基于数理统计与GIS的浅层地下水“三氮”分布特征研究

李斌，黄耀裔，骆小风，陈文成

(泉州师范学院 资源与环境科学学院,福建 泉州 362000)

基于数理统计与GIS的浅层地下水“三氮”分布特征研究

李斌，黄耀裔*，骆小风，陈文成

(泉州师范学院 资源与环境科学学院,福建 泉州 362000)

数理统计；GIS；三氮；地统计；浅层地下水

福建省晋江市隶属于厦漳泉闽南经济区，由于其地理区位较优越，经济发展迅速，工业较发达.根据《晋江年鉴》统计结果，2013年全年工业总产值达3358.17亿元，规模以上工业产值达2961.08亿元.全市常住人口为233万，由于企业类型主要以劳动密集型产业居多，故外来人口众多，人口密集度较大.结合实地调查结果发现其浅层地下水仍是本地居民生活饮用水水源之一，即使在市政供水管网覆盖到的地区，浅井水依然是本地村镇、外来至本地务工人员的主要生活饮用水源.因此对浅层地下水中“三氮”含量的调查尤为重要，不仅可以了解其地下水质量现状，也可为有关部门在今后的保护、评价和分析等提供实际参考.

1 研究区简况

福建省晋江市(24°30′44′′-24°54′21′′N，118°24′56′′-118°43′10′′E)主要位于福建省泉州市的东南沿海，东濒台湾海峡，西和南安市接壤，南与金门县隔海相望，北同鲤城区、丰泽区毗邻，东北与石狮市相连，总行政区划面积为721.7 km2.地势西北部较高，东南部较低，由低山丘陵向台地、平原呈阶梯状逐渐下降过渡台地起伏和缓，顶部平坦，分布于丘陵的周围，位于从低山丘陵向平原过渡的阶梯状地带，平原主要分布于沿海.土壤类型主要以红壤为主，地层主要以第四系地层为主.根据气象局资料，气候属南亚热带湿润区，年均气温20-21℃，年均日照2130 h，年均降雨量911—1231 mm.境内地下水资源的赋存、分布、补给、径流、排泄等受地形地貌、水文地质、大气降水、植被覆盖等综合影响[8].

但近几年由于部分企业在生产中废水随意乱排，各种含氮肥料的过度施用等使得该区浅层孔隙水和深层孔隙裂隙水受到不同程度的氮污染，而孔隙水和裂隙水是地下水主要的补给水源，给人体健康、农业发展、经济建设带来巨大影响.

2 地下水样采集与测试

2.1 地下水采样

浅层地下水水样点采集主要以能够基本反映该区的水质特征为原则，采样点的设置依据地下水污染地质调查评价规范的要求，主要涵盖至晋江市的紫帽镇、陈埭镇、池店镇、磁灶镇、青阳街道、梅岭街道、西园街道、新塘街道、灵源街道、罗山街道、内坑镇、深沪镇、英林镇、永和镇、安海镇、东石镇与金井镇共计19个镇(街道)，采集时并通过定位获取60份采样点水样的空间分布(见图1).

图1 浅层地下水采样分布图

2.2 水样测试指标与方法

3 基于数理统计的“三氮”分析

表1 晋江市浅层地下水“三氮”等指标的数描述性统计

项目pH值NH+4-N/(mg/L)NO-2-N/(mg/L)NO-3-N/(mg/L)耗氧量/(mg/L)Max7．460．160．30545．182．75Min4．050．000．000．230．29Avg6．5580．0250．01546．850．808Std-57．33%698．5%45．82%-CV%-111．3%324．8%87．16%-

表2 地下水中不同硝酸盐含量范围统计表

NO-3-N含量范围/(mg/L)样点个数比例/(%)0～223．32～41525．04～61118．36～81118．38～10915．010以上1218．3

图2 晋江市镇区含量 图3 晋江市镇区含量

图4 晋江市镇区-N含量

图5 “三氮”三维分布图

进一步通过Grapher10软件绘制出其表面数据图，可以从三维空间反映其含量的空间分布规律(X轴表示为经度、Y轴表示为维度、Z轴表示为“三氮”的含量值)，如图5所示，在一定程度反映其含量变化情况，但不足之处是无法结合(如行政区划、等值线等其它环境要素)进行综合分析，难于进一步进行空间分布规律的表达与综合分析.

