摘 要

ArcGIS ModelBuilder(模型构建器)是Esri(美国环境研究所)公司开发的一系列ArcGIS工具软件中内嵌的一个建模环境，在航洋经济、土管理、建设选址等诸多与空间信息有关的领域都可以有广泛的应用。基于综合指数法和内梅罗指数法，利用ArcGIS型构建器提供的建模环境，将ArcGIS中的各种空间信息处理工具有序组合，构建一个水环境质量评价复杂处理过程的通用模型。模型同步实现了评价等级的可视化表达和水质指数计算结果查询的功能。相较于传统计量的水质评价过程，本模型有效减少了水环境空间数据处理和分析的过程，实现了水环境质量评价的流程化和自动化处理机制，简化了评价过程中的计算、分析操作。本研究中的建模方法对于其他领域相似模型的构建具有很大的参考价值。

关键词：ArcGIS ModelBuilder；合指数法；Nemerow指数法；水环境质量评价

Abstract

ArcGIS ModelBuilder is one of modeling environment developed by Esri（Environmental Systems Research Institute) company which embedded in a set of ArcGIS tool soft-wares. It has wide application potentiality in ocean economy, water and soil management, construction site selection and other fields with spatial information. Based on synthetic index method and Nemerow index method, ArcGIS ModelBuilder was used to build generic models of water quality evaluation which need a large number of complex calculation. In this way, it can not only realize the visualization of water quality evaluation level, but also create the way to inquire the calculation results of water quality index. Compared with the traditional quantitative water quality evaluation process, ArcGIS ModelBuilder can effectively reduce the process of spatial data processing and analysis, make water environment quality evaluation process-oriented and Automated, simplify the calculation and analysis of evaluation process. It has great value on similar model’s construction in other fields.

Key words: ArcGIS ModelBuilder; synthetic index method; Nemerow index method；water environment quality evaluation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究意义和目的 1

1.1.1研究意义 1

1.1.2 研究目的 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1 国内研究现状 2

1.2.2 国外研究现状 2

1.3研究内容 3

1.4 论文组织安排 4

第2章 研究理论与方法 6

2.1 ArcGIS 模型构建器建模环境 6

2.1.1建模环境介绍 6

2.1.2模型构建器的组成要素 6

2.1.3模型构建器的模型构建一般方法 8

2.1.4模型构建器的特点 8

2.2 水环境质量评价方法 9

2.2.1 均值综合指数评价法 9

2.2.2 Nemerow指数评价法 11

2.3 水质综合指数插值方法 11

第3章 数据准备与模型设计 13

3．1 数据准备 13

3.1.1 水域环境功能分类 13

3.1.2 地表水环境质量标准 14

3.1.3 水质模拟数据 15

3．2 模型功能模块设计 18

3.2.1计算综合指数模型设计 18

3.2.2插值计算模型设计 19

3.2.3评价结果显示功能模型设计 20

第四章 通用水环境质量评价模型的建立 22

4．1 ArcGIS模型构建器使用介绍 22

4.1.1 变量使用 22

4.1.2 工具使用 22

4.1.3 连接符的使用 22

4．2 研究模型的构建过程 23

4.2.1计算指数模型构建 23

4.2.2插值计算模型构建 25

4.2.3评价结果显示模型构建 27

4．3 研究模型运行结果与分析 29

第5章 总结 32

5.1研究内容总结 32

5.2 不足与展望 32

5.2.1 不足之处 32

5.2.2 展望 33

参考文献 34

致谢 35

第1章 绪论

1.1研究意义和目的

1.1.1研究意义

过去，我国遭受了过去忽视环境保护导致生境破化的种种后果，最后将环境保护上升为我国的基本国策，水环境保护就成了一直以来的环境保护工作的重点对象。快速推进城市化和工业化使得水资源大量被污染和消耗，使得水体污染严重，资源短缺，生态环境恶化，这已成为制约我国经济可持续发展的一大阻力，也成为了现今我国必须妥善处理的问题^[1]。水环境是人类生存载体，也是发展的源泉，科学、数据化、流程化地去了解水环境是现在社会管理的大势所趋。随工农业现代化、信息化的转型，要避免转型过程中的不当行为对水体环境造成难以处理的破坏，更要加强我国对水体质量监控和保护工作的进一步管理。水环境质量的客观定量评价是水资源可持续利用的前提，而客观的评价结果来源于客观的评价方法与模型^[2]。因此，建立一个对通用水体质量评价的模型，以对后期水体保护和治理的决策提供量化，可视化的理论数据支持有着很大的应用价值。

