浅谈ArcGIS、Surfer、AutoCAD、CASS软件在填埋场调查中的应用

林德坡 陈俊杰 王森

上海康恒环境修复有限公司 上海 200000

20世纪以来，随着经济的发展，人民生活水平的提高以及各行业的进步，生活垃圾和固废垃圾不断增多，导致环境污染问题也日益增多，对此，国家出台了众多的法律规范，并建立健全了监督评价体系，通过场地环境调查、企业自行监测、填埋场一场一策等多种方式，了解环境污染情况及确定环境安全等级，为开展环境保护工作提供依据。地块土壤污染状况调查是了解地块污染情况的手段，也是地块土壤污染修复的基础，如何直观地阐述土壤污染问题状况，也是当下环境调查工作的一部分。相较于一般的场地环境调查，填埋场环境调查具有填埋产物复杂、污染程度高、污染范围广、处理难度大、水土共污染等特点，因此填埋场环境调查需要的技术能力要求也更高，而ArcGIS、Surfer、AutoCAD、CASS等可以在填埋场环境调查中起到非常重要的作用。

数据整理与分析，是填埋场环境污染状况调查中最重要的一部分，通过对比评价标准，从而判断场地的污染程度，常用的数据分析软件包括ArcGIS、Surfer、AutoCAD等。

ArcGIS是一款功能强大的数据分析软件，包含多种功能，如制图，数据分析整理，坐标转换，图形制作等，本文主要介绍ArcGIS的坐标转换功能和地块空间信息整理和核查功能[1]。

AutoCAD是一款常用的制图软件，常用于二维平面图设计以及三维绘图设计。在填埋场调查中，往往需要高精度的图形以及土壤污染情况，通过Auto CAD的绘图功能，则可以得到需要的成果[2]。

Surfer软件是一款三维制图软件,利用其强大的插值功能，可以绘制三维立体图形，是常用的专业成图软件，本文中主要介绍surfer软件的地下水流向模拟和污染范围模拟功能[3]。

南方CASS软件是由广东南方数码科技股份有限公司开发的一套多功能软件，其基于CAD平台，具有空间数据建库、工程应用、土石方计算等功能，常利用其土石方计算功能计算工程项目中的挖填方量。

2.1 ArcGIS的应用

在场地调查中，往往最先得到的数据是场地红线范围坐标，然而每个地方往往采用的是地理坐标系（经纬度坐标），而不是高斯克吕格-CGCS2000坐标系，为了符合报告编制及土壤污染平台信息上传要求，需要将当地坐标系转化为高斯克吕格-CGCS2000坐标系，而通过ArcGIS的坐标系转化功能就可以轻易做到。具体操作步骤如下：①将图层坐标系转化为地理坐标系中的Asia-CGCS2000；
②选择需要进行处理的数据，并将数据导出保存；
③从Arc Toolbox中选择投影和变换工具栏内的定义投影功能；
④定义投影成功后，选择投影功能，输出的坐标系则选择投影坐标系中该场地的三度分度带号所属的高斯克吕格-CGCS2000坐标系；
⑤在新生成的图层文件中选择添加属性字段，随后经过计算几何后，得到相应的高斯克吕格-CGCS2000坐标系；
⑥将图层保存后，可以在91卫图中进行验证。

在场地土壤环境状况调查结束后，需要将场地空间信息整理并上传国家土壤信息服务平台，为进一步核实所有纳入土壤污染状况调查名录地块的空间信息。通过ArcGIS的地块空间信息整理与核查功能即可完成并上传系统。具体操作步骤如下：①将待处理的数据文件导入ArcGIS中形成点位文件，随后将点位文件转为空间矢量文件；
②通过工具栏，生成边界面文件并命名；
③根据调查地块的三度分度带位置，新建图层并设置其地理坐标系，导入边界面文件，生成大地坐标系面文件并重新命名；
④新建边界面文件属性字段并根据地块信息进行填写；
⑤将调查地块的规划信息坐标导入到ArcGIS中，与生成的大地坐标系面文件进行对比。

2.2 Surfer的应用

Surfer的功能非常强大，可以绘制张贴图、影像图、线框图、等值线图和3D图等，常用的功能是利用Surfer强大的插值能力绘制等值线图。

绘制污染图谱的步骤如下：①通过工具栏中的网格数据命令选择需要处理的数据，随后选择克里金插值法，并根据场地的大小选择XY的限值，最后生成grd文件；
②通过工具栏中的图形数字化命令，选择场地的红线边界，将相应的坐标保存在新建的工作表中，生成bln文件；
③通过网格白化命令，将生成的grd文件进行白化，从而消除场地红线边界外的数据；
④通过图形命令添加基底图和等值线图，并进行重合；
⑤在等值线图中选择数据的XY坐标，并对等值线的最小值进行调整，即可得到污染超标范围。

地下水流向图的绘制方法与绘制污染图谱的步骤基本相同，不同之处在于地下水流向的确定主要基于已测得的水位埋深标高，当数据越多，则水位流向越精确。

2.3 AutoCAD的应用

AutoCAD不仅适用于工程设计、制图等领域，也非常适用于场地环境调查领域。在场地调查中，根据场地调查标准要求，调查地块面积越大，则需要布设的调查点位数量越多，而一般的画图软件不能将全部的图形表达出来，或者画图时的操作难度很大。但是AutoCAD就可以非常直观地将图形绘制而出，并且图形可以有选择性的表达需要的内容，而这仅需要制作一个原图即可，通过不同图层的叠加，绘制所需要的图形，并且图形的精度还非常高。

