環(huán)境應(yīng)用建模PPT課件

1、16.1 概述概述 隨著全球性環(huán)境的日益惡化，環(huán)境保護(hù)在實(shí)現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略過程中扮演著越來越重要的角色。而環(huán)境問題與地理因素緊密相關(guān)，通常帶有很強(qiáng)的地理或地理分布特征。因此，運(yùn)用GIS技術(shù)有效處理基于環(huán)境問題的大量復(fù)雜空間信息，將在很大程度上提高環(huán)保工作的質(zhì)量和效率。必要性必要性第第1頁頁/共共78頁頁26.1 概述概述 GIS空間分析在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用建模就是根據(jù)環(huán)境領(lǐng)域的具體應(yīng)用，將GIS空間分析方法和環(huán)境應(yīng)用模型相結(jié)合，使得GIS技術(shù)能夠運(yùn)用在環(huán)境領(lǐng)域，發(fā)揮其處理大量復(fù)雜空間信息的能力，實(shí)現(xiàn)環(huán)境領(lǐng)域的分析應(yīng)用，提高模型的精度和易用性。 目前，GIS空間分析應(yīng)用建模已經(jīng)在環(huán)境諸多領(lǐng)域得到

2、了的應(yīng)用。主要有以下幾個(gè)方面：1. 環(huán)境工程管理2. 環(huán)境質(zhì)量評價(jià)3. 環(huán)境監(jiān)測4. 環(huán)境事故模擬與決策5. 環(huán)境污染應(yīng)急與處理基本概念基本概念第第2頁頁/共共78頁頁3所需數(shù)據(jù)所需數(shù)據(jù) GIS空間分析在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用建模需要多源、多種類、多時(shí)相的數(shù)據(jù)。主要包括以下數(shù)據(jù)：1. 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)2. 社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)3. 多源多時(shí)相衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)4. 污染事故歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)5. 環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)6. 環(huán)境工程統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)7. 區(qū)域環(huán)境矢量數(shù)據(jù)6.1 概述概述第第3頁頁/共共78頁頁4所需方法所需方法 GIS空間分析在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用建模需要多種空間分析的方法,主要包括以下方法：1. 柵格數(shù)據(jù)的空間分析方法:包括聚

3、類、聚合分析、信息復(fù)合分析、追蹤分析、窗口分析、量算分析等；2. 矢量數(shù)據(jù)的空間分析方法：包括包含分析、緩沖區(qū)分析、疊置分析、網(wǎng)絡(luò)分析等；3. 三維數(shù)據(jù)的分析方法：包括三維可視化、三維空間查詢、地形分析、陰影分析、水淹分析等；4. 空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析方法：包括空間點(diǎn)模式分析、格網(wǎng)或面狀數(shù)據(jù)空間統(tǒng)計(jì)分析、空間變異函數(shù)、克里金估計(jì)、探索性空間分析等。6.1 概述概述第第4頁頁/共共78頁頁5(1)(1)柵格模型柵格模型：地理空間被劃分為規(guī)則的小單元，空間位置由柵格單元的行、列號表示。柵格單元的大小反映了數(shù)據(jù)的分辨率即精度，空間物體由若干個(gè)柵格單元隱含描述。(2)(2)矢量模型矢量模型：各類地理要素

4、根據(jù)空間形態(tài)特征分為點(diǎn)、線、面三類/（體狀空間對象）。地物是顯示描述的?？臻g數(shù)據(jù)的兩種表示模型：空間數(shù)據(jù)的兩種表示模型：空間數(shù)據(jù)表示模型空間數(shù)據(jù)表示模型6.2 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型第第5頁頁/共共78頁頁6空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型6.2 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型：是關(guān)于GIS中空間數(shù)據(jù)組織的概念，反映現(xiàn)實(shí)世界中的空間實(shí)體，及其相互之間的聯(lián)系，為空間數(shù)據(jù)組織和空間數(shù)據(jù)庫模式設(shè)計(jì)提供基本的概念和方法。GISGIS數(shù)據(jù)模型的三個(gè)層次：數(shù)據(jù)模型的三個(gè)層次：n概念數(shù)據(jù)模型概念數(shù)據(jù)模型n邏輯數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型n物理數(shù)據(jù)模型物理數(shù)據(jù)模型第第6頁頁/共共78頁頁7空間數(shù)據(jù)模型空間數(shù)據(jù)模型6.2

5、數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型 GIS空間分析在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用建模需要的數(shù)據(jù)模型多種多樣，針對環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用，下面主要講述應(yīng)用較多的兩種數(shù)據(jù)模型：n 時(shí)空數(shù)據(jù)模型時(shí)空數(shù)據(jù)模型:常用在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，針對環(huán)境狀況進(jìn)行時(shí)間序列的監(jiān)測和變化研究，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況。n 三維空間數(shù)據(jù)模型三維空間數(shù)據(jù)模型：常用在環(huán)境事故模擬、應(yīng)急和決策領(lǐng)域，可視化顯示事故發(fā)生的地點(diǎn)、污染擴(kuò)散情況，根據(jù)分析結(jié)果及時(shí)有效做出應(yīng)急處理，為政府部門提供決策支持。第第7頁頁/共共78頁頁86.2 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型時(shí)空數(shù)據(jù)模型時(shí)空數(shù)據(jù)模型 時(shí)空數(shù)據(jù)模型時(shí)空數(shù)據(jù)模型通常由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束三部分組成（張祖勛等，1996）。 時(shí)空數(shù)據(jù)模

6、型是一種有效組織和管理時(shí)態(tài)地學(xué)數(shù)據(jù)、空間、專題、時(shí)間語義完整的地學(xué)數(shù)據(jù)模型，它不僅強(qiáng)調(diào)地學(xué)對象的空間和專題特征，而且強(qiáng)調(diào)這些特征隨時(shí)間的變化，既時(shí)態(tài)特征。建立合理、完善、高效的時(shí)空數(shù)據(jù)模型是實(shí)現(xiàn)時(shí)態(tài)GIS的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。 時(shí)空數(shù)據(jù)模型是TGIS和STDB的基礎(chǔ)。第第8頁頁/共共78頁頁9 時(shí)空數(shù)據(jù)模型的核心問題是研究如何有效地表達(dá)、記錄和管理現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體及其相互關(guān)系隨時(shí)間不斷發(fā)生的變化。這種時(shí)空變化表現(xiàn)為三種可能的形式：n 屬性變化，其空間坐標(biāo)或位置不變；n 空間坐標(biāo)或位置變化，而屬性不變，這里空間的坐標(biāo)或位置變化既可以是單一實(shí)體的位置、方向、尺寸、形狀等發(fā)生變化，也可以是兩個(gè)以上的空間實(shí)體之

