全 文 ：第 23
V o l
.
卷 第 2期
23 oN
.
2
植 物 研 究
BU L L E n N O F BO T AN IC AL RE S E AR C H
2 X() 3年 4 月
A Pir l
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2X() 3
哈尔滨市水环境与生态环境祸合的 GI S 技术 ’
朱雪芹` 丛沛桐2 文丽杰 3
( 1
. 吉林大学环境资源学院 ,长春 13 X() 26 )
( 2
. 东北林业大学 ,哈尔滨 15 (X片0 )
( 3
. 黑龙江省国土资源厅 ,哈尔滨 15 0 36)
摘 要 介绍了哈 尔滨 市水环境和 生态环境现状 , 应 用地理信息系统 (侥 。脚p h i c l刘OFmr iat on
衍st e m ) ,编制了哈尔滨市水环境与生态环境辐合关 系图 , 为城市水资源生态保护 、 水资源合理
开发利 用 、 土地利用规划 、 环境保护 、 城市建设规划提供科学的依据 。
关键词 地理信息系统 ;水环境 ;生态环境 ;藕合
G I S A P P L Y IN G I N C O U P L E M A P O F C I T Y 下VA T E R
A N D E C O L O G I C A L E N V I R O N M E[ N T
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C omP
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n m e n t ; e ou p il n g
l 概要
水是生态系统重要的组成部分 , 在城市生态
系统中 ,生活污水和工业废水造成水污染的状况
比较普遍 ,水体中污染物又可间接转人动植物体
内 , 有害成分长期积累 ,动植物及人类健康受到威
胁并导致生态环境的恶化 , 随着城市经济的发展
和城市人口不断膨胀 ,城市生态环境质量呈愈来
愈低的趋势 。 水环境污染和生态环境的平衡与逆
转是一个链状的传递过程 , 两因素相藕合形成了
错综复杂的城市生态环境 。
哈尔滨是我国北方的重要城市 , 水资源开发
利用模式与城市生态环境格局的形成均具有典型
性 。 松花江由西向东流经市区 ,在市区内流经约
25 km
,是哈市现阶段主要供水水源 。 由于源远流
长 ,流域面积广阔 , 江道蜿蜒 ,河谷宽阔 , 地势低
平 , 比降为 12/ (x兀旧 , 主河槽宽 40 一 60 ~ 。 研究区位于哈尔滨市松花江南岸一阿什河以西一平
房一三姓屯 , 面积约为 5 50 k扩 。 总的地势为东南
高西北低 ,平坦开阔 。
哈尔滨市区内的主要河流有 :松花江 、 阿什
河 、运粮河 、 西河沟 、 马家沟 、信义沟 。
阿什河河道蜿蜒曲折 ,河谷宽约为 5 一 10 km ,
。 第一作者简介 :朱雪芹 ( 19 63 一 ) ,女 , 博士研究生 ,主要从事水文学及水资源管理的研究 。
收稿日期 : 2加2 一 04 一 03
2期 朱雪芹等 :哈尔滨市水环境与生态环境辆合的 i ( l S技术
地势低平 , 比降约为 12/ . sk m , 河槽宽 25 一 50 m ,
水深 1 一 3 m 。 马家沟河发源于阿城市附近的低丘
陵地带 ,在哈市分别穿越平房区 、动力区 、 南岗区
和太平区 ,全长 4 . k3 m ,工农水库位于上游 , 该水
库以下郊区段河长 17 . I km ,城区段河长 17 . 6 km ,
全流域面积 19 9 . 1g k扩 , 河谷宽 s o m 左右 , 河底
比降 1/ 10以) 一 l/ 巧o 。 因为河道流经市区 , 对城
市综合环境和生态功能的形成和稳定起着重要的
作用 。
哈尔滨市地下水类型属于河间地块蓄水构
造 ,为松花江 、 阿什河及拉林河围成的三角形河间
地块 ,河漫区地下水属于松散层孔隙潜水 ,与地表
水联系密切 ;阶地和高平原地下水属于松散层孔
隙承压水 。 在开采条件下 , 市区地下水水位急剧
下降 ,造成阶地和高平原地下水由承压水变成无
压层间水 ,水动力条件随之改变 ,造成地下水污染
物的来源主要是河水污染 。
近年来 ,哈尔滨城市建设发展迅速 ,开展了城
市环境综合规划与治理 ,水环境与生态环境是哈