4 基于GIS的“三氮”空间分布

图空间分布图 图空间分布图

数理统计虽然就有能在众多的数据中找出其隐含的规律来，但是对于具有空间位置特征的水环境数据，在分析其空间规律方面存在不足，而GIS与地统计技术恰好可以弥补其不足之处.地统计技术(Geostatistics)作为空间统计学的一个分支学科，在对空间预测方面具有独特的优势，可以用来研究在空间上既有随机性又有结构性的环境要素.由于地统计学可在有限的离散数据基础上无偏最优预测(或模拟)连续的空间分布，且得到预测的不确定性估计，因此广泛应用于地质土壤、水、农业、气象、生态等环境领域[ 10，11]

依据地统计理论，通过GIS技术实现“三氮”的空间分析差值图.在对比分析Kring泛克立格法、距离幂函数反比加权法、比稠密数据中值选取法、稠密数据高斯距离权法后，发现其距离幂函数反比加权法精度最高.距离幂函数反比加权法[12]主要是通过设定空间待插点为P(xp，yp，zp)，P点邻域内有已知散乱点Qi(xi，yi，zi；i=1，2，…，n).待插点的属性值是待插点邻域内已知散乱点属性值的加权平均，权的大小和待插点及邻域内散乱点之间的距离与K(0≤K≤2，K一般取2次方的倒数)有关，其公式表达为：

(1)

图-N空间分布图

5 结 语

[1]罗泽娇，靳孟贵．地下水三氮污染研究进展[J]．水文地质工程地质，2002(4)：65-69．

[2]沈丽峰．临汾市尧都区地下水中“三氮”污染现状及对策[J]．地下水，2008，30(2)：62-65．

[3]叶许春，张世涛，宋学良．昆明盆地浅层地下水氮的分布及污染机理[J]．水土保持学报，2007，21(4)：185-189．

[4]许可，陈鸿汉．地下水中三氮污染物迁移转化规律研究进展[J]．中国人口·资源与环境，2011，21(12)：421-424．

[5]梁索原，曹玉，赤泽宏平．磁县食管癌高发区农村饮水中“三氮”含量的调查研究[J]．中华肿瘤防治杂志，2012,19(9)：649-652．

[6]廖资生，林学钰．松嫩盆地的地下水化学特征及水质变化规律[J]．地球科学—中国地质大学学报，2004，29(1)： 96-102．

[8]黄耀裔，陈文成，苏建云．福建省晋江市浅层地下水地球化学特征及环境质量评价[J]．重庆师范大学学报(自然科学版)，2015，32(2)：145-152．

[9] 陈建耀，王亚，张洪波，等．地下水硝酸盐污染研究综述[J]．地理科学进展，2006，25 ( 1) ：25．

[10]SchlesingerWH，RaikesJA，HartleyAE，etal．OntheSpatialpatternofsoilnutrientsindesertecosystems[J]．Ecology， 1996 ，77 (2)：364-374．

[11]GoovaertsP．Geostatisticalapproachesforincorporatingelevationintothespatialinterpolationofrainfall[J].JournalofHydrology，2000，228(1-2)：113 -129．

[12]刘蕾．MapGIS软件网格化效果比较[J]．地质找矿论，2014，29(3)：454-457．

[13]黄耀裔，苏建云．利用GIS与数理统计分析晋江市浅层地下水化学特征及成因[J]．吉林师范大学学报(自然科学版) ，2014，35(2)：145-152．

[14]黄耀裔，杨琳珩，陈文成．修正的灰色聚类关联法对晋江市浅层地下水质量综合评价[J]．福建师范大学学报(自然科学版)，2015，31(1)：79-86．

[责任编辑：徐明忠]

Shallow groundwater "three nitrogen" distribution research based on mathematical statistics and GIS

LI Bin,HUANG Yaoyi*,LUO Xiaofeng，CHEN Wencheng

(School of Resources and Environmental Science, Quanzhou Normal University, Quanzhou 362000, China)

mathematical statistics; GIS; three nitrogen; geostatistics; shallow groundwater

2015-07-27

国家级创新实验项目(201510399004)；泉州市科技局项目(2015Z139)

李斌(1993-)，男，云南昆明市人，泉州师范学院资源与环境科学学院本科生，主要从事水资源污染与防治的研究.

黄耀裔(1983-)，男，福建晋江市人，泉州师范学院实验师,硕士，主要从事环境信息系统应用与环境污染防治的研究.

P641.3

A

1672-3600(2015)12-0062-06