7、間的關(guān)系發(fā)生變化；n 空間實(shí)體或現(xiàn)象的坐標(biāo)和屬性都發(fā)生變化。6.2 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型時(shí)空數(shù)據(jù)模型時(shí)空數(shù)據(jù)模型第第9頁頁/共共78頁頁10時(shí)空數(shù)據(jù)模型的主要類型時(shí)空數(shù)據(jù)模型的主要類型： 序列快照模型序列快照模型：將一系列時(shí)間片段的快照保存起來，各個(gè)切片分別對應(yīng)不同時(shí)刻的狀態(tài)圖層，反映地理現(xiàn)象的時(shí)空演化過程。 基圖修正模型基圖修正模型：基態(tài)修正模型按事先設(shè)定的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣，它只存儲(chǔ)某個(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)狀態(tài)(基態(tài))和相對于基態(tài)的變化量。 空間時(shí)間立方體模型空間時(shí)間立方體模型：由空間兩個(gè)維度和一個(gè)時(shí)間維組成，描述了二維空間沿著第三個(gè)時(shí)間維演變的過程。 空間時(shí)間組合體模型空間時(shí)間組合體模型：空間分隔成具有相

8、同時(shí)空過程的最大的公共時(shí)空單元，每個(gè)時(shí)空對象的變化都將在整個(gè)空間內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)新的對象。將空間變化和屬性變化都映射為空間的變化，是序列快照模型和基態(tài)修正模型的折衷模型。6.2 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型時(shí)空數(shù)據(jù)模型時(shí)空數(shù)據(jù)模型第第10頁頁/共共78頁頁116.2 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型三維空間數(shù)據(jù)模型三維空間數(shù)據(jù)模型 三維空間數(shù)據(jù)模型是研究三維空間的幾何對象的數(shù)據(jù)組織、操作方法以及規(guī)則約束條件等內(nèi)容的集合。 三維空間數(shù)據(jù)模型是人們對客觀世界的理解和抽象，是建立三維空間數(shù)據(jù)庫的理論基礎(chǔ)。三維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是三維空間數(shù)據(jù)模型的具體實(shí)現(xiàn)，是客觀對象在計(jì)算機(jī)中的底層表達(dá)，是對客觀對象進(jìn)行可視表現(xiàn)的基礎(chǔ)。第第11頁頁/共共7

9、8頁頁126.2 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型三維空間數(shù)據(jù)模型三維空間數(shù)據(jù)模型第第12頁頁/共共78頁頁136.2 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型三維空間數(shù)據(jù)模型三維空間數(shù)據(jù)模型1.1. 基于鑲嵌的數(shù)據(jù)模型基于鑲嵌的數(shù)據(jù)模型是將三維空間劃分成一系列連通但不重疊的幾何體素, 它可以看成是二維柵格模型的擴(kuò)展。2.2. 基于矢量的數(shù)據(jù)模型基于矢量的數(shù)據(jù)模型以物體邊界為基礎(chǔ)定義和描述幾何形體, 并能給出完整和顯式界面描述的方法。3.3. 分析型數(shù)據(jù)模型分析型數(shù)據(jù)模型又稱參數(shù)函數(shù)表示法，它可以描述三維空間中的線、面和體目標(biāo)，其指導(dǎo)思想就是利用有限的空間數(shù)據(jù)，來尋求一個(gè)函數(shù)的解析式，用這個(gè)解析式來生成新的空間點(diǎn)，用以逼近原有物體。

10、4.4. 基于混合結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型基于混合結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型是將兩種或兩種以上的數(shù)據(jù)模型加以綜合, 形成一種具有一體化結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型。以適應(yīng)不同分辨率、不同背景條件、不同應(yīng)用的要求。三維空間數(shù)據(jù)模型的類型三維空間數(shù)據(jù)模型的類型第第13頁頁/共共78頁頁146.2 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型三維空間數(shù)據(jù)模型三維空間數(shù)據(jù)模型l二維 GIS：即傳統(tǒng)意義上的GIS，只能處理平面X、Y軸上的信息，不能處理鉛垂方向Z軸上的信息。l2.5維（假三維） GIS：在二維GIS的基礎(chǔ)上，考慮了Z軸上的信息，但并未處理，只將其作為附屬的屬性變量對待 。如DEM，雖然賦予了Z軸高程信息，能夠表達(dá)出表面起伏的地形，但地形下面的信息卻不

11、具有 。l三維 GIS：表達(dá)考慮多個(gè)Z值的出現(xiàn) ，能表示多層屬性。二維二維GIS2.5維維GIS三維三維GIS第第14頁頁/共共78頁頁156.3 環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模 環(huán)境質(zhì)量：環(huán)境質(zhì)量：環(huán)境系統(tǒng)客觀存在的一種本質(zhì)屬性，并能用定性和定量的方法加以描述的環(huán)境系統(tǒng)所處的狀態(tài)。環(huán)境始終處于不停的運(yùn)動(dòng)和變化之中，作為環(huán)境狀態(tài)表示的環(huán)境質(zhì)量，也是處于不停的運(yùn)動(dòng)和變化之中。引起環(huán)境質(zhì)量變化的原因主要有兩個(gè)方面，一方面是由于人類的生活和生產(chǎn)行為引起環(huán)境質(zhì)量的變化；另一方面是由于自然的原因引起環(huán)境質(zhì)量的變化。 環(huán)境質(zhì)量評價(jià)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)：按照一定的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評價(jià)方法對一定區(qū)域范圍內(nèi)的環(huán)境質(zhì)

12、量進(jìn)行說明、評定和預(yù)測。概述概述第第15頁頁/共共78頁頁166.3 環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模 環(huán)境環(huán)境質(zhì)量質(zhì)量評價(jià)評價(jià)應(yīng)用建模應(yīng)用建模是利用利用GIS的空間分析功能，并結(jié)合環(huán)境質(zhì)量評價(jià)模型，對所有的改、擴(kuò)、建項(xiàng)目可能產(chǎn)生的環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測評價(jià)，并提出防止和減緩這種影響的對策與措施。通過應(yīng)用建?？梢跃C合性地分析環(huán)境方面的各種數(shù)據(jù)，幫助確立環(huán)境質(zhì)量評價(jià)模型。 在區(qū)域環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價(jià)工作中，可將地理信息系統(tǒng)與大氣、土壤、水、噪聲等環(huán)境要素的監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，利用GIS軟件的空間分析模塊，對整個(gè)區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行客觀、全面的評價(jià)，以反映出區(qū)域中受污染的程度以及空間分布情況。如通