尔滨市城市环境的重要组成部分 , 开展哈尔滨市
水环境与生态环境祸合关系的研究有利于查明相
互的作用方式和规律 ,为城市规划治理与保护提
供科学依据 。
水作为环境因子对城市生态环境的形成演化产生
影响 ,是一种非线性关系 。 本文在 GI S 平台上对
哈尔滨市水环境与生态环境进行数字化研究 ,建
立藕合模式 。
地理信息系统 ( G e o g arn h i e In fo mr a ti o n S y s -
et m
, 简称 GI )S 是从 20 世纪 60 年代开始迅速
发展起来的一门新技术 , 作为计算机科学 、 地理
学 、测绘遥感学 、环境科学 、城市科学 、 空间科学 、
信息科学和管理科学等多学科集成的基础平台 ,
广泛用于各行业地理信息的搜集 、存储 、管理和分
析 ,它将过去的手工 、单一 、静态 、定性为主的传统
的分析方法 ,推进到多时相 、 多数据源 、时空结合 、
定性与定量相结合的综合分析技术 ,成为资源管
理 、环境管理和政府部门决策 的重 要技术手
段 〔2 ] 。
地理信息系统 ( M ap l n fo )原理是以图元 (点 、
线 、 面 )为基本单位构成图层 , 多个相互联结不同
特征的层面 ( lay er )在空间叠加 , 利用 M aP nI fo 空
间图层叠加特性 、栅格与矢量的转化 , 向用户提供
空间数据 、 多因素空间分析 、 复合评价 、 预测预报
和模拟优化等技术手段 [’. , 〕 。
方法及原理线路如图 l :
2 技术手段
城市生态环境与水资源环境均是复杂系统 ,
图名
水州、 空户l」j口{乍1-
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图 1 水环境与生态环境祸合技术路线图
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植 物 研 究 23 卷
3 祸合参数确定
水环境对生态环境的影响可以采用参数进行
定量研究 ,按地表水和地下水对生态环境的影响
进行分类描述 。
3
.
1 地表水生物污染指数法
地表水中藻类的大量繁殖是水体受到污染的
象征 , 由于藻类繁殖 , 加速了水体的营养化的进
程 ,使得水质逐渐恶化 , 导致鱼类等水生生物的死
亡 。 因此采用藻类评价地表水受污染程度 。 根据
黑龙江省环保局在松花江 、 阿什河河段进行水生
生物 : 着生藻类 、 着生原生动物 、 底栖动物进行监
测 ,对监测结果进行评价 , 由于每种生物指数只能
反映环境变化的某几种信息 , 如想全面 、 准确地反
映水生环境变化状况和发展变化趋势 , 必须用几
种不同水生生物指数进行综合评价 。 因此 ,水质
生物学评价应包含两部分 :一是用几种不同水生
生物指数对某种生物群落进行综合评价 。 二是对
几种生物群落进行综合评价 ,在此采用污生指数 、
藻类污染指数对着生藻类进行评价 ;运用污生指
数 、均匀度指数对动物群落着生原生动物进行评
价 ;运用生物学污染指数 、 C h a n d ler 生物指数对底
栖动物群落进行评价见表 l 。 然后对松花江 、 阿
什河哈尔滨市江段水质生物学评价进行综合评
价 ,结果见表 2 。
19 1
一 19 95 年松花江哈尔滨江段有机物污
染严重 ,表征有机物污染的综合指标高锰酸盐指
数和生化耗氧量常年超过国家地面三类水体标
准 ,地表水的污染使得松花江 、阿什河水体中的鱼
类动物衰减 ,沿市区段的天然渔业几乎不存在 。
自 19 5 7 年引用污水灌溉 ,全市的三条排污沟
(马家沟 、何家沟 、 信义沟 )接受市内绝大部分工
业污水和生活污水 ,未经任何处理直接用于蔬菜
灌溉 ,蔬菜中的锡 、铅重金属含量超标 。 农禽体内
的氟化物 、硝酸盐含量超标 。
表 1 水质生物学评价方法及污染分级
T a bl e l 压 iot c as se s m e nt me t h司 of w a t e r q u ial yt an d op l u it on l e v e l
污染程度 B d lu iot n 即ad e
评价方法
V目u e m d h记 s
指数
I n d e x 轻污染
U hg t
中污染
M e d lu m
重污染
H e a Vy
严重污染
