - GIS信息技术在流域水环境审计中的应用
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GIS信息技术在流域水环境审计中的应用

[来源: | 作者:网站维护员 | 日期:2017/1/4 9:55:13 | 0次]

 

水体污染是指排入水体的污染物在数量上超过该物质在水体中的本底含量和水体的环境容量,从而导致水的物理、化学及微生物性质发生变化,使水体固有的生态系统和功能受到破坏。

 

一、流域水环境审计研究现状

 

国内外环境审计发展史看,审计介入水污染治理问题始于二十世纪60年代,代表性事件是美国国家审计署于1969年对水体污染项目进行的审计。美国、加拿大、荷兰、德国等发达国家环境审计开展的较为全面,已逐步向绩效审计发展。美国是最早开展环境审计的国家,荷兰的环境审计范围十分广泛,包括中央政府13个部委的23个政府机构以及森林、供水、公共设施等公共管理部门,主要是调查和评价这些部门机构的能量节约、内部环境管理和降低流动性等情况。

 

环境审计以“水资源”为主题在各国得到普遍重视,则是得益于1992年国际组织环境审计委员会成立,该机构开创了以水资源为代表的环境审计的理论先河,各国依据具体情况相继开展了符合本国特点的环境审计工作,时至今日成为现代审计的一个重要发展方向。而环境审计理论研究上,国外研究主要集中于环境审计定义、内容、目标、主体、方法等基本的理论,尚未形成较统一的理论实践体系。

 

我国对于水环境审计起步较晚,经过各方努力,在对流域水污染审计理论研究上也深入到各个方面。例如在水环境审计的定义、审计框架和审计模式都有充分的认识,水环境审计是指审计机关、内部审计机构和注册会计师,对政府和企事业单位的水环境管理系统以及经济活动对水环境产生的影响进行监督、评价和鉴证的审计活动。水污染防治审计的框架方面,主要是依据水污染防治规划,以此来评价政府环境责任的履行情况,将水污染防治规划的各项任务和措施纳入审计内容,并将审计调查与合作审计充分结合的方式。水体污染物为导向的流域环境审计模式建设上,在传统审计关注的资金使用问题基础上,国内学者认为应当结合和遵循水体污染区域性、复杂性和累积性的特点,划分流域环境审计区域,确定审计对象和内容 。目前的环境审计实务中,多采用项目为导向、以资金审计为重点的审计模式,没有突出区域环境审计的整体效应,难以适应逐步向绩效审计发展的环境审计的需要。

 

二、流域水环境审计特点

 

(一)实施审计区域和部门跨度大

 

由于流域是一个空间整体性极强、关联度很高的区域, 流域内各自然要素间联系极为密切,上中下游之间、干支流之间相互制约、相互影响极其显著,要实现审计免疫系统功能,就不能仅停留在对单一范围的审计,而将评价范围扩大到全流域,综合林业、农业、水利、环境保护等多方面因素。

 

(二)流域水环境审计长期性和复杂性

 

由于水环境污染问题是一个长期和复杂的过程,是流域沿岸人口增长、资源开发、经济发展、交通建设等各方面共同作用结果,因此对流域水环境审计不能把一次审计结果作为评价依据,而应长期获取数据,根据累计效应进行评价。

 

(三)流域水环境审计需要相关会计和整治制度协助

 

环境会计尚未起步,环境会计信息的而需求与供给存在突出矛盾,而全国尚未建立环境会计准则和操作手册,未形成一套国际公认环境会计制度,微观信息披露的法规。准则不完善,尚未全面系统披露政府和企业环境会计信息。

 

三、地理信息系统的功能与运用

 

地理信息系统(Geographic Information System,以下简称:GIS)作为一项多功能的空间信息自动处理与分析技术, 地理信息系统的功能覆盖数据采集、存储分析和显示的信息处理流程的全过程, 并逐步形成跨学科的多层次、多功能的区域综合和空间分析工具。其中,数据采集、转换、检索与编辑等主要用于获取数据,保证数据库中的数据在内容与空间上的完整性、以及在逻辑上的一致性数据的存储和组织是一个数据集成的过程数据的格式化、概念化、转换、查询、检索等为基本的数据操作功能, 查询、检索、统计分析、模型分析等统称为分析功能。

 

(一)地理信息系统功能

 

1GIS数据库作为一个强大的数据集成工具, 可以按照统一的数学基础与数据标准将有关的地理空间与属性数据集成, 形成完整的数据库系统, 并充分利用数据库管理系统提供的数据查询、检索功能实现数据部分分析。

 

2、地图显示与制作功能这类应用认为是一种地图数据处理、显示与产品制作系统, 强调作为信息载体与传播媒介的功能。从应用部门的类别看测绘及各种专题图制作部门非常重视系统快速、高质量的地图生产能力,随着电子地图技术的进一步发展,GIS的地图功能得到进一步扩展,其应用领域也随之扩大,如飞机飞行显示系统、城市交通路线检索系统、车辆导航系统等。

