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GIS在污水管理中的应用

Tamara Dadić, Mladen Juriscaron;ić, Lidija Tadić

摘要：本文简要介绍了GIS在废水中的应用。文章描述了地理信息系统的主要特点、污水收集系统和应用地理信息系统分析、建模和显示排水系统特性的原因，介绍了用于分析和监测污水的两个基于GIS的系统，还显示了使用地理信息系统选择废水净化装置的位置的原则，这是排水系统的最终要素。这种方式有利于在选择地点施，同时考虑到各种法规，标准以及地形和植被的特征。地理信息系统甚至可以用于监测水质，这为水的再利用创造了良好的条件。以上观点，通过在灌溉中处理过的水的使用和合适地点的选择来说明。

关键词：GIS，灌溉，选址，污水系统，污水净化装置

1介绍

地理信息系统（地理信息系统）代表一系列相关的对象和活动，这些对象和活动与它们的相互关系一起服务于空间活动决策的一般目的。它可以实现空间数据的存储，处理，分析，建模和显示^[1]。正是由于其广泛的特性，这项技术在很多领域都有很好的应用。

由于强大的空间分析模块，水文系统非常适合使用GIS进行分析。无论是供水系统还是排水系统或灌溉系统，所有的结构和系统都在空间上定位，并具有各自的特点。它们的显示和系统分析极大地促进了GIS的应用。这类系统的主要作用是水文数据。这些数据的空间分布，特别是降雨，是非常重要的，所以用GIS监测这些数据是非常实用的。接下来，将更详细地描述GIS在废水系统中的应用。

2废水污水系统

废水是通过输入污染物而改变原始成分的水，其存在导致水的物理，化学，生物或细菌学特性的变化

废水根据其来源分类为^[3]：卫生（污水），工业，排水和废水。

本文提到了处理过程后的卫生废水和该水的再利用。卫生废水通过废水污水系统排出，它被定义为一种系统的设施和措施，以便在接收容器之前立即从定居点排出废水并对其进行处理^[3]。废水污水系统（图1）包括：

-污水管网（初级和次级），

-污水管网结构（泵站，输入和转换轴，溢流设施），

-污水处理厂，

-出口。

有几种类型的污水处理系统，但最常见的是混合和分离系统。混合系统通过一个网络接收和排放降雨和卫生水域，分离的网络通过单独的网络将降雨和卫生水排向废水处理厂和出口。无论哪种类型的污水处理系统，这些都是非常复杂的系统，其内容相互关联并且需要定期维护。污水系统的功能完全取决于系统元件之间的相互作用程度。为了实现系统的最佳效果，从技术和经济的角度来看，有必要详细定义系统的所有要素及其作用。较新的污水处理系统非常复杂，其运行和维护更加复杂和昂贵^[4]。

3GIS在污水污水处理系统中的应用

涉及管道（沙井，消防栓，阀门，闸阀等）管道和结构位置的污水管网数据存储在不同比例尺的地图上。从这些地图上读取数据需要很多时间，有时甚至不可能这样做。

随着污水管网建设的不断增加，需要^[5]输入和处理质量数据，这些质量数据是通过现场测量或通过对已执行状态的大地测量收集的。

由于它的复杂性，增加的发展和高亮度的空间分量，具有自身特性（数据可视化和地理和属性特征的连通性）的GIS技术很好地适用于废水污水系统的监测和维护。

为了构建GIS排污系统，必须输入实际的系统信息，即必须有系统的数字模型。系统的所有元素都是空间定位的，并与描述每个元素及其与系统其他元素关系的属性数据相关联。污水处理系统的所有元素可以分为空间特征：点，线和面。压力管道，开放和封闭渠道等用线表示。他们都有自己的一套或多或少独立的特征。属于节点特征和集水区的审计竖井，排水渠，泵站，排水口，降雨的数量和分布进入系统，是区域特征^[6]。

对象之间的连接在图形和拓扑级别上实现。所有系统对象都与其图形性能相关联，并实现与拓扑级别的连接，并将其作为每个对象的属性进行存储。污水系统的GIS模型必须具有以下特性^[6]：

