空間插值法在海水質(zhì)量評價中的應用

郭楊

摘要：空間插值法在大尺度環(huán)境要素分析方面具有較強的優(yōu)勢。海洋領域具有采樣布點范圍廣、間距大、采樣困難等特點，空間插值法為海洋領域研究提供了非常有利的工具。因海洋的流動性、邊界的不確定性，在應用空間插值法對海水質(zhì)量進行評價時需更深入的研究。

關鍵詞：空間插值；海水；環(huán)境質(zhì)量

中圖分類號：P746 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170132008

引言

空間插值法對于評估采樣點周圍空白區(qū)域的環(huán)境屬性信息十分重要，在大尺度環(huán)境要素的分析和表征方面具有明顯的優(yōu)勢和價值，成為各領域研究區(qū)域變量空間分布的基本方法。近些年近岸海域環(huán)境質(zhì)量由于沿海城市的經(jīng)濟發(fā)展有所下降，應該充分利用空間插值對海水質(zhì)量進行評價，了解更真實全面的海水環(huán)境質(zhì)量，對我國海洋環(huán)境的監(jiān)管和治理都有著十分重要的意義。

1空間插值法

空間插值技術形成于20世紀50年代，常用于將離散點的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的數(shù)據(jù)曲面，利用已知數(shù)據(jù)求得未知數(shù)據(jù)的一種方法。空間插值可以有多種不同分類，常用的克里格插值法、反距離權重、普通克里金、徑向基函數(shù)及混合插值法等。影響空間插值方法的精度及適用性的因素較多，在應用時需要選擇合適的插值方法。目前空間插值法在氣象、土壤、降水、空氣質(zhì)量等領域均有應用。

2海水質(zhì)量評價

根據(jù)國內(nèi)相關研究結果，我國存在著由于沿海經(jīng)濟發(fā)展帶來的近岸海域環(huán)境質(zhì)量污染的問題，無機氮和活性磷酸鹽存在超標現(xiàn)象，水體呈一定程度富營養(yǎng)化狀態(tài)。海水質(zhì)量評價是海洋環(huán)境評價最重要內(nèi)容，通過對化學需氧量、溶解氧、生化需氧量、活性磷酸鹽、鉛、銅等因子的濃度進行監(jiān)測，采用單因子評價、富營養(yǎng)化和有機污染等進行評價反映水質(zhì)變化。單因子逐級評價方法仍為我國近岸海域環(huán)境質(zhì)量公報中海水質(zhì)量評價方法。單因子指數(shù)法簡便易行，可以迅速直觀地得到水質(zhì)各參數(shù)的污染狀況，但該方法只考慮污染最嚴重的因子，其他因子作用被弱化，具有一定的片面性，無法反應整體污染情況。

3空間插值在海水質(zhì)量評價中的應用

為更好的掌握海洋整體污染情況，需要充分利用已有的監(jiān)測點位的數(shù)據(jù)來獲得未知數(shù)據(jù)，了解污染物大范圍空間分布情況，空間插值法為此提供有利工具。但目前我國將空間插值方法應用于海水質(zhì)量評價中的研究較少。李冕等以2011年7-9月渤海無機氮的監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎，通過一種只適應凸包選節(jié)點的方法改進了原有IDW插值模型，進行了海水污染物空間分布狀況研究，較為準確的反應污染物的分布趨勢。尹維翰等使用反距離加權、樣條函數(shù)法和克里金對渤海各類水質(zhì)面積進行了插值分析，克里金插值法更在渤海海域污染面積評估中應用，為海區(qū)海水污染面積評估提供了理論依據(jù)。林琳等以珠江口浮游植物豐度數(shù)據(jù)為基礎，利用反距離加權、徑向基函數(shù)、普通克里格進行插值運算，較客觀模擬出浮游植物豐度的總體分布趨勢，其中徑向基函數(shù)法表現(xiàn)出最高的精確度。柯麗娜等以錦州灣20個監(jiān)測點位數(shù)據(jù)為基礎，對化學需氧量、無機氮、活性磷酸鹽等對水質(zhì)影響較大的指標進行空間插值分析，估算出化學需氧量、無機氮、活性磷酸鹽及幾種重金屬的剩余環(huán)境容量，為環(huán)境治理提供依據(jù)。吳翠晴等以錦州灣高錳酸鹽指數(shù)、無機氮、無機磷指標監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎，利用反距離加權、徑向基函數(shù)、普通克里格方法和營養(yǎng)指數(shù)方程，對錦州灣海水富營養(yǎng)化狀態(tài)進行了評價，結果與傳統(tǒng)評價方法相比，所給出的富營養(yǎng)化空間分布圖可直觀、準確地反映該海域的富營養(yǎng)化狀況。

4探討

近岸海域環(huán)境要素具有空間相關性、依賴性和異質(zhì)性，因此在現(xiàn)階段人力、財力和技術裝備能力有限的情況下，空間插值模型是實現(xiàn)這一目標的有效方法。研究顯示空間插值法在海水水質(zhì)面積、浮游植物豐度、剩余環(huán)境容量及富營養(yǎng)化等方面的應用初步獲得了一定進展，但應該特別注意在實際應用中應該充分考慮到插值參數(shù)的優(yōu)化和方法的選擇。空間插值法為海水質(zhì)量評價提供了一種思路，如何發(fā)揮更好的作用需要在今后的研究中進一步完善。