淺談ArcGIS、Surfer、AutoCAD、CASS軟件在填埋場調(diào)查中的應(yīng)用

林德坡 陳俊杰 王森

上海康恒環(huán)境修復(fù)有限公司 上海 200000

引言

20世紀(jì)以來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高以及各行業(yè)的進(jìn)步，生活垃圾和固廢垃圾不斷增多，導(dǎo)致環(huán)境污染問題也日益增多，對此，國家出臺了眾多的法律規(guī)范，并建立健全了監(jiān)督評價體系，通過場地環(huán)境調(diào)查、企業(yè)自行監(jiān)測、填埋場一場一策等多種方式，了解環(huán)境污染情況及確定環(huán)境安全等級，為開展環(huán)境保護(hù)工作提供依據(jù)。地塊土壤污染狀況調(diào)查是了解地塊污染情況的手段，也是地塊土壤污染修復(fù)的基礎(chǔ)，如何直觀地闡述土壤污染問題狀況，也是當(dāng)下環(huán)境調(diào)查工作的一部分。相較于一般的場地環(huán)境調(diào)查，填埋場環(huán)境調(diào)查具有填埋產(chǎn)物復(fù)雜、污染程度高、污染范圍廣、處理難度大、水土共污染等特點(diǎn)，因此填埋場環(huán)境調(diào)查需要的技術(shù)能力要求也更高，而ArcGIS、Surfer、AutoCAD、CASS等可以在填埋場環(huán)境調(diào)查中起到非常重要的作用。

1 軟件介紹

數(shù)據(jù)整理與分析，是填埋場環(huán)境污染狀況調(diào)查中最重要的一部分，通過對比評價標(biāo)準(zhǔn)，從而判斷場地的污染程度，常用的數(shù)據(jù)分析軟件包括ArcGIS、Surfer、AutoCAD等。

ArcGIS是一款功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析軟件，包含多種功能，如制圖，數(shù)據(jù)分析整理，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，圖形制作等，本文主要介紹ArcGIS的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能和地塊空間信息整理和核查功能[1]。

AutoCAD是一款常用的制圖軟件，常用于二維平面圖設(shè)計(jì)以及三維繪圖設(shè)計(jì)。在填埋場調(diào)查中，往往需要高精度的圖形以及土壤污染情況，通過Auto CAD的繪圖功能，則可以得到需要的成果[2]。

Surfer軟件是一款三維制圖軟件,利用其強(qiáng)大的插值功能，可以繪制三維立體圖形，是常用的專業(yè)成圖軟件，本文中主要介紹surfer軟件的地下水流向模擬和污染范圍模擬功能[3]。

南方CASS軟件是由廣東南方數(shù)碼科技股份有限公司開發(fā)的一套多功能軟件，其基于CAD平臺，具有空間數(shù)據(jù)建庫、工程應(yīng)用、土石方計(jì)算等功能，常利用其土石方計(jì)算功能計(jì)算工程項(xiàng)目中的挖填方量。

2 軟件應(yīng)用

2.1 ArcGIS的應(yīng)用

在場地調(diào)查中，往往最先得到的數(shù)據(jù)是場地紅線范圍坐標(biāo)，然而每個地方往往采用的是地理坐標(biāo)系（經(jīng)緯度坐標(biāo)），而不是高斯克呂格-CGCS2000坐標(biāo)系，為了符合報(bào)告編制及土壤污染平臺信息上傳要求，需要將當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系轉(zhuǎn)化為高斯克呂格-CGCS2000坐標(biāo)系，而通過ArcGIS的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化功能就可以輕易做到。具體操作步驟如下：①將圖層坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為地理坐標(biāo)系中的Asia-CGCS2000；②選擇需要進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)出保存；③從Arc Toolbox中選擇投影和變換工具欄內(nèi)的定義投影功能；④定義投影成功后，選擇投影功能，輸出的坐標(biāo)系則選擇投影坐標(biāo)系中該場地的三度分度帶號所屬的高斯克呂格-CGCS2000坐標(biāo)系；⑤在新生成的圖層文件中選擇添加屬性字段，隨后經(jīng)過計(jì)算幾何后，得到相應(yīng)的高斯克呂格-CGCS2000坐標(biāo)系；⑥將圖層保存后，可以在91衛(wèi)圖中進(jìn)行驗(yàn)證。