13、過疊加分析，可以提取該區(qū)域內(nèi)大氣污染布圖、噪聲分布圖；通過緩沖區(qū)分析，可顯示污染源影響范圍等。概述概述第第16頁頁/共共78頁頁176.3 環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的主要目的是環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的主要目的是: :1. 較全面揭示環(huán)境質(zhì)量狀況及其變化趨勢;2. 找出污染治理重點(diǎn)對象;3. 為制定環(huán)境綜合防治方案和城市總體規(guī)劃及環(huán)境規(guī)劃提供依據(jù);4. 研究環(huán)境質(zhì)量與人群健康的關(guān)系;5. 預(yù)測和評價(jià)擬建的工業(yè)或其他建設(shè)項(xiàng)目對周圍環(huán)境可能產(chǎn)生的影響，即環(huán)境影響評價(jià)。目的和類型目的和類型第第17頁頁/共共78頁頁186.3 環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模目的和類型目的和類

14、型環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的類型：環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的類型：l 按地域范圍：局地的、區(qū)域的（如城市的）、海洋的和全球的環(huán)境質(zhì)量評價(jià)。l 按環(huán)境要素：大氣質(zhì)量評價(jià)、水質(zhì)評價(jià)、土壤質(zhì)量評價(jià)等。l 就某一環(huán)境要素的質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，稱為單要素評價(jià)。l 就諸要素綜合進(jìn)行評價(jià)，稱為綜合質(zhì)量評價(jià)。l 按時(shí)間因素：環(huán)境回顧評價(jià)、環(huán)境現(xiàn)狀評價(jià)和環(huán)境影響評價(jià)。l 按參數(shù)選擇：衛(wèi)生學(xué)參數(shù)、生態(tài)學(xué)參數(shù)、地球化學(xué)參數(shù)、污染物參數(shù)、經(jīng)濟(jì)學(xué)參數(shù)、美學(xué)參數(shù)、熱力學(xué)參數(shù)等質(zhì)量評價(jià)。第第18頁頁/共共78頁頁196.3 環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模環(huán)境環(huán)境質(zhì)量質(zhì)量評價(jià)評價(jià)按環(huán)境要素可分為：l 大氣環(huán)境質(zhì)量評價(jià)l 水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)l 土壤環(huán)

15、境質(zhì)量評價(jià)l 噪聲環(huán)境評價(jià)等下面以土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)為例來敘述GIS空間分析在環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的應(yīng)用建模過程目的和類型目的和類型第第19頁頁/共共78頁頁206.3 環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模 土壤不僅是一種有限的資源，作為地理環(huán)境的組成部分，也對人類生存和發(fā)展乃至地球上眾多生命形態(tài)的生存繁衍有著重要的作用。 土壤環(huán)境就是地球生態(tài)系統(tǒng)中能夠生長植物、具有一定環(huán)境容量及動(dòng)態(tài)環(huán)境過程地表疏松層連續(xù)體構(gòu)成的環(huán)境。土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)（1 1）基本概念）基本概念 土壤環(huán)境與地球表層環(huán)境以及生物健康和人類健康均有重大關(guān)系。因此，科學(xué)評價(jià)土壤環(huán)境具有重大意義，它不僅關(guān)系到我國的可持續(xù)發(fā)

16、展戰(zhàn)略，而且還可以為土地、環(huán)境等部門提供合理保護(hù)與利用土壤資源的依據(jù)。第第20頁頁/共共78頁頁216.3 環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模l 所用數(shù)據(jù)： 采用的是根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)以及一些經(jīng)典方法采集的土壤樣品，并利用GPS進(jìn)行精確定位。l 所用方法： 土壤環(huán)境評價(jià)方法主要用到四種方法： 層次分析法：確定土壤評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重 模糊數(shù)學(xué)法：獲得土壤養(yǎng)分分布圖 空間內(nèi)插：獲得連續(xù)的土壤空間分布圖 柵格分析方法：獲得土壤立地條件分布圖土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)（2 2）數(shù)據(jù)和方法）數(shù)據(jù)和方法第第21頁頁/共共78頁頁226.3 環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模 土壤

17、環(huán)境作為一個(gè)環(huán)境體系，不僅有它的內(nèi)部功能屬性，更有它的外部特征。土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的流程如圖所示：土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)（3 3）建模流程）建模流程土壤環(huán)境評價(jià)流程圖土壤環(huán)境評價(jià)流程圖第第22頁頁/共共78頁頁23 從影響土壤環(huán)境內(nèi)部功能及外部屬性出發(fā)，確定評價(jià)因子及影響各因子的具體指標(biāo)，并利用層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重，評價(jià)因子表如下表所示：6.3 環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)第第23頁頁/共共78頁頁246.3 環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)l 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集 采用公里網(wǎng)格法，即將研究區(qū)按公里網(wǎng)

18、劃分為若干單元，進(jìn)行土壤樣品采集的同時(shí)，利用GPS進(jìn)行精確定位。l 土壤采樣點(diǎn)位圖土壤采樣點(diǎn)位圖 采用ArcGIS作為支持軟件，把采樣點(diǎn)GPS數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS，經(jīng)過坐標(biāo)和投影信息的變換，形成土壤采樣點(diǎn)位圖l 土壤環(huán)境評價(jià)單元的確定土壤環(huán)境評價(jià)單元的確定 由于采樣點(diǎn)多而均勻，將研究區(qū)域劃成一定數(shù)量的柵格，每個(gè)柵格作為一個(gè)評價(jià)單元，柵格大小為30m*30m。（4 4）具體操作過程）具體操作過程第第24頁頁/共共78頁頁256.3 環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)（4 4）具體操作過程）具體操作過程l 評價(jià)等級圖的繪制評價(jià)等級圖的繪制 對離散的采樣點(diǎn)進(jìn)行插

19、值得到連續(xù)的空間分布圖。采用逆距離加權(quán)法進(jìn)行插值，然后根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行等級劃分。l 土壤養(yǎng)分與土壤污染狀況土壤養(yǎng)分與土壤污染狀況 對采樣點(diǎn)的土壤養(yǎng)分進(jìn)行模糊數(shù)學(xué)評價(jià)，對得到的綜合指數(shù)和土壤污染的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。l 土壤環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià) 利用ArcGIS的空間分析模塊對各評價(jià)因子的評價(jià)指標(biāo)圖進(jìn)行疊加，并用“加權(quán)指數(shù)求和法”對各個(gè)柵格進(jìn)行計(jì)算，然后計(jì)算每個(gè)質(zhì)量等級的土壤面積。第第25頁頁/共共78頁頁266.3 環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)（5 5）評價(jià)結(jié)果）評價(jià)結(jié)果從圖2可以看出，研究區(qū)土壤養(yǎng)分狀況整體較好，土壤養(yǎng)分綜合指