-3D图形和几何形式的数据显示，

-添加和修改对象属性，

-拓扑级别的对象连接，

-操作期间的管理和控制系统

持续维护是一个非常重要的组成部分，以帮助避免和纠正错误。在这个领域的主要角色是数据库及其控制和管理数据的能力。这些基于GIS的废水污水处理系统软件中有一些是Bentley的废水和GIS预处理。

3.1Bentley废水系统

Bentley废水系统是管理废水污水系统的应用程序。诸如绘图，设计，维护和记录保存等功能都集成在空间环境中。这个应用程序可以创建详细的模型，分离或混合排污系统，重点在于整个网络的连通性。该应用程序将CAD平台和GIS功能的功能相结合，强调系统的空间组件（图2）。CAD背景反映在管道和人孔的纵向和横截面图中^[7]。GIS环境允许执行不同的空间和属性查询，覆盖数据和各种空间分析^[6]。主要功能是：

-创建物理数据模型，

-在几何和拓扑层面建立数据连接，

-建立拓扑网络系统，

-改变几何和属性属性，

-基础液压系统分析，

-创建方案和图表，

-数据的主题表示，

-存储视频，

-与其他平台交换数据。

为各种航空照片，卫星图像，扫描地图和图纸提供访问，为设计和系统分析提供先进的视觉信息。这种类型的管理能够记录系统性能的实际情况，并为系统的水力分析和修复，重建和扩展提供数据^[6]。

3.2ProGIS

ProGIS是基于GIS技术的系统，用于废水污水处理系统的管理和监测。它由三个模块组成^[8]：

-经度剖面图，

-光学检测，

-大地测量模块。

模块纵向剖面图用于绘制，分析和输出实用管线的纵向剖面。计划中选定的对齐方式会自动呈现纵向轮廓以及所有相关数据：高度，下降，深度和高度差

现在，使用摄像机的检查网络经常出现。该模块允许解释镜头，与其他数据的关联镜头（图3），在真实空间中存储数据以及海量数据的空间分析。

该模块在Windows操作系统的ESRI编程环境中设计。该信息的图形部分与SHAPE标准相关，并将一个属性指定给某些SQL数据库。大地测量模块允许维护图形和属性数据库，地图生产，维护数据，出口数据，设施内的处理设备等^[8]。

4确定污水处理厂和污水排放口的位置

污水排放口和污水处理厂的位置是非常重要的，因为可能会污染周围的水和对野生动物的影响。不同的国家对这些地点的定义有不同的规定和标准。各种法律考虑了周边地区的价值，水源和当地人口等各种因素。虽然有一系列优化选址的理论和方法，但都忽略了水生动物的分布，水资源沿海地区和自然保护区的红树植被^[9]。正因为如此，基于GIS的定义位置的新方法非常适合生态学应用^[1,10]。这种环境适宜的方法基于诸如水，沿海地区和土壤等指标。其最终结果是优化污水处理厂和污水排放口的可能位置。详细的位置优化程序如图3所示。

有三个步骤来确定使用GIS技术的位置：

-数据收集：土地利用，湿地和沿海水生动物的分布，水质，流量，社会经济数据，-空间分析：将所有信息转换为在ArcGIS中处理的主题数据其中每个索引对应于矢量主题以及其中每个参数对应于矢量主题中的元素的表格。

-综合生态适宜性评估基于单指数评估;位置基于水，河岸带和土地的指数。

本次评估的关键参数是评估标准的确定，分为三个层次：适当的地点，一般适当和不恰当。因此，在这个空间分析和给定参数结束时，GIS定义了设备或插座位置的适当和不适当的位置。考虑到经常被忽视的关键环境因素，该生态评估确定了适当的指标体系，并根据适当的GIS技术或不恰当的地点确定和可视化适合的地区。

5废水在灌溉中的应用

废水在污水处理厂处理达到要求的质量水平后，通常会排入水道或其他接收器。但是，随着对水的需求不断增加以及可用水量的减少，处理后废水的使用将作为解决方案，以确保灌溉用水的充足。在使用这种水进行灌溉时，应该非常小心，因为用于灌溉的水质要求参数^[11]。动物农场和居民点的废水含磷量较高，来自村庄的废水具有明显的细菌学问题。工业和城市废水可能含有较高水平的有毒物质，严重威胁人类和动物的健康^[12]。为了再利用废水，应对其进行处理并进行彻底分析。为此，地理信息系统就像卫星图像一样，对监测和分析水质参数非常有用^[13]。

