基于空間插值分析的浙江省地表水質分析研究

鄭靖雯 吳洲屹

【摘 要】了解當前浙江省地表水質的基本情況，對合理治理浙江省地表水質具有重要的指導意義。本文以浙江省地表水質中的高錳酸鹽、氨氮、總磷等3項指標為例，對浙江省地表水質數據進行探索性插值處理，并分析各影響因子與地表水質的關系。

【關鍵詞】地表水質；水質變化；空間插值；影響因素

隨著我國工業化的發展和城市化的加快，人類活動對地表水資源的影響越來越大，出現水環境惡化、水體功能喪失等一系列水環境問題，水資源的現狀不容樂觀。浙江省人口眾多，人均水資源量僅為2140.9m3，約為世界人均水平的23.7%。因此，研究地表水質情況，了解影響其變化的因素，科學準確評價浙江省地表水環境質量，對改善浙江省地表水質具有重要的指導意義。

一、研究方法與資料來源

1.研究方法

筆者收集了浙江省94個監測點在不同月份的監測數據，將其每3個月劃為一個階段，分為4個階段，通過Arcgis的反距離插值法、徑向基函數法、局部多項式法和克里金插值法4種空間插值法，選擇不同權重和內部類型，對比得出插值精度最高的方法并用其做出相應的空間分布圖，并從時間上和空間上進行分析，得出當前浙江省地表水質的基本情況。從統計年鑒、浙江政府服務網上收集可能對地表水質有影響的因素，以每3個月為一個劃為階段，分為4個階段，通過Excel進行數據處理，得出統計圖，與空間分布圖對比，找到影響水質各監測項時空變化的因素。

2.資料來源

本文監測點數據來源于浙江省環境保護廳水環境質量下的地表水質月均值，運用Excel2010整理出浙江省94個監測點的基本資料，包括監測點名稱、各月CODMn、氨氮和總磷的濃度。浙江省地表水質94個監測點見圖1。在分析過程中，將12個月的數據每3個月劃為一個階段，分為4個階段，監測指標包括CODMn、氨氮和總磷。

通過浙江省統計年鑒獲得浙江省11個市2016年10月到2017年7月的生產總值、工業增加值和2015年浙江省土地規劃利用圖，研究其與浙江省地表水質變化的關系。

3.插值結果比較選擇

將同一插值方法不同權重和類型下的預測值與實測值進行散點圖分析，通過建立預測值與實測值之間的回歸方程，并且通過Excel相應公式進行計算，以決定系數（R2）、平均絕對誤差（MAE）、平均相對誤差（MRE）和均方根誤差（RMSE）來判斷同一插值方法各權重、類型以及各插值方法間的擬合程度的高低。

R2可通過Excel的回歸計算得到，式中，Za，i為監測點的真實數值，Zb，i為監測點的預測數值，n為監測點的數量。計算得到的結果，MAE和MRE越接近于0，RMSE越小，R2越接近于1，空間插值預測精度越高，監測點的空間插值預測誤差越小。

通過分析表1得出，各空間插值精度最高的情況下，克里金插值法在各月和各監測指標中均為精度最高，所以選擇普通克里金插值法對數據進行空間插值處理。

二、結果分析

通過普通克里金插值法處理后，從CODMn含量分布總體情況來看，在空間上，水質最好的是衢州市和麗水市，最差的是嘉興市；從時間上來看，III類水分布面積呈先減小后增大再減小的趨勢，但基本上都分布在嘉興市及其周邊各市。II類水整體分布面積變化不大，但其內部高濃度II類水的分布面積呈先減小后增大的趨勢。I類水在西南方向的分布面積變化不大，但在紹興、金華、寧波和臺州的交界處呈現先減小后增大的趨勢。從2016年10月到2017年7月，浙江省水質情況呈現先上升后下降的趨勢。

對于氨氮，在空間上，浙江省沿海地區氨氮含量較高，為III類水，臺州市和溫州市也出現IV類、V類甚至是劣V類的水。浙江省中部的氨氮含量也相對較高，在III類水以上。整個浙江省不存在I類水，但氨氮含量較少的II類水主要分布在衢州市、麗水市以及杭州市的部分地區；從時間上看，IV類、V類以及劣V類水出現在2017年1月和2017年4月。對于IV以下的水，它的分布面積呈先增大后減小的趨勢。對于III類水，其分布面積呈先增大后減小的趨勢，而對于II類水中氨氮含量較少的水，其分布面積呈一直增大的趨勢，杭州市II類水氨氮含量較少的面積也是同步在增大，從2016年10月到2017年7月，浙江省水質情況呈現先下降后上升的趨勢。

對于總磷，從空間上來看，水質較好的是麗水市；從時間上來看，IV類和V類水分布面積總體上呈先減小后增大的趨勢，但分布的廣度在增加。II類和III類水整體分布面積變化不大，I類水的面積呈先增大后減小的趨勢，并且在2017年4月達到最大面積。從總磷含量分布總體情況來看，從2016年10月到2017年7月，浙江省水質情況呈現先下降后上升后又下降的趨勢。

由上述分析可知，對于浙江省地表水質，從空間上來看，浙江省北部、中部以及沿海地區的水質最差，尤其是嘉興市，其次臺州市和寧波市。浙江省西南部的水質最好，尤其是麗水市、衢州市，其次是杭州市；從時間上看，浙江省地表水質沒有明顯統一的變化趨勢；從研究指標看，所檢測的浙江省地表水質3項指標中，CODMn的情況最好，氨氮的情況最差，出現了劣V類，所以氨氮是浙江省地表水質中最主要的污染物，同時總磷的情況也較差。

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