20、數(shù)位于90以上的點(diǎn)占大多數(shù)，土壤養(yǎng)分綜合指數(shù)位于80-90之間的采樣點(diǎn)數(shù)和小于80的采樣點(diǎn)數(shù)大致相等。由圖3可見，研究區(qū)整體土壤污染指數(shù)不高，絕大部分采樣點(diǎn)的土壤污染指數(shù)小于0.7，土壤污染指數(shù)在0.7-1.0之間表示警戒區(qū)域的點(diǎn)較少，占總數(shù)的10%，處于輕污染水平。第第26頁頁/共共78頁頁276.3 環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用建模土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)（5 5）評價(jià)結(jié)果）評價(jià)結(jié)果 從圖4和表2可以看出，研究區(qū)土壤環(huán)境整體較好。依據(jù)評價(jià)，研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量一等的土壤面積占總面積的49.6%，二等的土壤面積為43.6%，三等和四等加起來還不到總面積的7%。經(jīng)實(shí)地抽查和咨詢有

21、關(guān)專家，此評價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況基本相符。第第27頁頁/共共78頁頁286.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模概述概述 環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境科學(xué)的一個(gè)重要分支學(xué)科。在從事環(huán)境科學(xué)與工程各分支學(xué)科研究時(shí)，環(huán)境監(jiān)測是評價(jià)環(huán)境質(zhì)量及其變化趨勢的技術(shù)基礎(chǔ)，是進(jìn)行環(huán)境管理和宏觀決策的重要依據(jù)。 “監(jiān)測”的含義可理解為監(jiān)視、測定、監(jiān)控等，環(huán)境監(jiān)測是通過對影響環(huán)境質(zhì)量因素的代表值的測定，確定環(huán)境質(zhì)量（或污染程度）及其變化趨勢。第第28頁頁/共共78頁頁296.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模概述概述 環(huán)境監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測的的目的目的準(zhǔn)確、及時(shí)、全面地反映環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，為環(huán)境管理、污染源控制、環(huán)境規(guī)劃等提供

22、科學(xué)依據(jù)。具體包括：l根據(jù)國家環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，評價(jià)環(huán)境質(zhì)量；l根據(jù)污染特點(diǎn)、分布情況和環(huán)境條件，追究尋找污染源、提供污染變化趨勢，為實(shí)現(xiàn)監(jiān)督管理、控制污染提供依據(jù)；l收集環(huán)境本底數(shù)據(jù)，積累長期監(jiān)測資料，為研究環(huán)境容量、實(shí)施總量控制、目標(biāo)管理、預(yù)測預(yù)報(bào)環(huán)境質(zhì)量提供數(shù)據(jù)；l為保護(hù)人類健康、保護(hù)環(huán)境、合理使用自然資源、制定環(huán)境法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)劃等服務(wù)。第第29頁頁/共共78頁頁306.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模分類和標(biāo)準(zhǔn)分類和標(biāo)準(zhǔn)（1 1）環(huán)境監(jiān)測分類）環(huán)境監(jiān)測分類根據(jù)環(huán)境監(jiān)測的內(nèi)容和要求，監(jiān)測分為以下幾類：1 監(jiān)視性監(jiān)測監(jiān)視性監(jiān)測（例行監(jiān)測、常規(guī)監(jiān)測） 包括包括：污染源監(jiān)督監(jiān)測，環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測

23、。 任務(wù)任務(wù)：監(jiān)視環(huán)境中已知污染因素的現(xiàn)狀和變化趨勢，確定環(huán)境質(zhì)量、評價(jià)污染控制措施的效果，判斷環(huán)境質(zhì)量是否符合國家環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 在大量數(shù)據(jù)積累的基礎(chǔ)上，研究污染擴(kuò)散模式和規(guī)律，為預(yù)測預(yù)報(bào)環(huán)境質(zhì)量，控制環(huán)境污染和環(huán)境治理提供依據(jù)。第第30頁頁/共共78頁頁316.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測分類和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境監(jiān)測分類和標(biāo)準(zhǔn)（1 1）環(huán)境監(jiān)測分類）環(huán)境監(jiān)測分類2 事故性監(jiān)測 包括：事故應(yīng)急性監(jiān)測，仲裁監(jiān)測 任務(wù)：確定事故型污染的污染程度、危及范圍，以便采取有效措施降低和消除危害。 通常采用流動(dòng)監(jiān)測（監(jiān)測車、監(jiān)測船、空中監(jiān)測、遙感遙測等手段）3 研究性監(jiān)測 任務(wù)：研究污染物自污染源排

24、出后，其遷移變化的趨勢和規(guī)律；研究污染物對人體和生物體的危害性質(zhì)和影響程度；研究新污染因子的監(jiān)測方法等。 針對特定目的科學(xué)研究而進(jìn)行的高層次監(jiān)測，為環(huán)境科學(xué)理論研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。第第31頁頁/共共78頁頁326.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測分類和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境監(jiān)測分類和標(biāo)準(zhǔn)（2 2）環(huán)境監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)）環(huán)境監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)（含部門環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)含部門環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)）環(huán)境方法標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境方法標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)污染報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)污染報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)環(huán)保儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)環(huán)保儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)地方環(huán)境

25、標(biāo)準(zhǔn)地方環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系國家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)國家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)中國現(xiàn)行的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系中國現(xiàn)行的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系第第32頁頁/共共78頁頁336.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模污染物來源和性質(zhì)污染物來源和性質(zhì)1 1 污染物質(zhì)的類別污染物質(zhì)的類別按污染類型：大氣、水體、土壤污染物等；按污染物形態(tài)：氣體、液體、固體污染物；按污染物性質(zhì)：化學(xué)、物理、生物污染物；按污染物來源：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、生活。2 2 污染源的形式污染源的形式點(diǎn)源：濃稠集中的排放。工廠煙囪、污水排放口、固體廢 物集中堆放點(diǎn)等；線源：行駛中的汽車沿街排放尾氣；面源：稀淡分散的排放。農(nóng)田徑流、灌溉排水、降雨、農(nóng) 藥和化肥的大面

26、積施用。第第33頁頁/共共78頁頁346.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模3 3 污染物質(zhì)的性質(zhì)污染物質(zhì)的性質(zhì)l 自然性與毒性l 時(shí)空分布性l 活性和持久性l 生物可分解性與生物積累性l 對生物體的協(xié)同作用與拮抗作用4 4 優(yōu)先污染物優(yōu)先污染物 將潛在危險(xiǎn)性大（難降解、具有生物積累性、毒性大和三致物質(zhì)），在環(huán)境中出現(xiàn)頻率高、殘留高、檢測方法成熟的化學(xué)物質(zhì)定為優(yōu)先監(jiān)測目標(biāo)，建立環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施優(yōu)先控制和重點(diǎn)監(jiān)測美國EPA環(huán)境優(yōu)先控制污染物名單。污染物來源和性質(zhì)污染物來源和性質(zhì)第第34頁頁/共共78頁頁356.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模在環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用 基于GIS技術(shù)的環(huán)境