在場地土壤環(huán)境狀況調(diào)查結(jié)束后，需要將場地空間信息整理并上傳國家土壤信息服務(wù)平臺，為進(jìn)一步核實(shí)所有納入土壤污染狀況調(diào)查名錄地塊的空間信息。通過ArcGIS的地塊空間信息整理與核查功能即可完成并上傳系統(tǒng)。具體操作步驟如下：①將待處理的數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入ArcGIS中形成點(diǎn)位文件，隨后將點(diǎn)位文件轉(zhuǎn)為空間矢量文件；②通過工具欄，生成邊界面文件并命名；③根據(jù)調(diào)查地塊的三度分度帶位置，新建圖層并設(shè)置其地理坐標(biāo)系，導(dǎo)入邊界面文件，生成大地坐標(biāo)系面文件并重新命名；④新建邊界面文件屬性字段并根據(jù)地塊信息進(jìn)行填寫；⑤將調(diào)查地塊的規(guī)劃信息坐標(biāo)導(dǎo)入到ArcGIS中，與生成的大地坐標(biāo)系面文件進(jìn)行對比。

2.2 Surfer的應(yīng)用

Surfer的功能非常強(qiáng)大，可以繪制張貼圖、影像圖、線框圖、等值線圖和3D圖等，常用的功能是利用Surfer強(qiáng)大的插值能力繪制等值線圖。

繪制污染圖譜的步驟如下：①通過工具欄中的網(wǎng)格數(shù)據(jù)命令選擇需要處理的數(shù)據(jù)，隨后選擇克里金插值法，并根據(jù)場地的大小選擇XY的限值，最后生成grd文件；②通過工具欄中的圖形數(shù)字化命令，選擇場地的紅線邊界，將相應(yīng)的坐標(biāo)保存在新建的工作表中，生成bln文件；③通過網(wǎng)格白化命令，將生成的grd文件進(jìn)行白化，從而消除場地紅線邊界外的數(shù)據(jù)；④通過圖形命令添加基底圖和等值線圖，并進(jìn)行重合；⑤在等值線圖中選擇數(shù)據(jù)的XY坐標(biāo)，并對等值線的最小值進(jìn)行調(diào)整，即可得到污染超標(biāo)范圍。

地下水流向圖的繪制方法與繪制污染圖譜的步驟基本相同，不同之處在于地下水流向的確定主要基于已測得的水位埋深標(biāo)高，當(dāng)數(shù)據(jù)越多，則水位流向越精確。

2.3 AutoCAD的應(yīng)用

AutoCAD不僅適用于工程設(shè)計(jì)、制圖等領(lǐng)域，也非常適用于場地環(huán)境調(diào)查領(lǐng)域。在場地調(diào)查中，根據(jù)場地調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)要求，調(diào)查地塊面積越大，則需要布設(shè)的調(diào)查點(diǎn)位數(shù)量越多，而一般的畫圖軟件不能將全部的圖形表達(dá)出來，或者畫圖時的操作難度很大。但是AutoCAD就可以非常直觀地將圖形繪制而出，并且圖形可以有選擇性的表達(dá)需要的內(nèi)容，而這僅需要制作一個原圖即可，通過不同圖層的疊加，繪制所需要的圖形，并且圖形的精度還非常高。

為了后續(xù)的土壤修復(fù)工作，需要對污染土方量進(jìn)行計(jì)算，通過Auto CAD的土方量計(jì)算功能既可以很好地估算出污染土方量。

Surfer可以與AutoCAD進(jìn)行聯(lián)用，例如在Surfer中繪制好污染圖譜，隨后導(dǎo)入到AutoCAD中，通過AutoCAD進(jìn)行下一步的污染圖譜繪制。