M o r e se ir o u s
污生指数 P o l u it o n iidn c iat gn 价百m 、 c 1 . 0 一 1 . 5 1 . 5 ~ 2 . 5 2 5 ~ 3 . 5 3 . 5 ~ 4 . 5
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藻类污染指数 lA , 钾 11u it on idn el
生物学污染指数 iB oc he 而 .匀 州 l u it on idn xe
Cha
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均匀度指数 E~ i dn xe
< 1 5
0
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1 ~ 0 5
> 30
巧 ~ 19
0
.
5 ~ 5
30
~
45
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E 0
.
5 一 0 . 8 0 . 3 ~ 0 . 5 0 ~ 0 . 3
表 2 松花江 、 阿什河哈尔滨市江段水质生物学评价表
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采样位置
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朱顺屯左岸
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朱顺屯右岸
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成 Z hu s h u n
阿什河内
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阿什河口左岸
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阿什河右岸
凡 hg t ban k
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大顶子山
D司 in g IZ s h a n
中综合评价
综合评价
综合评价
综合评价
综合评价
轻 、 中
轻 、 中
轻 、中
轻 、 中
中
中、重
轻 、中
轻 、 中
中
轻 、中 轻 、 中
轻 、 中
中
中、 重
中、重
中、重
中、重 轻 、 中 中、重
轻 、 中
轻、 中
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2 期 朱雪芹等 :哈尔滨市水环境与生态环境祸合的 l cs技术
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图 2 哈尔滨市水资源生态环境祸合模式图
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2 地下水综合污染指数法
对研究区的地下水中超标因子的集合值评
,参加评价的因子有酸根 、氯离子 、硝酸盐氮 、按
、总硬度 、 化学耗氧量 、 铁 、 锰 、 铜 、 锌 、 汞 、 挥发
、等十二项指标 。 评价方法采用综合污染指数
尸彻— 综合污染指数 ;a— i 项因子实测值 ;C彻— i 项因子标准值 ,n— 评价因子数 。当 C i/ iC w < 0 时 ,则令 Ci/ iC m 二 0
采用 1995 年地下水水质各监测点的地下水
的综合污染指数 , 根据其取值范围和污染质的分
布状况 ,将地下水的污染程度分为四级 :
未污染 ( 续 l) 主要分布在市区南部大部分地
区 。 轻度污染 ( 1 一 10 )分布市区内大部分地区 。
中度污染 ( or 一 20) 分布在松花江漫滩及平房区 。
重度污染 ( > 20) 分布在市内东部化工区和道里
生活区 。
据 19 9 3 年全市农蓄产品质量调查结果 :有污
水灌溉历史的区域一平房区 ,蔬菜中的福 、铅重金
属含量超标率 12 % 、 8% 。 福 、 铅最高超标倍数
1
.
9
、
1
.
4 ;氟化物 、 硝酸盐超标率分别为 43 . 8% 、
8
.