27、監(jiān)測的建立，不僅可以提高對污染源的管理水平，而且在經(jīng)濟(jì)上減少了由于沒有很好管理污染源帶來的污染事故造成的經(jīng)濟(jì)損失，在社會(huì)發(fā)展層次上保障了人民生活安全和提高了人民的生活質(zhì)量。大氣污染環(huán)境監(jiān)測大氣污染環(huán)境監(jiān)測第第35頁頁/共共78頁頁366.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模GIS技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用包括以下幾個(gè)方面：下面以湖泊水環(huán)境監(jiān)測湖泊水環(huán)境監(jiān)測為例來敘述GIS空間分析在環(huán)境監(jiān)測的應(yīng)用建模過程l 水環(huán)境監(jiān)測水環(huán)境監(jiān)測l 植被演化監(jiān)測l 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測l 森林生態(tài)環(huán)境監(jiān)測l 草原與荒漠生態(tài)環(huán)境監(jiān)測l 土地變化監(jiān)測l 城市污染環(huán)境監(jiān)測在環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用第第36頁頁/共共78頁頁3

28、76.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模湖泊水環(huán)境監(jiān)測湖泊水環(huán)境監(jiān)測（1 1）基本概念）基本概念 湖泊水環(huán)境監(jiān)測湖泊水環(huán)境監(jiān)測是指按照湖泊中水體的循環(huán)規(guī)律（降水、地表水和地下水）和湖泊的水文條件，對湖水的質(zhì)和量以及水體中影響生態(tài)與環(huán)境質(zhì)量的各種人為和天然因素所進(jìn)行的統(tǒng)一的定時(shí)或隨時(shí)監(jiān)測。第第37頁頁/共共78頁頁386.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模湖泊水環(huán)境監(jiān)測湖泊水環(huán)境監(jiān)測（2 2）監(jiān)測數(shù)據(jù)和方法）監(jiān)測數(shù)據(jù)和方法 湖泊水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)具有種類繁多、數(shù)量巨大、媒體形式多種、數(shù)據(jù)關(guān)系復(fù)雜、與地域分布有密切關(guān)系等特點(diǎn)。按應(yīng)用類型分為空間數(shù)據(jù)（包括基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)和專題空間數(shù)據(jù)）、非空間數(shù)據(jù)

29、（包括監(jiān)測數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)）。數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型第第38頁頁/共共78頁頁396.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模湖泊水環(huán)境監(jiān)測湖泊水環(huán)境監(jiān)測（2 2）監(jiān)測數(shù)據(jù)和方法）監(jiān)測數(shù)據(jù)和方法1 基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)l 基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)包括：1：1萬（城區(qū)）和1：5萬（全省）的全要素（水系、行政區(qū)劃、等高線、道路交通、居民地等）矢量數(shù)據(jù)；l 多源遙感影像數(shù)據(jù)（TM影像、環(huán)境災(zāi)害小衛(wèi)星影像等）。2 專題空間數(shù)據(jù)l 基于地面觀測技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)位、監(jiān)測斷面、污染源的空間數(shù)據(jù)等；l 基于多源遙感影像數(shù)據(jù)反演或提取的環(huán)境遙感信息產(chǎn)品；l 基于多源遙感影像數(shù)據(jù)與地面觀測數(shù)據(jù)的地表水環(huán)境質(zhì)量專題產(chǎn)品。3 環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù) 湖北省歷

30、年的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，由布設(shè)在湖泊水面上的自動(dòng)監(jiān)測站自動(dòng)獲取，無監(jiān)測站點(diǎn)的由人工手動(dòng)獲取。4 環(huán)境管理數(shù)據(jù) 環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)、環(huán)保工作計(jì)劃，辦公文書數(shù)據(jù)、科研項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)、建設(shè)項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)、圖書、期刊、科技論文、專家咨詢、科技檔案、典型案例、科普知識(shí)、人員管理、儀器設(shè)備管理等。第第39頁頁/共共78頁頁406.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模湖泊水環(huán)境監(jiān)測湖泊水環(huán)境監(jiān)測（2 2）監(jiān)測數(shù)據(jù)和方法）監(jiān)測數(shù)據(jù)和方法 湖泊水環(huán)境監(jiān)測方法方法采用以下四種監(jiān)測方法，與“3S”技術(shù)密切相關(guān)的是采用遙感監(jiān)測的方法，遙感監(jiān)測方法滿足對湖泊水環(huán)境進(jìn)行大范圍、全天候、全天時(shí)、連續(xù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測。第第40頁頁/共共78頁

31、頁416.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模湖泊水環(huán)境監(jiān)測湖泊水環(huán)境監(jiān)測（3 3）水環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)）水環(huán)境監(jiān)測指標(biāo) 利用遙感的方法進(jìn)行湖泊水環(huán)境監(jiān)測，指標(biāo)的選取至關(guān)重要。監(jiān)測指標(biāo)是對湖泊水環(huán)境進(jìn)行評價(jià)的基礎(chǔ)，根據(jù)獲取的指標(biāo)實(shí)現(xiàn)湖泊水環(huán)境的評價(jià)，獲取水環(huán)境的狀況信息。 進(jìn)行監(jiān)測指標(biāo)的選取除了按照國家標(biāo)準(zhǔn)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)中的標(biāo)準(zhǔn)選取外，還要結(jié)合當(dāng)?shù)睾吹膶?shí)際，以及監(jiān)測指標(biāo)變化是否能反映到遙感影像上，綜合考慮后選取的監(jiān)測指標(biāo)如表所示：第第41頁頁/共共78頁頁426.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模湖泊水環(huán)境監(jiān)測湖泊水環(huán)境監(jiān)測（4 4）水環(huán)境監(jiān)測建模過程）水環(huán)境監(jiān)測建

32、模過程 使用遙感數(shù)據(jù)實(shí)施水環(huán)境監(jiān)測，主要是對遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算，得到可以反映水質(zhì)狀況的遙感特征參數(shù)，通過構(gòu)建反演模型或利用空間分析方法，提取水體目標(biāo)中的各項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)，并根據(jù)水環(huán)境評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，綜合多種水質(zhì)參數(shù)對監(jiān)測水體的富營養(yǎng)化程度、污染程度、水質(zhì)類別等做出判別。水環(huán)境遙感監(jiān)測建模流程水環(huán)境遙感監(jiān)測建模流程第第42頁頁/共共78頁頁436.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模湖泊水環(huán)境監(jiān)測湖泊水環(huán)境監(jiān)測（4 4）具體操作過程）具體操作過程1 1遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理 水環(huán)境遙感監(jiān)測的預(yù)處理過程包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、輻射定標(biāo)、幾何校正和湖區(qū)提取4個(gè)部分。l 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備根據(jù)原始影像的元數(shù)據(jù)計(jì)算輻射定標(biāo)