 

3、数据空间分析功能,把GIS作为一种分析工具而应用,强调GIS的空间分析与模型计算功能,是GIS应用的较高级层次。这一功能在涉及空间数据科学研究以及各级管理决策中得到充分应用。利用地理信息系统技术,根据审计重点,建立水环境信息数据库,可以将空间数据及属性数据、原始数据及新生成的数据进行合理规范的管理,有利于综合评价流域水环境情况。同时,水环境信息可以随时更新,水环境数据实现了在整个水污染过程中的共享,为全面真实评价流域资金使用、生态保护等提供科学依据。

 

(二)地理信息系统的在水环境审计中的运用

 

1、系统的数据采集

 

地理信息系统中的数据包括两大类型, 即空间数据和属性数据。空间数据用来表示空间物体的位置、形状、大小和分布特征等诸方面信息的数据,适用于描述所有二维、三维和多维分布的关于区域的现象,它不仅包括物体本身的空间位置及状态信息,还包括表示物体空间关系的信息。空间数据的采集过程为先收流域的有关数据,如果是图形数据,先进行图件的矢量化,图件矢量化采用扫描仪栅格化的形式,即先将原始图件扫描成栅格文件,而后运用图形处理软件AutoCAD进行栅格文件的数字化。对由测绘部门获得的CAD格式的数据,转化为GIS可以使用的格式。

 

CAD中的数据为dwg格式的,首先是配准,即将改要素数据集生成在合适的位置上。在ArcCatalog中查看dwg格式的预览,查看文件的位置,选择左上角和右上角的坐标数据。然后在ArcMap中查看需要将此数据放置的位置,选择相应的左上角和右上角的坐标,一般是X坐标不同,Y坐标相同,且X左边之间相差100个十进制单位。将这些地理坐标写入txt文件,然后存储为wld格式的文件。将Dwg格式的文件导入到了arcMap中,在数据库中导入相关的点、线、面数据,将需要合并和转换的数据进行合适的转换,转换为地理数据库标记,将标注转换。最后形成流域实景图,包括主要断面平均流量、入河排污口名称、经纬度、设置时间、设置单位、污染源名称、排污口性质、排放方式、入水体方式、所在行政区名称、所属水系名称、所属水功能区名称等数据。获取水质属性数据,包括水体污染物背景质、污水性质、污水处置方式、排污口形状和尺寸、纳污水体名称、设计排污水量(t /a t /d)、实际排污水量(t /d t /d)、工业废水排放量( t/d)、生活废水排放量( t /d)、废污水排放总量( t/d)、主要污染物质排放量( t/d)等数据。

 

经纬度坐标参数可以准确定位入河排污口的地理位置, 便于判断排污口与其他环境要素之间的地理位置关系, 帮助分析对环境影响范围和程度。排污口性质、排放方式、入河方式以及污水性质等属性项便于认识排污口排放的污水性质、选择水质模拟的模型类型等;污水量和污染物质参数,以及污染物背景值和断面平均流量用于全面评价和分析流域水质指标。

 

2、系统的总体设计

 

使用GIS系统进行流域水环境评价, 系统应具有GIS 的基本功能,对地图的操作包括图层控制、放大、缩小、移动、查找位置等等。能够导入获得的监测数据和评价结果,提供数据输入、输出接口。系统可根据不同的评价标准进行评价计算。由于从2002 6 月开始,我国实行了新的地表水环境质量评价标准,所有六月以后的监测数据要按《地面水环境质量标准(GB3838 - 2002) 》进行评价,六月以前的按《地面水环境质量标准(GB3838 - 88) 》进行评价。

 

3、选择断面获取数据

 

根据污染物复杂性的特点,筛选主要污染物质或特征污染物,设置监测断面。对十五类主要工业生产废水依据《制浆造纸工业水污染物排放标准》等相关标准选取主要监测物。对生活废水,依据《生活饮用水卫生标准》等准则进行选取。设置断面原则:

 

1)背景断面 指评价某一完整水环境污染程度时,位于该区域所有污染源上游处,能够提供这一区域水环境本底值的断面。一个河段一般只设一个背景断面,有主要支流时可酌情增加。

 

(2)控制断面 指为了解水环境受污染程度及其变化情况的断面。控制断面的数目应根据城市的工业布局和排污口分布情况而定。断面的位置与废水排放口的距离应根据主要污染物的迁移、转化规律,河水流量和河道水力学特征确定。对特殊要求的地区,如水产资源区、风景游览区、自然保护区、与水源有关的地方病发病区、严重水土流失区及地球化学异常区等的河段上也应设置控制断面。