为了后续的土壤修复工作，需要对污染土方量进行计算，通过Auto CAD的土方量计算功能既可以很好地估算出污染土方量。

Surfer可以与AutoCAD进行联用，例如在Surfer中绘制好污染图谱，随后导入到AutoCAD中，通过AutoCAD进行下一步的污染图谱绘制。

在场地调查过程中，有时也会遇到项目地块资料缺失，没有场地坐标文件等情况，仅仅只有AutoCAD文件，这时可以通过AutoCAD将地块的坐标进行提取导出，从而获得场地的相关坐标信息，为后续场地调查做准备。

通过数据编辑和数据导入功能，可以用AutoCAD绘制调查场地的红线边界和地形情况，从而使得场地情况更加清晰明了。

2.4 CASS的应用

AutoCAD不仅在画图制图上有非常大的应用，其与很多软件还可以联动使用，南方CASS软件是至于AutoCAD平台开发的一套多功能软件，是常用的主流成图和土石方计算软件。

CASS软件计算土石方的方法主要有方格网法、三角网法、断面法和等高线法，通过提取原始的坐标数据和标高，结合现状的坐标数据和标高，利用CASS软件的方格网法或三角网法等即可计算出地块的挖填方量。CASS软件计算方法适用情况如下：

对于计算面积大，地形起伏小，坡度平缓的地块适合使用方格网法；
地块面积小但精度要求高则可以使用三角网法；
地块地面起伏大，坡度变化多则利用等高线法进行计算；
断面法则适用于港口、水利、道路等沿纵向延伸的情况。

方格网法即将地形图划分成若干具有一定尺寸的方格，并按设计标高和原始标高计算出每一个方格内的挖填方量，最后得到一定范围内各方格累计的挖填方量。

三角网法是通过确定的规则将所有数据每3个点不重复不交叉无间隔的连成一系列面，三维建模的方法就是建立以此面为表面的三维实体，然后在CASS中对实体进行放坡、切割、拉伸等三维操作，最后直接量取体积。

等高线法是利用现成的绘有等高线的地形图，计算等高线所围的面积，再根据两相邻等高线的高差，分层计算土方量，再累加获得一定范围内的挖填土方量。

断面法首先在计算范围内布置断面线，然后绘制每个断面的自然地面线和设计地面线，然后再计算每个断面的挖填方面积，计算两相邻断面之间的挖填方量，并将计算结果进行统计。

梧州填埋场为生活垃圾填埋场，位于广西壮族自治区梧州市塘梨冲，占地面积约为625亩。填埋场分三个区，南区和西区为简易填埋场，无人工防渗系统，使用时间为1984年至2008年，填埋垃圾约80万立方米；
北区为正规卫生填埋场，工程于2008年12月竣工并投入运行，于2020年7月20日封场，共填埋垃圾约155万立方米，目前剩余库容约20万立方米。

梧州填埋场面积大，填埋历史悠久，填埋产物复杂，现场调查时，发现填埋场的基础资料存在部分缺失，例如缺少了填埋场的红线坐标。通过资料收集，发现梧州填埋场的AutoCAD文件中存在红线坐标数据，随后通过工具栏的list命令，将填埋场红线坐标数据提取，并利用ArcGIS软件，将所提取的坐标转化成空间矢量文件，随后在91卫图中将带坐标的地图下载并导入到ArcGIS中进行比对，以便确定红线坐标的准确性。

通过填埋场环境调查，发现梧州填埋场存在地下水污染问题，利用Surfer软件，将每个地下水井的坐标数据及标高，污染物名称和污染物浓度等数据导入到网格数据中，利用克里金插值法添加等值线图，并新建基底图，利用白化功能去掉场地红线外区域，并在最小等值线范围处添加该污染物的评价标准值，从而确定梧州填埋场地下水污染范围。

填埋场环境调查完成后，需要对填埋场垃圾方量进行估算，梧州填埋场共有3个填埋区域，因此采用方格网法分别进行估算。在进行方量估算时，需要预先获得填埋场原始标高及坐标数据和现状标高及坐标数据，梧州填埋场的原始坐标数据通过历史资料获得，现状标高数据通过RTK及遥感测绘获得。填埋西区的估算步骤如下：

将获得的数据导入CASS中，获得原始测绘图和设计图纸（带高程点），随后对数据进行处理，生成无编码高程点文件（.dat），命名为不同名称的图层。

图层新建完成后，绘制闭合的范围线，即填埋区域的边界，建立三角网文件（绘图处理→展高程点→等高线→建立三角网）。

三角网文件建立完成后开始进行填埋区域的方量估算，即工程应用命令中的方格网计算填埋场垃圾方量，具体步骤为工程应用→方格网计算→选定原始地形.dat文件→选定设计高程.sjw文件→选定方格宽度→得出计算结果。

按上文的步骤分别计算出南区和北区的垃圾填埋方量，将计算完成的西区、南区和北区垃圾方量与原有的历史资料进行比对。

通过ArcGIS、Surfer、AutoCAD、CASS等软件的协同应用，完成梧州填埋场环境调查，为后续的填埋场治理工作打下坚实基础。

环境安全与人民身体健康息息相关，为了保护环境，国家和地方不断出具相关的法律法规，并不断建立健全环境保护的相关方法，填埋场环境调查、填埋场环境修复、填埋场环境治理修复后监测等等手段，都是进一步治理环境污染的措施，而ArcGIS、Surfer、AutoCAD、CASS等相关软件，可以在这一过程中起到非常重要的作用，不仅可以直观的表现填埋场污染情况，也可以使得污染治理修复目标更加精确，节约环境修复的成本。随着技术的发展，今后更多的软件应用于环境保护中，环境污染问题可以得到更好的解决。

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