33、系數(shù)；l 輻射定標(biāo)使用該定標(biāo)系數(shù)轉(zhuǎn)換影像DN 值到地表反射率；l 幾何校正通過配準(zhǔn)的方式將影像地理空間坐標(biāo)修正為真實(shí)、正確的數(shù)值；l 湖區(qū)提取對所有研究水域目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，轉(zhuǎn)換其他陸地目標(biāo)為影像背景。第第43頁頁/共共78頁頁446.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模湖泊水環(huán)境監(jiān)測湖泊水環(huán)境監(jiān)測（4 4）具體操作過程）具體操作過程2 水環(huán)境指標(biāo)提取水環(huán)境指標(biāo)提取 不同水質(zhì)的水體在遙感影像上有較明顯的反映，使用預(yù)處理后的遙感影像數(shù)據(jù)，借助光學(xué) 生化/光學(xué) 物理模型，通過波段組合運(yùn)算的方式構(gòu)造多種具有光學(xué)、生化、物理或混合特性的特征，將其與同一時(shí)期的地面實(shí)測數(shù)據(jù)建立關(guān)系模型，尋找最佳的數(shù)學(xué)模型描述

34、二者間的數(shù)值關(guān)系。 為了避免應(yīng)急過程中模型反演結(jié)果精度與實(shí)際地面監(jiān)測差異明顯的情況，采用先把遙感影像分割為湖區(qū)圖斑，再將地面監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)內(nèi)插計(jì)算分布到圖斑中的空間數(shù)據(jù)分析方法，以實(shí)現(xiàn)水環(huán)境指標(biāo)含量的真實(shí)化遙感方式表達(dá)。第第44頁頁/共共78頁頁456.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模湖泊水環(huán)境監(jiān)測湖泊水環(huán)境監(jiān)測（4 4）具體操作過程）具體操作過程 指標(biāo)提取模塊有兩種方式提取水環(huán)境參數(shù)，具體如下：l 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头囱?指標(biāo)反演讓系統(tǒng)操作員選擇需要反演的水質(zhì)指標(biāo)，模塊即自動(dòng)根據(jù)相應(yīng)的反演模型，讀取遙感數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算，得到水質(zhì)參數(shù)反演圖。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头囱莸墓酱笾氯缦拢?式中，Y代表水質(zhì)指標(biāo)數(shù)值；B1

35、、B2、B3、B4分別代表遙感數(shù)據(jù)第一、二、三、四波段反射率值。第第45頁頁/共共78頁頁466.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模湖泊水環(huán)境監(jiān)測湖泊水環(huán)境監(jiān)測（4 4）具體操作過程）具體操作過程l 基于對象分割和空間分析的方法。 基于面向?qū)ο蠓指钜约翱臻g分析的方法主要是采用mean shift算法進(jìn)行分割，以及結(jié)合地面實(shí)測數(shù)據(jù)的反距離加權(quán)內(nèi)插算法。 mean shift算法是指一個(gè)迭代的步驟，即先算出當(dāng)前點(diǎn)的偏移均值，移動(dòng)該點(diǎn)到其偏移均值，然后以此為新的起始點(diǎn)，繼續(xù)移動(dòng)，直到滿足一定的條件結(jié)束。 反距離加權(quán)法是最常用的空間內(nèi)插方法之一。它認(rèn)為與未采樣點(diǎn)距離最近的若干個(gè)點(diǎn)對未采樣點(diǎn)值的貢獻(xiàn)最

36、大，其貢獻(xiàn)與距離成反比?？捎孟率奖硎荆?式中，Z是估計(jì)值，Zi是第i（i=1，n）個(gè)樣本，Di是距離，P是距離的冪，它顯著影響內(nèi)插的結(jié)果，它的選擇標(biāo)準(zhǔn)是最小平均絕對誤差。第第46頁頁/共共78頁頁476.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模湖泊水環(huán)境監(jiān)測湖泊水環(huán)境監(jiān)測（4 4）具體操作過程）具體操作過程3 水環(huán)境狀況評價(jià)水環(huán)境狀況評價(jià) 使用通過遙感手段所提取的水環(huán)境指標(biāo)影像數(shù)據(jù)，依據(jù)傳統(tǒng)地面監(jiān)測方式下的水環(huán)境狀況評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法，通過與標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行比較計(jì)算獲取監(jiān)測目標(biāo)水體的富營養(yǎng)化程度、水污染程度、水質(zhì)等級，并將分級評價(jià)結(jié)果記錄生成相應(yīng)的遙感專題影像。 水環(huán)境狀況評價(jià)主要包括富營養(yǎng)化程度、水污染

37、程度、水質(zhì)等級三種，富營養(yǎng)化程度分為輕營養(yǎng)、中營養(yǎng)、輕度富營養(yǎng)、中度富營養(yǎng)和重度富營養(yǎng)5 級，水污染程度分為優(yōu)、良好、輕度污染、中度污染、重度污染5 級，水質(zhì)等級分為 與劣類六級。第第47頁頁/共共78頁頁486.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模湖泊水環(huán)境監(jiān)測湖泊水環(huán)境監(jiān)測（5 5）監(jiān)測結(jié)果）監(jiān)測結(jié)果分割反演法反演結(jié)果分割反演法反演結(jié)果第第48頁頁/共共78頁頁496.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模湖泊水環(huán)境監(jiān)測湖泊水環(huán)境監(jiān)測使用水質(zhì)指標(biāo)遙感數(shù)據(jù)計(jì)算輸出使用水質(zhì)指標(biāo)遙感數(shù)據(jù)計(jì)算輸出湖區(qū)水質(zhì)分級圖、富營養(yǎng)化分級湖區(qū)水質(zhì)分級圖、富營養(yǎng)化分級和指數(shù)圖、水污染分級和指數(shù)圖和指數(shù)圖、水污染分級

38、和指數(shù)圖第第49頁頁/共共78頁頁506.4 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用建模湖泊水環(huán)境監(jiān)測湖泊水環(huán)境監(jiān)測水環(huán)境專題產(chǎn)品圖水環(huán)境專題產(chǎn)品圖第第50頁頁/共共78頁頁516.5 環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模概述概述 環(huán)境模擬應(yīng)用系統(tǒng)分析原理，建立環(huán)境系統(tǒng)的理論或?qū)嶓w模型，在人為控制條件下通過改變特定的參數(shù)來觀察模型的響應(yīng)，預(yù)測實(shí)際系統(tǒng)的行為和特點(diǎn)。環(huán)境模擬包括數(shù)學(xué)模擬、物理模擬、化學(xué)模擬、生物模擬及計(jì)算機(jī)仿真模擬等，是環(huán)境預(yù)測的重要手段。 環(huán)境預(yù)測是通過已取得的情報(bào)資料和監(jiān)測統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),對未來或未知的環(huán)境進(jìn)行估計(jì)和推測。它是進(jìn)行環(huán)境決策和環(huán)境科學(xué)管理的依據(jù)，也是制定環(huán)境規(guī)劃的基礎(chǔ)。