如今GIS(地理信息系统)技术应用在我国越来越受到重视，应用领域也越来越广泛，海量的带地理空间信息点数据通过GIS技术的地理处理工具能够得到有效的利用。地理信息系统技术应用于水环境质量评价，主要是利用其在数据采集、空间查询、空间分析与模型分析方面的基本功能。GIS以地理空间数据库为基础采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的、动态的地理信息为地理研究和决策服务^[3]。

1.1.2 研究目的

ArcGIS是美国环境研究所公司（Environmental Systems Research Institute,简称Esri公司）开发的一个可伸缩的全面的GIS平台，它包含了一整套的桌面、开发、网络服务、移动服务工具。ArcGIS模型构建器是其中一个数据建模工具。本次研究，希望能借助ArcGIS模型构建器的建模环境，流程化、自动化地构建一个简单易用的通用水环境质量评价模型，用户能通过数据输入、方法选择等简单的工具操作，直接得到水环境质量评价的结果，通过可视化的评价结果表达，为水环境监测工作提供简洁、易用的评价数据，为水环境管理工作明确地指出重点管理区域对象。

1.2国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

国内水质评价方法较多，主要集中于对评价指数的处理和应用，且大多的评价方法多限于学术探讨。目前中国地表水水质的主流评价方法可分为三类：

①指数评价法；

根据地表水环境质量标准中规定的污染指标限值与监测值比较，将比较值经过数学运算得到一个水污染综合指数，这个方法也是目前我国环境质量报告中常用的水质评价方法，而其他的方法主要多见于学术研究。

②模糊评价法；

因为水体环境本身存在大量不确定性因素，本方法利用监测数据建立各个因子的标准隶属度集，形成隶属度矩阵，把因子的权重集和隶属度矩阵相乘得到模糊积，与模糊积为基础，采用相关分析法对水质进行评价。

③灰色评分法；

它的核心思想是通过计算评价因子中各因子的实测浓度与各级水质标准关联度大小确定评价水质级别^[4]。

除此三种外，国内还有物元分析法、人工神经网络评价法、化学计量学应用等方法，但主要是用于对水质评价的学术探讨，受地区各异性的影响也大。

对于ArcGIS模型构建器，国内贵州师范大学、北京师范大学等高校和机构都已经有基于此建模环境来进行学术的研究，其中所使用的数据处理、数据分析模型，也大都直接使用ArcGIS中自有的处理工具。总的来说，国内对于此环境已经处于应用阶段，但大多是基于研究和开发，在实际的相关部门水质管理工作中很少得到普及。

我国近几年也涌现了诸如中地数码的MapGIS,超图的SuperMap等GIS平台，它们在网络服务、移动服务、桌面工具等都有很强大的功能，现阶段借助本土化优势，在商用方面都有着优秀的成绩。但是在建模方面，都处于底层开发阶段，并没有类似ArcGIS 模型构建器的建模环境，而都是把建模和开发工具结合在一起，需要有基础的技术人员才能完成模型构建，实用性上远不如ArcGIS模型构建器。

1.2.2 国外研究现状

国外基础理论研究上与国内较为相近，在学术研究上也有自己的一些评价标准，如对于指数评价法，针对分指数的处理不同，指数法分为Horton水质指数，Browns水质指数，Prati水质指数，Nemerow水质指数等。在基础理论上，国内引用国外的方法，在此基础上做了进一步的学术研究，所以差距并不大。但是国外水质评价研究比较注重多介质、多参数水质数据分析^[5]，较早采用GIS手段研究水质变化，关注经济发展对水环境质量的影响，研究方向和内容更加多元。