这些水质参数在空间上发生变化，取决于人类活动。地理信息系统支持它们的映射，因为它是基于空间数据处理的信息系统，为快速可靠的决策提供了基础。为此，地理信息系统可作为规划和管理处理过的灌溉废水的工具。这可以通过根据统计数据和方法将废水分为几类来实现，该方法基于聚类，可提供关于每个地点的污染程度和水质的准确信息。使用GIS进行信息可视化可以创建整个地区的专题地图^[14]。

要创建GIS图层以便它们代表空间统计会议，需要执行以下操作^[14]：

-地图数字化，

-应用GPS，跟踪，定位和参考观测系统中的位置-基于水质的系统分类，

-连接位置和它们所代表的分段。

除了监测和确定废水的质量外，GIS对于选择可以使用这种水的位置非常有用。结合GIS和多标准分析，可选择处理废水应用的最佳位置，包括技术，经济，社会和空间特征^[15]

GIS经常被用作定义各种合适地点的工具。它通常用于确定垃圾填埋场的适宜位置^[16-22]。其他应用：确定贝类养殖最适合的地点^[23-25]，确定风电场的位置^[26]，确定购物中心建设的最佳位置^[27]，选择最适合生态旅游的地点^[28]，人工渗流的选址^[29]等。对于灌溉地点的选择，除GIS技术外，可以使用多标准分析。通过结合这两种方法，获得了一种用于选择处理过的废水进行灌溉的合适位置的创新方法。这种方法允许考虑一些其他标准，而不仅仅是潜在地点的接近度。这种方法的方法包括以下步骤^[15]：

-选择标准，子标准和约束，

-使用成对比较矩阵确定优先级（权重系数）的层次结构的开发，

-提取相应的地理层根据每个子标准和限制使用GIS，

-标准化每个子标准，以便能够组合和计算决策的组合值，

-提取最合适的位置及其表面，

-应用灵敏度分析来检查权重系数对结果的影响。

对于这种选择最佳位置的方法，需要可以在市政和卫星图像中获得的数据。因此它适合在世界任何地方使用，并且升级后可用于其他处理过的废水^[15]。

6结语

正是由于系统的空间分析功能的存在，GIS技术在废水管理方面有着巨大的应用。利用GIS，可以对所有系统组件和水进行监视，分析和显示。目前，市场上已经有基于GIS和CAD技术的软件包，它们是为废水系统的管理而设计的。我们可以通过这些软件包进行详细的分析、输入大型数据库及其管理、横向和纵向轮廓显示监控等。由于GIS自身特点，它还可以用于污水处理厂的选址和处理水灌溉的位置选择。这些地点的选择主要基于环境标准和该地区的特点，然后通过GIS技术进行考虑。这些例子显示了这种分析和呈现数据的技术和方法为废水管理提供了巨大的贡献和转变。

参考文献

[1] Juriscaron;ić, M.; Plascaron;čak, I. Geoinformacijski sustavi-GIS u poljoprivredi i zascaron;titi okoliscaron;a. Poljoprivredni fakultet, Osijek, 2009.

[2] Komunalno druscaron;tvo VODOVOD I KANALIZACIJA d.o.o. za vodoopskrbu i odvodnju Rijeka, URL: http://www.kdvik-rijeka.hr/default.asp?ru=114 (9.07.2012).

[3] Vuković, Ž. Osnove hidrotehnike, prvi dio, druga knjiga. Akvamarine d.o.o., Zagreb, 1994. [4] Milićević, D.; Milenković, S.; Milićević, S. Water Distribution and Sewer System Modeling like Prereasons of Succesfull Reconstruction/Rehabilitation, BALWOIS, Ohrid, 2010.

[5]Sisački vodovod d.o.o. URL:http://www.sisackivodovod.hr/ index.php?option=com_

contentamp;view=articleamp;id=68amp;Ite mid=83 (10.07.2012.)

[6] Kolarek, M. Primjena GIS-a u sustavima odvodnje otpadnih voda. // Ekscentar. 12,

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