39、環(huán)境預(yù)測的方法大致可分為定性預(yù)測和定量預(yù)測。比較常用的方法有德爾菲法、趨勢外推法、回歸分析法、馬爾柯夫法、模糊數(shù)學(xué)法等。第第51頁頁/共共78頁頁526.5 環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模概述概述 基于基于GISGIS的環(huán)境污染模擬與預(yù)測主要是的環(huán)境污染模擬與預(yù)測主要是利用利用GISGIS對環(huán)境污染狀況進(jìn)行模擬分析，預(yù)對環(huán)境污染狀況進(jìn)行模擬分析，預(yù)測其影響范圍、空間分布特征和時(shí)間動(dòng)態(tài)測其影響范圍、空間分布特征和時(shí)間動(dòng)態(tài)變化等。變化等。第第52頁頁/共共78頁頁536.5 環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境下模型空間離散技術(shù)環(huán)境下模型空間離散技術(shù) 利用網(wǎng)格剖分技術(shù)，可

40、以將連續(xù)的空間離散化，以網(wǎng)格點(diǎn)作為控制點(diǎn)，將模型空間和地理空間對應(yīng)起來，使GIS與應(yīng)用分析模型在空間坐標(biāo)層次上統(tǒng)一起來，這是實(shí)現(xiàn)基于GIS環(huán)境模擬和預(yù)測的基礎(chǔ)。第第53頁頁/共共78頁頁546.5 環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境下模型空間離散技術(shù)環(huán)境下模型空間離散技術(shù)應(yīng)用分析模型中的網(wǎng)格可分為兩種：應(yīng)用分析模型中的網(wǎng)格可分為兩種：（1）規(guī)則網(wǎng)格 即有結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，相鄰節(jié)點(diǎn)的數(shù)目固定，易于節(jié)點(diǎn)編號和變量布置，便于方程的離散和計(jì)算編程，包括兩類：n 矩形網(wǎng)格：是指縱橫網(wǎng)格線是根據(jù)一定規(guī)則生成的n 曲線網(wǎng)格：可以通過坐標(biāo)變換影射成矩形網(wǎng)格。（2）不規(guī)則網(wǎng)格 即無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，主要是指由任意

41、三角形或四邊形組成的網(wǎng)格，節(jié)點(diǎn)呈不規(guī)則分布，相鄰節(jié)點(diǎn)的數(shù)目并不固定，能較好地?cái)M和區(qū)域邊界。第第54頁頁/共共78頁頁556.5 環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模 矩形網(wǎng)格就是每個(gè)網(wǎng)格單元都是矩形的網(wǎng)格，矩形網(wǎng)格是各種網(wǎng)格中最簡單的一種。根據(jù)網(wǎng)格間隔的變化，可分為變步長和定步長兩種。環(huán)境下模型空間離散技術(shù)環(huán)境下模型空間離散技術(shù)（1 1）矩形網(wǎng)格）矩形網(wǎng)格b 變步長網(wǎng)格變步長網(wǎng)格 變步長矩形網(wǎng)格的步長不是固定的。變步長網(wǎng)格的生成除了給定網(wǎng)格起始點(diǎn)外，還要給出網(wǎng)格X、Y方向的步長序列，這樣程序才能按不同的步長對區(qū)域進(jìn)行剖分。a a 定步長網(wǎng)格定步長網(wǎng)格 矩形網(wǎng)格的X方向、Y方向的空間步長

42、不相等，即第第55頁頁/共共78頁頁566.5 環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模 三角形網(wǎng)格是由相鄰但不重疊的三角形構(gòu)成的一種有限元網(wǎng)格，有限個(gè)點(diǎn)集將區(qū)域劃分為相連的三角形網(wǎng)格。其中三角形可以是規(guī)則的，也可以是不規(guī)則的。不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）是較常用的一種三角形網(wǎng)格。環(huán)境下模型空間離散技術(shù)環(huán)境下模型空間離散技術(shù)（2 2）三角形網(wǎng)格）三角形網(wǎng)格 不規(guī)則三角形網(wǎng)格在構(gòu)造時(shí)要符合以下三個(gè)特征：l 構(gòu)成的網(wǎng)格是唯一的；l 力求最佳的三角形幾何形狀，即三角形盡量接近等邊；l 保證最臨近的三個(gè)點(diǎn)構(gòu)成三角形，三角形的邊長之和最小。第第56頁頁/共共78頁頁576.5 環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境模

43、擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境污染模擬與預(yù)測類型環(huán)境污染模擬與預(yù)測類型 根據(jù)環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域的不同，環(huán)境污染模擬與預(yù)測類型可分為以下幾個(gè)方面：（1）大氣污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測 大氣環(huán)境污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測是運(yùn)用有關(guān)的科學(xué)手段和方法，推測社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)造成的二氧化硫、氮氧化物、煙塵等污染物對大氣質(zhì)量變化影響。（2）水體污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測 水環(huán)境污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測是運(yùn)用有關(guān)的科學(xué)手段和方法，推測社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)造成的河流、湖泊、水庫、地下水、海洋等水體質(zhì)量的變化及其影響。第第57頁頁/共共78頁頁586.5 環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境污染模擬與預(yù)測類型環(huán)境污染模擬與預(yù)測類型 利用數(shù)學(xué)模式和必要的模擬實(shí)

44、驗(yàn)，計(jì)算或者估算建設(shè)項(xiàng)目的污染因子在評價(jià)區(qū)域內(nèi)對大氣環(huán)境質(zhì)量的影響。l 了解項(xiàng)目建成后對大氣環(huán)境質(zhì)量影響的程度和范圍。l 比較各種假設(shè)方案的大氣環(huán)境質(zhì)量的影響。l 給出各類或各個(gè)污染源對任一點(diǎn)污染物濃度的貢獻(xiàn)。 （1 1）大氣污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測）大氣污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測第第58頁頁/共共78頁頁596.5 環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境污染模擬與預(yù)測類型環(huán)境污染模擬與預(yù)測類型 基于GIS技術(shù)的水環(huán)境污染擴(kuò)模擬與預(yù)測，其核心就是在地理信息系統(tǒng)平臺(tái)上，運(yùn)用科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)數(shù)值模擬結(jié)果和預(yù)測結(jié)果的可視化顯示。（2 2）水污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測）水污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測l 模型的適

