By Natalia Kurakina, Saint Petersbu

By Natalia Kurakina, Saint Petersburg Electrotechnical University, Russia

Highlights
GIS-based information medium assessment system analyzes water body quality data.
Researchers monitor and visualize pollutant levels through maps, tables, and charts.
Data serves as a basis for making ecological and environmental decisions.
A crucial aspect of environmental policy is to review and assess human impacts of all types. GIS plays an important role in achieving this task when monitoring and analyzing the adverse environmental impact on water bodies, such as lakes, rivers, and bays. For example, a GIS can facilitate an evaluation of pollution sources by generating reports and managing data about polluters, results of measurements, reference materials providing classification of hazardous groups, and concentrations of hazardous substances in a specific river or an entire aquatic system. A GIS can also provide the tools to identify the most hazardous contaminants with regard to ecological regulations and contribute to effective decision making to ensure that natural resources are preserved and utilized correctly.

click to enlarge
Data translated into charts shows that the Neva River is polluted with petroleum products, nitrites, and iron salts.
Due to the advanced spatial visualization and analysis capabilities of GIS, researchers at Saint Petersburg Electrotechnical University (ETU) in Russia are able to map and study natural water bodies; their polluters; the source, location, and levels of polluting agents; and the content of the pollutants. Their analysis of natural water bodies and industrial enterprises provides the opportunity to predict the level of industrial impact and study various scenarios to make recommendations for rational use of natural water resources.

For the purpose of its water bodies study, ETU's GIS incorporates databases, models, calculation methods, and directives in the form of an integrated information medium for obtaining integrated data. This system design enables researchers to review and perform the following tasks:

Assess water body quality.
Review activity of water users.
Rank water users by the degree of their impact on the environment.
Evaluate environmental load on a water body taking into account a basin-based approach.
Produce reports.
The GIS interface is designed by means of ArcView software with spatial and attribute data stored in a local geodatabase.

A Water Body of Investigation
The GIS-based monitoring system was established on part of northwest Russia's Neva River, located in the Kirovsky District of Leningrad Oblast. The Neva River is an integral part of the region's aquatic system, which also includes Onezhskoe Lake, the Svir River, Ladozhskoe Lake, Nevskaya Guba Bay, and the eastern part of Finsky Bay. This entire aquatic system is affected by an industrially developed area that serves as the main source of pollution. The comparative analysis of the values of some chemical parameters of water in Ladozhskoe Lake, Nevskaya Guba Bay, and a northeastern part of Finsky Bay clearly showed that the Neva River is subjected to the greatest load compared with the other water bodies in the aquatic system. The Neva River receives wastewater discharged from municipal wastewater treatment plants, untreated wastewater, and effluents coming from industrial and agricultural enterprises located near its banks.

Information Medium Assessment System
Data from the Neva River findings is stored in a GIS-based information medium assessment system, which is designed to perform hydrochemical analysis of water body quality to assess the adverse impact produced by humans and to set permissible levels of the ecological load on water resources. Its ArcGIS Desktop platform provides integration and use of the distributed information, while enabling users to process the data depending on which sphere (geographic or administrative) it relates to. The information medium consists of a topographic base arranged in the form of GIS layers, a model base of natural bodies and enterprises, databases with the results of monitoring, and analyzing activities and a regulatory framework.

The topographic base of the assessment system is intended for visualization of the results of investigation and spatial analysis. Each GIS layer contains a group of single-type components, such as rivers, lakes, roads, woods, and monitoring checkpoints. These components are arranged in separate folders.

Basis of Models: Natural Water Bodies and Polluters
Depending on their type (rivers, lakes, seas), water bodies are clustered into GIS layers, containing a geographic description of the object and its key characteristics. Smaller rivers are presented as polylines while bigger ones are described as polygonal objects. More sophisticated objects, such as big rivers, are divided into several sections so that one object has several records in the tables with parameters. The information is kept in two files: a graphic description of the object and midchannel areas with major hydrological characteristics (width, depth, and flow velocity).

Databases of ecological control keep data about monitoring stations and the results of measurements performed. The location of monitoring stations is in a shapefile, and the characteristics of the stations are presented in the attributive file, including the name of the station, to what authority it belongs, type of observation network, name of the water body, and other related data. The results of measurements are accumulated in the database in .dbf format and contain the date of measurement, code and name of the observation station, and values for each measured parameter.

