[發明專利]圍墾地土壤重金屬污染綜合評價圖生成方法

無效

• 申請號: 201210124951.0
• 申請日: 2012-04-25
• 公開（公告）號: CN102636632A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 申廣榮;徐敬敬;錢振華;黃秀梅;張慶龍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

技術領域

本發明涉及一種環境監測相關技術，尤其是涉及一種圍墾地土壤重金屬污染綜合評價圖生成方法。

背景技術

上海地區圍墾地土壤為鹽漬土土壤，是由江河搬運泥沙與海水頂托，以及海流、潮汐、波浪等因素共同作用下的鹽漬淤泥所形成，呈條帶狀分布在沿海及河口沿江地段，在分布和形成上屬于濱海鹽土類型。此類型土壤堿性大，質地粘重，有機質含量不高，而鹽分含量很高。由于海灘開發的特殊性，其空間分布主要受排污口、圍墾、潮灘位置和土壤粘土含量的影響，不僅空間變異大，時間上的變化也快。灘涂濕地土壤受重金屬污染十分嚴重，帶來了嚴重的生態風險。土壤重金屬污染不僅影響農業的可持續發展而且會導致環境惡化、危害人體健康。近年來土壤重金屬污染已日趨嚴重，尤其是在城市郊區的高投入的農田，因此進行圍墾地土壤的重金屬污染綜合評價對當地的環境監管與治理具有極其重要的意義。

圍墾地土壤重金屬的分布受到諸多因素的影響，作為區域變量，其變異性中的確定性部分不是常量，而是隨空間分布的，因而地統計方法結合GIS技術在土壤重金屬污染調查預測中有廣泛的應用。借助地統計方法可實現基于采樣點土壤樣本的觀測數據推測其周圍未采樣點土壤樣本的相關特征，將不連續的點狀數據形成連續的面狀區域，以描述整個研究區域的土壤空間變異特征。在GIS的支持下，結合重金屬的污染綜合評價，可實現土壤重金屬污染綜合評價的可視化表達。現有的對土壤重金屬含量的預測方法主要采用被稱為最佳線性估值過程的泛克里格法(Universal?Kriging，簡稱UK)。但在對具體插值模型的選擇方面，缺乏對采樣點土壤樣本觀察數據空間自相關性及向異性等空間特征的詳細分析，對大樣本的插值過程缺乏整理和篩選，特別是對離群值的分析討論及相關處理，使得預測結果的準確性大打折扣。因為土壤重金屬空間變異特征分析或污染綜合評價時常會伴隨一對矛盾：一方面，離群值對樣本統計量的估計會造成一定的影響，樣本越小影響越大，它使空間變易參數更難確定，甚至連空間自相關性也觀察不到，預測結果的可靠性和精度受到極大的影響；另一方面，離群值又是反應局部污染狀況的重要信息，尤其在采樣密度較低的情況下，由于對污染指標的預測從某種意義上講就是為了對這些污染區域的預測，這些離群值的價值就等同于研究價值了。如何處理離群值，是保留離群值以確定污染區域，還是剔除離群值以此估測重金屬含量的空間變異規律就成為更準確估測重金屬污染狀況必須面對的問題。

經過對現有技術的檢索發現，劉慶等在《安全與環境學報》(2007，7(2)：109-113)上發表“基于GIS的農田土壤重金屬空間分布研究”該研究在數據預處理上采用對數變換，當數據符合正態分布能滿足變異函數的計算就進行插值計算，沒有詳細分析采樣點土壤樣本觀測數據的空間特征，特別是離群值的作用，這樣在插值過程中特異值或離群值的影響比較顯著，預測結果的精度也會受到影響。由于圍墾土重金屬污染受海水侵蝕、土地利用類型及人類活動的影響，其空間變異特征明顯，特別是較強的向異性和各類離群值，直接影響重金屬含量插值模型尺度及相關參數的選擇，從而也與土壤重金屬預測緊密相關。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種能夠提高圍墾地土壤重金屬污染預測評價的精度和準確性的圍墾地土壤重金屬污染綜合評價圖生成方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種圍墾地土壤重金屬污染綜合評價圖生成方法，該方法包括以下步驟：

1)獲取待測圍墾地的采樣點土壤樣本；

2)對上述采樣點土壤樣本的重金屬元素含量數值進行數據預處理，分別獲得各重金屬元素的擬插值子樣本；

3)對擬插值子樣本進行探索性空間數據分析處理，獲得采樣點土壤樣本的各向異性參數、步長和步數；

4)對采樣點土壤樣本重金屬元素含量數值進行函數擬合，獲得適用于重金屬元素含量插值的理論半方差函數模型；

5)利用包括局域離群值的采樣點進行空間變異預測結果分布圖的繪制；

6)重金屬污染綜合評價圖的生成：首先計算各重金屬元素的污染指數，然后計算多因子綜合污染指數，根據分類標準生成重金屬污染綜合評價圖。

所述的步驟2)中的數據預處理具體為：

2.1)通過重金屬元素含量數值的偏峰度計算及檢驗，考察其是否符合標準正態分布條件H₀，若符合標準正態分布條件H₀，則進行步驟3)；否則，執行步驟2.2)；