在場地調(diào)查過程中，有時也會遇到項(xiàng)目地塊資料缺失，沒有場地坐標(biāo)文件等情況，僅僅只有AutoCAD文件，這時可以通過AutoCAD將地塊的坐標(biāo)進(jìn)行提取導(dǎo)出，從而獲得場地的相關(guān)坐標(biāo)信息，為后續(xù)場地調(diào)查做準(zhǔn)備。

通過數(shù)據(jù)編輯和數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能，可以用AutoCAD繪制調(diào)查場地的紅線邊界和地形情況，從而使得場地情況更加清晰明了。

2.4 CASS的應(yīng)用

AutoCAD不僅在畫圖制圖上有非常大的應(yīng)用，其與很多軟件還可以聯(lián)動使用，南方CASS軟件是至于AutoCAD平臺開發(fā)的一套多功能軟件，是常用的主流成圖和土石方計(jì)算軟件。

CASS軟件計(jì)算土石方的方法主要有方格網(wǎng)法、三角網(wǎng)法、斷面法和等高線法，通過提取原始的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和標(biāo)高，結(jié)合現(xiàn)狀的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和標(biāo)高，利用CASS軟件的方格網(wǎng)法或三角網(wǎng)法等即可計(jì)算出地塊的挖填方量。CASS軟件計(jì)算方法適用情況如下：

對于計(jì)算面積大，地形起伏小，坡度平緩的地塊適合使用方格網(wǎng)法；地塊面積小但精度要求高則可以使用三角網(wǎng)法；地塊地面起伏大，坡度變化多則利用等高線法進(jìn)行計(jì)算；斷面法則適用于港口、水利、道路等沿縱向延伸的情況。

方格網(wǎng)法即將地形圖劃分成若干具有一定尺寸的方格，并按設(shè)計(jì)標(biāo)高和原始標(biāo)高計(jì)算出每一個方格內(nèi)的挖填方量，最后得到一定范圍內(nèi)各方格累計(jì)的挖填方量。

三角網(wǎng)法是通過確定的規(guī)則將所有數(shù)據(jù)每3個點(diǎn)不重復(fù)不交叉無間隔的連成一系列面，三維建模的方法就是建立以此面為表面的三維實(shí)體，然后在CASS中對實(shí)體進(jìn)行放坡、切割、拉伸等三維操作，最后直接量取體積。

等高線法是利用現(xiàn)成的繪有等高線的地形圖，計(jì)算等高線所圍的面積，再根據(jù)兩相鄰等高線的高差，分層計(jì)算土方量，再累加獲得一定范圍內(nèi)的挖填土方量。

斷面法首先在計(jì)算范圍內(nèi)布置斷面線，然后繪制每個斷面的自然地面線和設(shè)計(jì)地面線，然后再計(jì)算每個斷面的挖填方面積，計(jì)算兩相鄰斷面之間的挖填方量，并將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

3 案例介紹

梧州填埋場為生活垃圾填埋場，位于廣西壯族自治區(qū)梧州市塘梨沖，占地面積約為625畝。填埋場分三個區(qū)，南區(qū)和西區(qū)為簡易填埋場，無人工防滲系統(tǒng)，使用時間為1984年至2008年，填埋垃圾約80萬立方米；北區(qū)為正規(guī)衛(wèi)生填埋場，工程于2008年12月竣工并投入運(yùn)行，于2020年7月20日封場，共填埋垃圾約155萬立方米，目前剩余庫容約20萬立方米。

梧州填埋場面積大，填埋歷史悠久，填埋產(chǎn)物復(fù)雜，現(xiàn)場調(diào)查時，發(fā)現(xiàn)填埋場的基礎(chǔ)資料存在部分缺失，例如缺少了填埋場的紅線坐標(biāo)。通過資料收集，發(fā)現(xiàn)梧州填埋場的AutoCAD文件中存在紅線坐標(biāo)數(shù)據(jù)，隨后通過工具欄的list命令，將填埋場紅線坐標(biāo)數(shù)據(jù)提取，并利用ArcGIS軟件，將所提取的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成空間矢量文件，隨后在91衛(wèi)圖中將帶坐標(biāo)的地圖下載并導(dǎo)入到ArcGIS中進(jìn)行比對，以便確定紅線坐標(biāo)的準(zhǔn)確性。