Assessment of Water Quality and Industrial Loads
The ArcGIS software-based information medium assessment system enables its users to make analyses in time and space and assess the quality of a water body in different measuring points. For example, a report visualizes average annual values of pollutants in the checkpoints of the Neva River compared with the maximum permissible concentrations (MPC). Another report demonstrates that the river is polluted with petroleum products, nitrites, and iron salts. It is obvious from analyzing the data in each report that the content of harmful substances on the border of the Kirovsky District is higher than that at the river's head.

The tasks of industrial load assessment are to identify key critical substances, define major users who are responsible for these pollutants, and rank the water users in order to give recommendations for making managerial decisions.

To determine critical parameters in the measuring point, the user shall select in the database a number of measured parameters—the results of hydrochemical status control. For each substance from the selected list, it is necessary to calculate the impact coefficient (concentration compared to MPC value). The substances are ranked by the level of the impact. All the substances for which the impact coefficient is more than one are arranged into a group of critical parameters.

For each substance included in the list of critical indexes, the enterprises are identified that discharge this substance, among others, into a water body. Then the extent of the enterprise contribution to the pollution is to be determined. The identified critical water users are then grouped by the different harmful substances they produce. The impact degree of each water user is determined, and the enterprises are ranked by hazard degree of each substance. The results can then be presented in the form of tables and diagrams in an ArcGIS Desktop (ArcMap) interface.

About the Author
Natalia Kurakina is an associate professor in the Information System and Technology Department at Saint Petersburg Electrotechnical University, Russia. In addition to writing more than 90 subject-related papers, Kurakina has written a book titled Measurement System and GIS Technology.

More Information
For more information, contact Natalia Kurakina, St. Petersburg Electrotechnical University (e-mail: [e-mail]), or visit www.eltech.ru/science/unc_gis.

Kết quả (Việt) 1:

Bởi Natalia Kurakina, Saint Petersburg điện kỹ thuật đại học, liên bang NgaĐiểm nổi bậtHệ thống đánh giá trung bình GIS dựa trên thông tin phân tích nước cơ thể chất lượng dữ liệu.Các nhà nghiên cứu theo dõi và hình dung mức độ chất gây ô nhiễm thông qua bản đồ, bảng và biểu đồ.Dữ liệu phục vụ như một cơ sở cho việc ra quyết định sinh thái và môi trường.Một khía cạnh quan trọng của chính sách môi trường là để xem xét và đánh giá các tác động của con người của tất cả các loại. GIS đóng một vai trò quan trọng trong việc đạt được nhiệm vụ này khi giám sát và phân tích tác động xấu đến môi trường trên cơ thể nước, chẳng hạn như hồ, sông, và vịnh. Ví dụ, một GIS có thể tạo điều kiện một đánh giá về ô nhiễm nguồn bằng cách tạo ra các báo cáo và quản lý dữ liệu về gây ô nhiễm, các kết quả của phép đo, tài liệu tham khảo được cung cấp các phân loại của nhóm nguy hiểm, và nồng độ của chất nguy hiểm ở một con sông cụ thể hoặc một hệ thống toàn bộ thuỷ sản. GIS một cũng có thể cung cấp những công cụ để xác định chất gây ô nhiễm độc hại nhất đối với quy định sinh thái và đóng góp cho hiệu quả ra quyết định để đảm bảo rằng tài nguyên thiên nhiên được bảo tồn và sử dụng một cách chính xác. bấm vào để phóng toDữ liệu dịch vào biểu đồ cho thấy rằng sông Neva bị ô nhiễm với các sản phẩm dầu mỏ, nitrit, và sắt muối.Do kiểu trực quan không gian tiên tiến và khả năng phân tích của GIS, nhà nghiên cứu tại Saint Petersburg điện kỹ thuật đại học (ETU) ở Nga có thể bản đồ và nghiên cứu cơ quan nước tự nhiên; gây ô nhiễm của họ; nguồn, vị trí và mức độ gây ô nhiễm đại lý; và nội dung của các chất ô nhiễm. Phân tích của các cơ quan nước tự nhiên và các doanh nghiệp công nghiệp cung cấp cơ hội để dự đoán mức độ tác động công nghiệp và nghiên cứu các tình huống khác nhau để làm cho các khuyến nghị để sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên nước tự nhiên.Cho mục đích nghiên cứu cơ quan nước của mình, ETU của GIS kết hợp cơ sở dữ liệu, mô hình, phương pháp tính toán, và các chỉ thị trong các hình thức của một phương tiện tích hợp thông tin cho việc thu thập dữ liệu tích hợp. Thiết kế hệ thống này cho phép các nhà nghiên cứu để xem xét và thực hiện các tác vụ sau:Đánh giá chất lượng nước cơ thể.Xem lại các hoạt động của người sử dụng nước.Xếp hạng nước dùng theo mức độ tác động của môi trường.Đánh giá môi trường tải trên một cơ thể nước tham gia vào tài khoản một cách tiếp cận dựa trên lưu vực.Báo cáo.Giao diện GIS được thiết kế bằng phương tiện của phần mềm ArcView với không gian và thuộc tính dữ liệu được lưu trữ trong một geodatabase địa phương.Một cơ thể nước điều traGIS dựa trên hệ thống giám sát được thành lập trên một phần của Tây Bắc Nga sông Neva, tọa lạc ở huyện Leningrad Oblast, Kirovsky. Sông Neva là một phần không thể thiếu của hệ thống thủy sản của khu vực, cũng bao gồm Onezhskoe hồ, sông Svir, Ladozhskoe Lake, Nevskaya Guba Bay, và phần phía đông của Finsky Bay. Toàn bộ hệ thống dưới nước này bị ảnh hưởng bởi diện tích trong công nghiệp phát triển mà phục vụ như là nguồn chính của ô nhiễm. Phân tích so sánh của các giá trị của một số thông số hóa học của nước trong Ladozhskoe Lake, Nevskaya Guba Bay, và một phần đông bắc của Finsky Bay rõ ràng cho thấy rằng sông Neva phải chịu tải trọng lớn nhất so với các cơ quan nước khác trong hệ thống thuỷ sản. Sông Neva nhận được xử lý nước thải được thải ra từ nhà máy xử lý nước thải municipal, xử lý nước thải không được điều trị, và tiêu thụ nước thải đến từ các doanh nghiệp công nghiệp và nông nghiệp nằm gần các ngân hàng.Thông tin phương tiện đánh giá hệ thốngDữ liệu từ những phát hiện sông Neva được lưu trữ trong một hệ thống đánh giá trung bình GIS dựa trên thông tin được thiết kế để thực hiện hydrochemical phân tích của chất lượng nước cơ thể để đánh giá tác động xấu đến sản xuất của con người và để thiết lập các cấp độ cho phép của sinh thái tải về tài nguyên nước. Nền tảng máy tính để bàn ArcGIS của nó cung cấp tích hợp và sử dụng các thông tin phân phối, trong khi cho phép người dùng để xử lý dữ liệu tùy thuộc vào lĩnh vực (địa lý hoặc hành chính), nó liên quan đến. Các phương tiện thông tin bao gồm một căn cứ địa hình