45、用性。模型要包容污染現(xiàn)場的水文地質(zhì)條件，考慮到特定研究的污染物在遷移擴(kuò)散過程中的影響因子。l 模型和模擬程序的復(fù)雜程度既要與污染現(xiàn)場條件的復(fù)雜性相匹配，也應(yīng)和可獲得的參數(shù)的充分性相匹配。第第59頁頁/共共78頁頁606.5 環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境污染模擬與預(yù)測類型環(huán)境污染模擬與預(yù)測類型下面以大氣污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測為例來敘述GIS空間分析在環(huán)境模擬與預(yù)測的應(yīng)用建模過程第第60頁頁/共共78頁頁616.5 環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模大氣污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測應(yīng)用建模大氣污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測應(yīng)用建模（1 1）概述）概述 將地理信息系統(tǒng)和大氣環(huán)境的預(yù)測、評價(jià)、污染

46、源的識(shí)別結(jié)合起來是環(huán)境管理決策信息軟件的發(fā)展趨勢。 通過大氣污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測應(yīng)用建模，可以提供全面的現(xiàn)場實(shí)測信息，在系統(tǒng)后端把基于大氣環(huán)境評價(jià)、污染識(shí)別以及環(huán)境預(yù)測的信息技術(shù)和傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)帶入到可視化的空間中，將環(huán)境保護(hù)的管理者置身于自然和社會(huì)環(huán)境中，使抽象的大氣環(huán)境污染識(shí)別、大氣環(huán)境影響分析、評價(jià)以及大氣污染預(yù)測工作變得生動(dòng)、直觀和全面。第第61頁頁/共共78頁頁626.5 環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模大氣污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測應(yīng)用建模大氣污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測應(yīng)用建模（2 2）數(shù)據(jù)組織）數(shù)據(jù)組織所需的數(shù)據(jù)包括區(qū)域背景、環(huán)境信息與輔助信息三大類：l 區(qū)域背景數(shù)據(jù)：包括行政區(qū)規(guī)劃

47、圖、功能區(qū)圖等；l 環(huán)境數(shù)據(jù)：包括大氣污染源、大氣環(huán)境監(jiān)測、大氣污染效應(yīng)、大氣環(huán)境管理、大氣環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)、大氣環(huán)境統(tǒng)計(jì)等；l 輔助信息：包括人口、經(jīng)濟(jì)和氣象等數(shù)據(jù)。第第62頁頁/共共78頁頁63l 數(shù)據(jù)類型及結(jié)構(gòu) 原始數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理，變成系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以關(guān)系數(shù)據(jù)庫格式存貯，環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括多因素大氣測定數(shù)據(jù)、模式預(yù)測數(shù)據(jù)庫、污染源識(shí)別數(shù)據(jù)、污染源相關(guān)元素表、不同地區(qū)大氣質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測、區(qū)域歷年環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價(jià)。l 數(shù)據(jù)文件組織 數(shù)據(jù)庫為關(guān)系數(shù)據(jù)庫，并用成熟的關(guān)系數(shù)據(jù)庫軟件來進(jìn)行存儲(chǔ)。大氣污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測應(yīng)用建模大氣污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測應(yīng)用建模（2 2）數(shù)據(jù)組織）數(shù)據(jù)組織6.5 環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模

48、環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模第第63頁頁/共共78頁頁64大氣污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測應(yīng)用建模大氣污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測應(yīng)用建模（3 3）大氣擴(kuò)散模式模型）大氣擴(kuò)散模式模型 大氣污染擴(kuò)散模式大氣污染擴(kuò)散模式是模擬大氣污染物的輸送、擴(kuò)散、遷移過程，預(yù)測在不同污染源條件、氣象條件及下墊面條件下某污染物濃度時(shí)空分布的數(shù)學(xué)模型，是低層大氣中污染物遷移和擴(kuò)散規(guī)律的、簡單化的數(shù)學(xué)描述。 污染物在大氣中的濃度和分布，不僅決定于污染物的排放量和距離排放源的遠(yuǎn)近，而且決定于大氣對污染物的擴(kuò)散能力。大氣的擴(kuò)散能力主要受風(fēng)(風(fēng)向、風(fēng)速等)和大氣穩(wěn)定度的影響。6.5 環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模第第64頁頁/共共78

49、頁頁65 根據(jù)這些模式處理問題所采用的理論和數(shù)學(xué)方法，大根據(jù)這些模式處理問題所采用的理論和數(shù)學(xué)方法，大氣擴(kuò)散模式可分為以下幾種：氣擴(kuò)散模式可分為以下幾種：l 點(diǎn)源擴(kuò)散模式 主要應(yīng)用于點(diǎn)污染源（如化工廠）引起的大氣污染擴(kuò)散l 線源擴(kuò)散模式： 主要應(yīng)用于線污染源（如公路）引起的大氣污染擴(kuò)散 l 面源擴(kuò)散模式： 主要應(yīng)用于面污染源（如工廠群）引起的大氣污染擴(kuò)散大氣污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測應(yīng)用建模大氣污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測應(yīng)用建模（3 3）大氣擴(kuò)散模式模型）大氣擴(kuò)散模式模型6.5 環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模第第65頁頁/共共78頁頁66 主要介紹高斯擴(kuò)散模型，它是計(jì)算輸入大氣中的氣態(tài)污染物在下

50、風(fēng)向濃度分布的應(yīng)用最廣的方法，也是國家環(huán)境質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定使用的模型。大氣污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測應(yīng)用建模大氣污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測應(yīng)用建模（4 4）點(diǎn)源擴(kuò)散模型）點(diǎn)源擴(kuò)散模型 高斯模型在推導(dǎo)無界情況下的公式有以下方面的假定：l 大氣運(yùn)動(dòng)是穩(wěn)定的, 有主導(dǎo)風(fēng)向；l 污染物在大氣中只有物理運(yùn)動(dòng)，沒有化學(xué)和生物變化；l 污染區(qū)域內(nèi)沒有同類污染源匯合。6.5 環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模第第66頁頁/共共78頁頁67 以SO2擴(kuò)散模式為例，SO2濃度分布的計(jì)算采用訂正的高斯煙羽模式。任一點(diǎn)的污染物濃度C(x,y,z,He)計(jì)算公式為：大氣污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測應(yīng)用建模大氣污染擴(kuò)散模擬與預(yù)測應(yīng)用建模（4 4）點(diǎn)源擴(kuò)散模型）點(diǎn)源擴(kuò)散模型6.5 環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模環(huán)境模擬與預(yù)測應(yīng)用建模 其中，x 下風(fēng)向距離( m )； y 橫截風(fēng)向距離( m )；z 距地面的高度( m )； Q 大氣載污染物源強(qiáng)，即釋放率( m g / s)；uH e 煙囪出口處環(huán)境平均風(fēng)速( m /s)；y、z分別為水平方向和垂直方向擴(kuò)散參數(shù)( m )，它是下風(fēng)距離x 及大氣穩(wěn)定度的函數(shù)；He 有效排放高度( m )，其中He = H + H；H 煙囪出口距地面的幾何高度( m )； H