7%
,最高超标倍数 4 . 1 。
4 结果分析
运用 lG s 技术可实现空间数据叠加 〔` l ,分别
将湿地 、 河流 、 草地 、水源地 、 生活垃圾 、 污水排放
量 、地表水 、地下水的污染程度分级等图层进行空
间叠加 , 编制哈尔滨市水资源生态环境祸合模式
图 (图 2 ) 。
通过祸合参数将哈尔滨水环境与生态环境有
机地祸合在一起 ,经过图层祸合后 ,对哈市生态环
境质量进行了分级 ,生态环境的变化也十分明显 。
在松花江沿岸 ,污水排放量大 ,地下水与地表水环
境质量较差 , 加之该区植被绿地较少 ,生态环境状
况巫待管理 。 在市区南部 , 生态环境优于市区北
部 ,有大部分水体未遭受污染 ,应加以保护 , 同时 ,
市区南部也出现了污染区 ,应严加控制 , 在城市发
展和规划过程中要重点考虑水环境与生态环境的
共同维护与合理利用 。
价氮法酚
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5 结论与建议
在本区首次采用地理信息系统方法 , 将空间
数据叠加制作城市水资源生态图 。
根据城市水资源污染生态图 , 地下水重度污
染区的面积已占市区面积 20 % , 地下水中度污染
植 物 研 究 3 2卷
区的面积已 占市区面积 0 4%。 地表水水质在市
区的松花江上游轻 、 中度污染 ,下游为中度污染 ,
远离市区的松花江下游为轻度污染 , 阿什河为中 、
重度污染 。
水资源是生态系统体系中重要的环境因素 ,
地下水及地表水水污染及导致一系列的生态链的
破坏 :达到生活引用水标准的水越来越少 ,加大地
下水的开采量 ,袭夺地表水 ,加重了地下水的污染
程度 ;同时的维护自然生态的地表水水位下降 ,沿
江两岸湿地减少 , 一些喜水植被枯萎 ,草丛退化 ,
局部草地沙漠化 ;松花江江水的向下游的排泄量
明显减少 ,破坏了下游的湿地生态系统 ;在市区范
围内形成了大面积的降落漏斗 ,人类及动植物所
需要的健康的水源越来越少 。 水资源生态平衡被
打破 。
研究区的水污染已由点状污染向面状污染发
展 ,下一生物链一蔬菜和农禽污染目前处于点状
污染向面状污染过度 , 原有的自然生态平衡遭到
破坏 ,人类健康受到挑战 。
生态平衡失调最终给人类带来不利的后果 ,
失调越严重 ,人类的损失也越大 。 因此 , 时刻关注
生态系统的现状 ,尽早发现失调的信号 ,及时扭转
不利的情况至关重要 。 同时 , 以生态学原理为指
导保护生态系统 ,预防生态失调 ,则可事半功倍 。
对水资源生态的评价 ,为人们敲响了普钟 ,为
了水资源可持续利用 ,保障社会经济可持续发展 。
了解水资源生态发展变化 , 为管理者制定资源保
护政策 , 土地利用规划 、环境保护 、 城市建设规划
提供科学依据 。
参 考 文 献
1
. 徐祖舰编著 . GI S 人门与提高, 重庆 :重庆大学出版社 ,
2X() 1
2
. 宫健雅主编 . 当代 GI S 的若干理论与技术 . 武汉 :武汉测
绘科技大学出版社 , 1卯 9
3
. 罗云起 ,罗毅编著 . 数值化地理信息系统 M叩 Ifon 应用
大全 . 北京 :希望电子出版社 , 2加 1
4
. 郭晓寅 ,陈发虎 ,施棋 . GI S 技术和水热平衡模型在古湖
泊水文重建研究中的应用一以石羊河流域为例. 地理
科学 , 2X( 力 , 20 ( 5 ) : 4 22 一 42 6
5
. 聂庆华 ,包浩生 ,王海英 . 基于 GI S农田土地质量评价与
立地分析— 以京郊房山区良乡为例 . 地理科学 , 2 X( 刃 ,
20 ( 4 )
: 3价 一 3 13
6
. 邱炳文 ,周勇 ,李学垣 ,等 . GI S 在土地资源和生态环境
研究中的应用 、 问题与展望 . 华中农业大学学报 , 19 9 ,
18 (4 )
: 34 8 一 35 1