sắp xếp trong các hình thức lớp GIS, một căn cứ mô hình của các cơ quan tự nhiên và các doanh nghiệp, cơ sở dữ liệu với các kết quả của giám sát và phân tích hoạt động và một khuôn khổ pháp lý.Các cơ sở địa hình của hệ thống được thiết kế để hình dung của kết quả điều tra và phân tích không gian. Mỗi lớp GIS có chứa một nhóm các thành phần duy nhất-loại, chẳng hạn như sông, Hồ, đường, rừng, và giám sát các trạm kiểm soát. Các thành phần này được sắp xếp trong các thư mục riêng biệt.Các cơ sở của mô hình: cơ quan nước tự nhiên và gây ô nhiễmDepending on their type (rivers, lakes, seas), water bodies are clustered into GIS layers, containing a geographic description of the object and its key characteristics. Smaller rivers are presented as polylines while bigger ones are described as polygonal objects. More sophisticated objects, such as big rivers, are divided into several sections so that one object has several records in the tables with parameters. The information is kept in two files: a graphic description of the object and midchannel areas with major hydrological characteristics (width, depth, and flow velocity).Databases of ecological control keep data about monitoring stations and the results of measurements performed. The location of monitoring stations is in a shapefile, and the characteristics of the stations are presented in the attributive file, including the name of the station, to what authority it belongs, type of observation network, name of the water body, and other related data. The results of measurements are accumulated in the database in .dbf format and contain the date of measurement, code and name of the observation station, and values for each measured parameter.Assessment of Water Quality and Industrial LoadsThe ArcGIS software-based information medium assessment system enables its users to make analyses in time and space and assess the quality of a water body in different measuring points. For example, a report visualizes average annual values of pollutants in the checkpoints of the Neva River compared with the maximum permissible concentrations (MPC). Another report demonstrates that the river is polluted with petroleum products, nitrites, and iron salts. It is obvious from analyzing the data in each report that the content of harmful substances on the border of the Kirovsky District is higher than that at the river's head.The tasks of industrial load assessment are to identify key critical substances, define major users who are responsible for these pollutants, and rank the water users in order to give recommendations for making managerial decisions.To determine critical parameters in the measuring point, the user shall select in the database a number of measured parameters—the results of hydrochemical status control. For each substance from the selected list, it is necessary to calculate the impact coefficient (concentration compared to MPC value). The substances are ranked by the level of the impact. All the substances for which the impact coefficient is more than one are arranged into a group of critical parameters.For each substance included in the list of critical indexes, the enterprises are identified that discharge this substance, among others, into a water body. Then the extent of the enterprise contribution to the pollution is to be determined. The identified critical water users are then grouped by the different harmful substances they produce. The impact degree of each water user is determined, and the enterprises are ranked by hazard degree of each substance. The results can then be presented in the form of tables and diagrams in an ArcGIS Desktop (ArcMap) interface.About the AuthorNatalia Kurakina is an associate professor in the Information System and Technology Department at Saint Petersburg Electrotechnical University, Russia. In addition to writing more than 90 subject-related papers, Kurakina has written a book titled Measurement System and GIS Technology.More InformationFor more information, contact Natalia Kurakina, St. Petersburg Electrotechnical University (e-mail: [e-mail]), or visit www.eltech.ru/science/unc_gis.

