基于sd-gis 的水污染事故水质时空模拟研究

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1、http://www.cehuiwang.com 基于SD-GIS的水污染事故水质时空模拟研究[1]张波1,2，孙强2,李顺2,3,王利强2,虞朝晖2(1. 中国科学院遥感应用研究所，北京100101；2.国家环境保护总局信息中心，北京100029；3.北京师范大学资源学院，北京100875）摘要：将一维河流水质系统动力学模型用于水质模拟，建立SD和GIS关联的概念框架，并基于组件式GIS和SD模型开发水污染事故水质模拟实验系统；以2005年11月发生的松花江水污染事故为例，对特征污染物硝基苯浓度的时空变化进行了动态仿真模拟。结果显示：通过建立SD和GIS的关联，能够实现水污染事故

2、中污染物的时空分布模拟，以及基于模型参数的模型调控与情景分析，为突发水污染事故应急措施方案的优选提供科学、可行的依据。关键词: 系统动力学；地理信息系统；水污染事故；时空模拟；松花江中图法分类号:    TP79/X55　　          文献标识码:A一、       引言水污染事故是我国环境事故最主要的类型之一。它的发生不但导致水体水质恶化，影响水资源的有效利用，而且使社会、经济的正常活动受到影响，对水生态环境造成严重危害。水污染事故发生后，污染物进入水体随水流迁移过程中受到水力、水文、物理、化学和生物等诸多因素的影响（徐孝平，1987），各因素之间存在着采用常规动力学方法

3、难以表达的非线性关系。因此，从系统性和整体性出发，水污染事故中污染物的迁移、转化是一个典型的动态、复杂、非线性系统。动态复杂系统由于空间元素间的相互作用以及系统结构和功能随时间变化而变化，往往难于理解和模拟（AhmadandSimonovic，2004）。传统建模方法通常是分别考虑空间和时间的变化，而不是同时兼顾二者。为了更好地对动态复杂系统进行模拟，需要考虑到系统行为随时间的变化是由其空间状态的变化导致的，因此对动态复杂系统的模拟需要同时兼顾时间和空间的变化。在水污染事故应急过程中，管理部门迫切需要了解污染带的迁移状况以及污染物浓度在时间、空间两个维度上的变化，以便采取有效的应急

4、措施。因此，针对水污染事故的水质模拟问题建立具有时空模拟能力的水质模型，模拟污染物随时间、空间的浓度变化，帮助决策者在二维空间上有效地掌控事故的发展变化趋势，则显得非常重要（张波，2007）。二、       方法论系统动力学（SystemDynamics，缩写为SD）是一门研究信息反馈系统动态行为的学科，通过分析系统内部各组成部分之间动态、复杂的相互关系和交互作用，建立系统仿真模型，描述与解释系统的外在行为，寻求解决问题的正确途径（王其藩，1988）。水污染事故水质模拟问题的动态性、复杂性、非线性等特点，正是SD的优势所在，能够将其用于解决水污染事故中的水质模拟、预测以及模型调控

5、等问题（张波，2007）。SD模型在时间尺度上模拟系统的动态行为是有效的，但却很难描述和模拟系统的空间要素及其状态，模拟结果仅仅通过图表等简单的形式表现，可视化程度低（裴相斌，赵冬至，2000）。因此针对复杂系统的时空模拟，仅仅依靠SD模型显然远远无法满足应用的要求。地理信息系统（GeographicInformationSystem，缩写为GIS）是一个采集、存储、分析和显示具有空间位置信息的计算机系统，是处理和分析地理数据的通用技术（陈述彭等，2000）。在水质模型与GIS的集成过程中，GIS是水质模型空间离散化、参数化以及可视化的有利工具（Liao,H.andTim.1997

6、；马蔚纯等，1998）。虽然GIS更多测绘论文请登录测绘网论文频道查询：http:/www.cehuiwang.com客服热线：010-52775185http://www.cehuiwang.com能够有效地管理、查询、表达、分析和处理静态的与地理空间分布有关的信息，但却难以描述和模拟具有时间概念的复杂的动态行为及其过程，不能展示空间对象的动态特征，在反映时间连续性、派生演绎系统语义信息以及表达动态变化过程方面，GIS还难以胜任（余洁，2002）。三、       SD和GIS的关联与集成1、 SD和GIS的关联需求考虑到SD在描述时间过程方面的优势及其具有的有限的空间模拟能力，

7、以及GIS具有空间建模的能力但对时态模拟的不足，将二者关联起来，能够丰富和扩展两种分析技术的现有功能：GIS作为SD模型的前处理工具能够大大减少数据准备和处理的工作量，能够增强空间数据的显示能力并揭示隐藏的空间关系；同时，SD模型可以扩展GIS的空间分析功能，实现系统行为的动态模拟及趋势预测。通过GIS和SD的关联，在以空间分析为特色的GIS技术环境下融入时间动态模拟的SD模型，进行复杂系统的动态模拟和预测分析，使GIS和SD的现有功能得到扩展和延伸（Ahmadand