基于GIS的淮北某矿区沉陷水域污染物空间分布特征研究
2014-08-08陈同高良敏
陈同+高良敏
作者简介：陈同（1987—），男，安徽淮南人,安徽理工大学地球与环境学院硕士研究生。中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：16749944(2014)05016603
1引言
安徽省的淮北市是一座能源城市,境内资源丰富,煤田分布区域广泛,煤田面积超过9500km2,其中含有煤层的区域将近7000km2。而目前统计的塌陷区域面积达150km2［1~2］我国的矿区采煤塌陷区域面积与日递增,塌陷速率达到惊人的大约2万hm2/年［6］。采煤塌陷会引发包括地质结构、水文、地形地貌等在内的一系列问题,包括地面沉降、土壤结构的改变、地下水分布、地表径流等问题。地貌的改变主要是形成大面积的长时间的积水区域［7］。随着全国各主要煤炭城市塌陷区面积的不断扩大,导致了各个矿区生态系统遭到破坏,生态环境质量不断下降,部分矿区塌陷区域水环境已经严重恶化,包括水体的富营养化、重金属、氮磷等指标严重超标,严重影响了矿区所在城市的可持续发展。
2检测指标与方法
选取研究区域内一个较大的水域,采集了12个水样,样品采集点如图1。
图1沉陷水域采样点分布
根据实验室相关仪器设备的条件,将对矿区采煤沉陷水域水体中的COD、氨氮、总磷、总氮、铜(Cu)、锌(Zn)、镉(Cd)、铬(Cr)等指标进行检测与分析。水体中主要选取此8种污染指标是考虑到化学需氧量和氨氮是国家控制指标,而总磷和总氮是水体富营养化的主要因素,铜(Cu)、锌(Zn)、镉(Cd)、铬(Cr)在地表水环境质量标准中有标准限值(表1)。
表1沉陷区域各采样点检测指标mg/L
编号COD氨氮TPTNZnCuCrCd149.60.7200.18813.0400.0640.0040.6130.037252.90.7720.17213.4700.0640.0040.0870.026347.50.9220.1568.8250.0780.0050.1960.029428.60.7490.18011.7400.0630.0060.2730.013536.50.7890.15612.3700.0290.00800.010637.80.8120.17213.0300.0270.0080.1750.014740.30.8530.1647.7800.1040.0220.6790.014838.20.7430.16412.9100.0250.0110.2840.012929.40.7370.15613.7700.0390.0020.3610.0911031.10.8530.18812.5200.0990.0100.3930.0161153.30.7600.14813.6200.0680.0050.3820.0111237.40.7720.18812.0200.0250.0050.3720最大值53.30.9220.18813.7700.1040.0220.6790.091最小值28.60.7200.1487.7800.0250.00200平均值40.2160.7900.16912.0910.0570.00750.3180.023
3研究区水域单因子污染物空间分布特征
地理信息系统(GIS)又被称作资源与环境信息系统,是以测绘测量为基础,以计算机软硬件系统平台的支持下即时的对地球空间中所有的地理数据进行采集、管理、分析、和显示的综合智能系统。
在环境动态监测中,往往得到的是许多离散点的数据,并不能完全的反映监测区域的真实情况,而GIS技术在以获取的离散数据基础上,通过不同的插值方法,可以得到其他点的近似值,形成区域内的环境动态监测面状图,对监测区域的整体评价提供了良好的分析方法。本文在ARCGIS软件的支持下,分别用地理统计方法中的普通克里格、简单克里格和泛克里格和确定性插值方法中的反距离加权(IDW,Inverse Distance Weighte)插值法、径向函数插值法对采样数据进行模型误差采集,然后选出最佳模型［5-7］。
通过ARCGIS的地理统计功能,得到各因子最佳插值分布图。分布图的初始图层是可以自定义的,可以对插值中因子浓度范围进行重新划分,划分的原则是根据国家地表水控制因子,将按照国家标准等级进行浓度划分。例如COD,COD≤15mg/L为国家Ⅰ类、Ⅱ类水等级标准,15mg/L 图2沉陷水域COD的分布图3沉陷水域氨氮的分布 图4沉陷水域总氮的分布图5沉陷水域总磷的分布 图6沉陷水域Cr的分布图7沉陷水域Cd的分布 图8沉陷水域Cu的分布图9沉陷水域Zn的分布 从这些图中可以看出,沉陷水域COD、Zn、Cr浓度分布不均匀;COD、Cr、Cd、总氮浓度达到甚至超出地表水环境质量Ⅴ类标准;氨氮、总磷的浓度达到地表水环境质量Ⅲ类标准;Zn、Cu的浓度能够达到水环境质量Ⅱ类标准。 4多因子综合评价水质模型 通过各因子的空间插值,得到每个因子在沉陷水域的浓度分布情况,利用其空间插值的栅格图,建立多因子综合污染模型,综合评价沉陷水域的污染情况。图10为利用多因子综合评价得到的研究区域水质情况分布图。 图10沉陷水域水质综合评价 从图10中可以看出,沉陷水域西北角处水质较好,达到国家地表水环境质量标准的Ⅳ类水质要求,其余绝大部分符合国家地表水环境质量标准的Ⅴ类水质要求,这部分水体质量情况较差。 2014年5月绿色科技第5期5结语 (1)通过单因子评价方法和多因子综合评价水质模型对各个沉陷水域污染物空间分布特征的研究发现:该矿区采煤沉陷水域水质状况基本上属于国家地表水环境Ⅴ类水质,其中,COD、总氮、Cr、Cd为沉陷水域污染物总量控制优先控制因子,这可能与该区域附近工矿企业生产废水、村庄居民的生活污水排放、农药化肥过度的使用有关。 (2)通过各因子的空间插值,得到每个因子在沉陷水域的浓度分布情况,沉陷水域西北角处水质较好,达到国家地表水环境质量标准的Ⅳ类水质要求;其余部分只能够达到国家地表水环境质量标准的Ⅴ类水质要求, (3)单因子水质评价的方法水质评价采用的简单直观的看法对水体进行评价,这对于比较简单的水功能环境来说更合适进行评价,因为采用最差水质等级的单因子污染指标来划分研究区域水体的总体情况是否符合对应的国家标准规定的水质等级,这并不能准确反映出所研究区域环境的真实情况和科学合理性;而多因子综合评价法则能够解决单因子评价方法中一些难以处理的问题。 参考文献： ［1］ 赵瑞平.煤矿塌陷区综合利用与矿产资源型城市可持续发展［J］.资源产业,2002(5):31~34. ［2］ 刘志玲,王占岐.淮北市采煤塌陷区的土地复垦［J］.国土资源,2004,20(3):216~219. ［3］ 吴德富,王本敏.采煤塌陷区环境整治与矿区可持续发展［J］.西部探矿工程,2004,96(5):177~178. ［4］ 张锦瑞,陈娟浓,岳志新.河北采煤塌陷区的环境治理［J］.中国矿业,2007,16(4):43~45. ［5］ 贾俊.基于 GIS 的潘谢塌陷水域水环境污染分析与评价［D］.淮南:安徽理工大学,2012. ［6］ 郭广慧,张航程,彭颖.基于GIS的宜宾城市土壤Pb含量空间分布特征及污染评价［J］.环境科学学报,2011,31(1):164~171. ［7］ 杨奇勇,杨劲松.基于GIS 的土壤盐分空间变异及盐分监测样点合理布设研究［J］.