Kết quả (Việt) 2:

By Natalia Kurakina, Saint Petersburg Đại học Kỹ thuật điện, Nga nổi bật thông tin hệ thống đánh giá trung GIS dựa trên phân tích dữ liệu chất lượng cơ thể nước. Các nhà nghiên cứu theo dõi và hình dung mức độ ô nhiễm thông qua bản đồ, bảng và các bảng xếp hạng. Data phục vụ như một cơ sở cho việc ra quyết định về sinh thái và môi trường. Một khía cạnh quan trọng của chính sách môi trường là xem xét và đánh giá tác động của con người trong tất cả các loại. GIS đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được nhiệm vụ này khi theo dõi và phân tích các tác động môi trường bất lợi trên mặt nước, như hồ, sông, và vịnh. Ví dụ, một GIS có thể tạo thuận lợi cho việc đánh giá của các nguồn ô nhiễm bằng cách tạo ra các báo cáo và quản lý dữ liệu về gây ô nhiễm, kết quả đo đạc, tài liệu tham khảo cung cấp phân loại các nhóm nguy hiểm, và nồng độ các chất độc hại trong một dòng sông cụ thể hay toàn hệ thống thủy. Một GIS cũng có thể cung cấp những công cụ để xác định các chất gây ô nhiễm độc hại nhất đối với quy định sinh thái có và góp phần quyết định hiệu quả làm để đảm bảo rằng các nguồn tài nguyên thiên nhiên được bảo tồn và sử dụng một cách chính xác. Bấm vào để phóng to liệu dịch sang bảng xếp hạng cho thấy rằng sông Neva bị ô nhiễm với sản phẩm dầu mỏ, nitrit, và các muối sắt. Do sự quán tưởng và khả năng phân tích không gian cao cấp của GIS, các nhà nghiên cứu tại Đại học Kỹ thuật điện Saint Petersburg (ETU) ở Nga có thể vẽ bản đồ và nghiên cứu nguồn nước tự nhiên; gây ô nhiễm của họ; nguồn, vị trí và mức độ gây ô nhiễm đại lý; và nội dung của các chất gây ô nhiễm. Phân tích của họ về nguồn nước tự nhiên và các doanh nghiệp công nghiệp cung cấp cơ hội để dự đoán mức độ tác động công nghiệp và nghiên cứu kịch bản khác nhau để thực hiện các khuyến nghị cho việc sử dụng hợp lý tài nguyên nước thiên nhiên. Đối với mục đích của cơ quan nước mình nghiên cứu, GIS ETU của kết hợp cơ sở dữ liệu, mô hình, phương pháp tính toán, và chỉ thị trong các hình thức của một phương tiện thông tin tích hợp cho việc thu thập dữ liệu tích hợp. Thiết kế hệ thống này cho phép các nhà nghiên cứu xem xét và thực hiện các nhiệm vụ sau đây:. Đánh giá chất lượng cơ thể nước Xem xét hoạt động của người sử dụng nước. Hạng người sử dụng nước bằng mức độ tác động của chúng đối với môi trường. Đánh giá tải môi trường trên cơ thể nước có tính đến một toàn bộ lưu vực phương pháp tiếp cận dựa. Sản xuất các báo cáo. Các giao diện GIS được thiết kế bằng phần mềm ArcView với không gian và dữ liệu thuộc tính được lưu trữ trong một geodatabase địa phương. Một Body Water tra Hệ thống giám sát GIS được thành lập trên một phần phía tây bắc sông Neva của Nga, nằm ​​ở Quận Kirovsky của Leningrad. Sông Neva là một phần không thể tách rời của hệ thống thủy sản của khu vực, trong đó cũng bao gồm Onezhskoe hồ, sông Svir, Ladozhskoe Lake, Nevskaya Guba Bay, và phần phía Đông của Finsky Bay. Toàn bộ hệ thống thủy này bị ảnh hưởng bởi một khu vực công nghiệp phát triển phục vụ như là nguồn chính gây ô nhiễm. Các phân tích so sánh các giá trị của một số thông số hóa học của nước trong Ladozhskoe Lake, Nevskaya Guba Bay, và một phần đông bắc của Finsky Bay cho thấy rõ ràng rằng sông Neva là phải chịu tải trọng lớn nhất so với các vùng nước khác trong hệ thống thủy. Sông Neva nhận nước thải từ các nhà máy, thành phố xử lý nước thải, nước thải chưa qua xử lý, và nước thải từ các doanh nghiệp công nghiệp và nông nghiệp nằm gần bờ. Thông tin vừa hệ thống đánh giá dữ liệu từ những phát hiện sông Neva được lưu trữ trong một hệ thống đánh giá trung thông tin GIS, được thiết kế để thực hiện các phân tích thuỷ hoá của chất lượng nước cơ thể để đánh giá các tác động xấu do con người và để thiết lập mức độ cho phép của phụ tải sinh thái về tài nguyên nước. Nền tảng ArcGIS Desktop của nó cung cấp tích hợp và sử dụng các thông tin phân phối, trong khi cho phép người dùng để xử lý các dữ liệu tùy thuộc vào lĩnh vực (địa lý hoặc hành chính) nó liên quan đến. Các phương tiện thông tin bao gồm một cơ sở địa hình được