 

(3)消减断面 指工业废水或生活污水在水体内流经一定距离而达到最大程度混合,污染物受到稀释、降解,其主要污染物浓度有明显降低的断面。通常设在城市或工业区最后一个排污口下游1500m以外的河段上。水量小的小河流应视具体情况而定。

 

根据流域水质现状,以及资金使用情况,确定干流、支流的背景断面、控制断面。对选择的断面采用选取、节点编辑、直线、曲线、矩形、多边形、椭圆等工具进行检查修改; 其次进行点、线连接, 面域生成; 再进行专业内容的编辑, 如选择线型、污染物符号、注记文字等专业符号, 填写各种色块图案,形成断面背景图。

 

4、采集数据,利用ArcGIS进行分析

 

ArcGIS包括DesktopGISGeodatabase ArcMap Arccatalog 等几部分,具有高级空间处理能力,是一个完全的GIS数据建立、转换、更新、查询、制图和分析系统。环境构成为:ArcMap Arcatalog Arctoolbox ,通过这三个应用的协调工作,可以完成从简单到复杂的GIS工作,包括查询检索、制图,数据管理,空间统计、空间分析和空间处理,还包括与Internet 服务整合,地理编码,高级数据编辑,高质量制图,动态投影,元数据管理,对40中数据格式的直接支持等。ArcMap把传统的空间数据编辑、查询、显示、分析、报表和制图等GIS功能集成到一个简单的可扩展应用框架上,它在ArcGIS中承担以地图为核心的应用。ArcMap既具有ArcView的易用性,又拥有ArcInfo的全部功能。

 

此外,ArcMap包含一个复杂的专业制图和编辑系统,它既是一个面向对象的编辑器,又是一个完整的数据报表生成器。它支持格式广泛的地理数据源、与其他应用程序交互自如,支持从ArcCatalogArcToolboxWindows文件管理器的数据拖放操作,地图显示和查询可以在多个窗口中显时进行,提供方便的地图缩放和漫游等操作,具有完整的高质量的数字地图制图输出工具。它是一个可扩展的、开放式的应用软件框架。根据不同情况下具体应用需求,通过使用标准的工业开发环境,如 Visual BasicVisual C++等,可以扩展其功。利用GIS 具有叠加分析、缓冲区分析、三维分析等功能,将测站信息与水环境要素的监测数据集中到一起,进行区域水环境质量现状评价,即是将由环保部门采集的流域水质指标导入建立的数据库,获取断面实际水质情况,建立属性数据库。

 

根据ArcGIS的特点,采用空间数据和属性数据分别管理, 系统内部自行关联的方法,输入属性数据。按照属性数据的内容和水质断面图的要求, 对空间图形数据的每一个面赋值,以便其按一定的颜色来显示; 另外对线状要素赋值, 以便其按一定的线型、粗细、颜色显示。以测试CODBOD为例,在控制单元图层增加字段:控制单元名称、断面面积、河段长度、平均流量、瞬时流速。在污染源图层增加字段:染源名称、污染源类型、监测时间、排污量、化学需氧量(COD)浓度、生化需氧量(BOD)、氨氮浓度。

 

在排污口图层增加字段:排污口名称、所属控制单元、监测时间、COD入河量、氨氮入河量、备注。监测断面图层增加字段:COD背景值、BOD背景值、氨氮背景值、监测断面名称、COD测量值、COD评价指标、氨氮测量值、氨氮评价指标。将各图层加载到ArcMap中,并将各图层属性信息填充到属性表格内。利用GIS得出断面水质现状图,根据《中华人民共和国地下水质量标准》、《地表水环境质量标准》等相关标准判断流域水质现状。

 

5、周期性评价的应用。

 

由于水体污染物随河流迁移,考虑河流两岸点源和面源形成的污染物随河流的迁移对流域下游造成的累计污染效应时,采用对设置断面周期性采集数据做法,即,在重点流域面进行全周期的跟踪审计,建立以流域中期污染治理计划的时间为审计的一个周期,对计划完成情况进行周期性的事后审计。同时,在周期性审计的基础之上,运用GIS 图形叠加功能,判断周期内流域生态功能恢复情况,建立随污染物迁移沿线为环境审计重点的分析图。

 

四、结语

 

GIS作为对流域水环境动态监测,实现了流域范围内水环境容量总量控制为主线的技术体系。运用地理信息系统对流域水环境进行审计是以流域区各种地理空间数据及属性数据为管理对象,实现对各种数据的输入、删除、添加、查询、输出等操作功能的信息系统。在GIS 技术的支持下,把基于水环境评价的信息技术和传统的数据库技术带入可视化的空间中,实现对水环境质量的生动、直观和可视化评价,对生态恢复过程中的经济活动真实性、合法性和效益性进行事中审计。(周华)