通過填埋場環(huán)境調(diào)查，發(fā)現(xiàn)梧州填埋場存在地下水污染問題，利用Surfer軟件，將每個地下水井的坐標(biāo)數(shù)據(jù)及標(biāo)高，污染物名稱和污染物濃度等數(shù)據(jù)導(dǎo)入到網(wǎng)格數(shù)據(jù)中，利用克里金插值法添加等值線圖，并新建基底圖，利用白化功能去掉場地紅線外區(qū)域，并在最小等值線范圍處添加該污染物的評價標(biāo)準(zhǔn)值，從而確定梧州填埋場地下水污染范圍。

填埋場環(huán)境調(diào)查完成后，需要對填埋場垃圾方量進(jìn)行估算，梧州填埋場共有3個填埋區(qū)域，因此采用方格網(wǎng)法分別進(jìn)行估算。在進(jìn)行方量估算時，需要預(yù)先獲得填埋場原始標(biāo)高及坐標(biāo)數(shù)據(jù)和現(xiàn)狀標(biāo)高及坐標(biāo)數(shù)據(jù)，梧州填埋場的原始坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過歷史資料獲得，現(xiàn)狀標(biāo)高數(shù)據(jù)通過RTK及遙感測繪獲得。填埋西區(qū)的估算步驟如下：

將獲得的數(shù)據(jù)導(dǎo)入CASS中，獲得原始測繪圖和設(shè)計(jì)圖紙（帶高程點(diǎn)），隨后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成無編碼高程點(diǎn)文件（.dat），命名為不同名稱的圖層。

圖層新建完成后，繪制閉合的范圍線，即填埋區(qū)域的邊界，建立三角網(wǎng)文件（繪圖處理→展高程點(diǎn)→等高線→建立三角網(wǎng)）。

三角網(wǎng)文件建立完成后開始進(jìn)行填埋區(qū)域的方量估算，即工程應(yīng)用命令中的方格網(wǎng)計(jì)算填埋場垃圾方量，具體步驟為工程應(yīng)用→方格網(wǎng)計(jì)算→選定原始地形.dat文件→選定設(shè)計(jì)高程.sjw文件→選定方格寬度→得出計(jì)算結(jié)果。

按上文的步驟分別計(jì)算出南區(qū)和北區(qū)的垃圾填埋方量，將計(jì)算完成的西區(qū)、南區(qū)和北區(qū)垃圾方量與原有的歷史資料進(jìn)行比對。

通過ArcGIS、Surfer、AutoCAD、CASS等軟件的協(xié)同應(yīng)用，完成梧州填埋場環(huán)境調(diào)查，為后續(xù)的填埋場治理工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

環(huán)境安全與人民身體健康息息相關(guān)，為了保護(hù)環(huán)境，國家和地方不斷出具相關(guān)的法律法規(guī)，并不斷建立健全環(huán)境保護(hù)的相關(guān)方法，填埋場環(huán)境調(diào)查、填埋場環(huán)境修復(fù)、填埋場環(huán)境治理修復(fù)后監(jiān)測等等手段，都是進(jìn)一步治理環(huán)境污染的措施，而ArcGIS、Surfer、AutoCAD、CASS等相關(guān)軟件，可以在這一過程中起到非常重要的作用，不僅可以直觀的表現(xiàn)填埋場污染情況，也可以使得污染治理修復(fù)目標(biāo)更加精確，節(jié)約環(huán)境修復(fù)的成本。隨著技術(shù)的發(fā)展，今后更多的軟件應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)中，環(huán)境污染問題可以得到更好的解決。