sắp xếp trong các hình thức của các lớp GIS, cơ sở mô hình của các cơ quan tự nhiên và các doanh nghiệp, cơ sở dữ liệu với các kết quả giám sát, và các hoạt động phân tích và một khuôn khổ pháp lý. Các cơ sở địa hình của hệ thống đánh giá là dành cho trực quan của kết quả điều tra và phân tích không gian. Mỗi lớp GIS chứa một nhóm các thành phần duy nhất loại, như sông, hồ, đường giao thông, gỗ, và các điểm kiểm tra giám sát. Các thành phần này được sắp xếp trong các thư mục riêng biệt. Cơ sở của mô hình: Các cơ quan nước tự nhiên và gây ô nhiễm Tùy thuộc vào kiểu của chúng (sông, hồ, biển), các cơ quan nước được nhóm lại thành các lớp GIS, có chứa một mô tả địa lý của các đối tượng và đặc điểm chính của nó. Sông nhỏ được trình bày như polylines trong khi những người lớn hơn được mô tả như là các đối tượng đa giác. Các đối tượng phức tạp hơn, chẳng hạn như các con sông lớn, được chia thành nhiều phần để một đối tượng có nhiều bản ghi trong các bảng với các thông số. Các thông tin được giữ trong hai tập tin:. Một bài mô tả của khu vực và đối tượng midchannel với đặc điểm chính thủy văn (chiều rộng, chiều sâu, và vận tốc dòng chảy) Cơ sở dữ liệu của Kiểm soát sinh thái giữ dữ liệu về trạm và kết quả của các phép đo thực hiện giám sát. Các vị trí của các trạm quan sát là trong một shapefile, và các đặc tính của trạm được thể hiện trong các tập tin hình dung từ, bao gồm tên của nhà ga, để biết quyền của nó thuộc về, loại mạng lưới quan trắc, tên của cơ quan nước, và có liên quan khác dữ liệu. Các kết quả của phép đo được tích lũy trong cơ sở dữ liệu ở định dạng .dbf và có ngày đo, mã số và tên của các trạm quan sát, và các giá trị cho mỗi thông số đo. Đánh giá chất lượng nước và công nghiệp Nạp các ArcGIS thông tin dựa trên phần mềm đánh giá trung bình Hệ thống cho phép người sử dụng để thực hiện các phân tích trong thời gian và không gian và đánh giá chất lượng của một cơ thể nước tại các điểm đo khác nhau. Ví dụ, một báo cáo hình dung giá trị trung bình hàng năm của các chất ô nhiễm trong các trạm kiểm soát của sông Neva so với các nồng độ tối đa cho phép (MPC). Một báo cáo khác cho thấy rằng dòng sông bị ô nhiễm với các sản phẩm dầu khí, nitrit, và các muối sắt. Rõ ràng là từ việc phân tích các dữ liệu trong mỗi báo cáo rằng hàm lượng các chất độc hại trên biên giới của huyện Kirovsky cao hơn vào đầu của con sông. Nhiệm vụ của việc đánh giá phụ tải công nghiệp là xác định các chất quan trọng quan trọng, xác định người sử dụng lớn là ai chịu trách nhiệm về các chất gây ô nhiễm, và xếp hạng những người sử dụng nước để đưa ra khuyến nghị cho việc ra quyết định quản lý. Để xác định các thông số quan trọng trong các điểm đo, người sử dụng sẽ chọn trong cơ sở dữ liệu một số đo các thông số-kết quả kiểm trạng thái thuỷ hoá. Với mỗi chất trong danh sách được chọn, nó là cần thiết để tính toán hệ số ảnh hưởng (nồng độ so với MPC giá trị). Các chất được xếp theo mức độ tác động. Tất cả các chất mà các hệ số ảnh hưởng nhiều hơn một được bố trí vào một nhóm các thông số quan trọng. Đối với mỗi chất có trong danh sách các chỉ số quan trọng, các doanh nghiệp được xác định xuất viện, cho thấy chất này, trong số những người khác, vào một cơ thể nước. Sau đó, mức độ đóng góp của doanh nghiệp cho là ô nhiễm được xác định. Người sử dụng nước yếu được xác định sau đó được nhóm do các chất độc hại khác nhau mà họ sản xuất. Mức độ ảnh hưởng của từng người sử dụng nước được xác định, và các doanh nghiệp được xếp hạng theo mức độ nguy hiểm của mỗi chất. Các kết quả sau đó có thể được trình bày dưới dạng bảng và biểu đồ trong một ArcGIS Desktop (ArcMap) giao diện. Về tác giả Natalia Kurakina là một giáo sư trong các hệ thống và Công nghệ Cục Thông tin tại Saint Petersburg Đại học Kỹ thuật điện, nước Nga. Ngoài ra để viết hơn 90 bài báo đối tượng liên quan, Kurakina đã viết một cuốn sách có tựa đề hệ thống đo lường và công nghệ GIS. Thông tin thêm Để biết thêm thông tin, liên hệ với Natalia Kurakina, St. Petersburg Đại học Kỹ thuật điện (e-mail: [e-mail]) , hoặc truy cập www.eltech.ru/science/unc_gis.