基于GIS的淮北某礦區沉陷水域污染物空間分布特征研究

陳同+高良敏

作者簡介：陳同（1987—），男，安徽淮南人,安徽理工大學地球與環境學院碩士研究生。中圖分類號：X703文獻標識碼：A文章編號：16749944(2014)05016603

1引言

安徽省的淮北市是一座能源城市,境內資源豐富,煤田分布區域廣泛,煤田面積超過9500km2,其中含有煤層的區域將近7000km2。而目前統計的塌陷區域面積達150km2［1~2］我國的礦區采煤塌陷區域面積與日遞增,塌陷速率達到驚人的大約2萬hm2/年［6］。采煤塌陷會引發包括地質結構、水文、地形地貌等在內的一系列問題,包括地面沉降、土壤結構的改變、地下水分布、地表徑流等問題。地貌的改變主要是形成大面積的長時間的積水區域［7］。隨著全國各主要煤炭城市塌陷區面積的不斷擴大,導致了各個礦區生態系統遭到破壞,生態環境質量不斷下降,部分礦區塌陷區域水環境已經嚴重惡化,包括水體的富營養化、重金屬、氮磷等指標嚴重超標,嚴重影響了礦區所在城市的可持續發展。

2檢測指標與方法

選取研究區域內一個較大的水域,采集了12個水樣,樣品采集點如圖1。

圖1沉陷水域采樣點分布

根據實驗室相關儀器設備的條件,將對礦區采煤沉陷水域水體中的COD、氨氮、總磷、總氮、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鉻(Cr)等指標進行檢測與分析。水體中主要選取此8種污染指標是考慮到化學需氧量和氨氮是國家控制指標,而總磷和總氮是水體富營養化的主要因素,銅(Cu)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鉻(Cr)在地表水環境質量標準中有標準限值(表1)。

表1沉陷區域各采樣點檢測指標mg/L

編號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研究區水域單因子污染物空間分布特征

地理信息系統(GIS)又被稱作資源與環境信息系統,是以測繪測量為基礎,以計算機軟硬件系統平臺的支持下即時的對地球空間中所有的地理數據進行采集、管理、分析、和顯示的綜合智能系統。

在環境動態監測中,往往得到的是許多離散點的數據,并不能完全的反映監測區域的真實情況,而GIS技術在以獲取的離散數據基礎上,通過不同的插值方法,可以得到其他點的近似值,形成區域內的環境動態監測面狀圖,對監測區域的整體評價提供了良好的分析方法。本文在ARCGIS軟件的支持下,分別用地理統計方法中的普通克里格、簡單克里格和泛克里格和確定性插值方法中的反距離加權(IDW,Inverse Distance Weighte)插值法、徑向函數插值法對采樣數據進行模型誤差采集,然后選出最佳模型［5-7］。

通過ARCGIS的地理統計功能,得到各因子最佳插值分布圖。分布圖的初始圖層是可以自定義的,可以對插值中因子濃度范圍進行重新劃分,劃分的原則是根據國家地表水控制因子,將按照國家標準等級進行濃度劃分。例如COD,COD≤15mg/L為國家Ⅰ類、Ⅱ類水等級標準,15mg/L

圖2沉陷水域COD的分布圖3沉陷水域氨氮的分布

圖4沉陷水域總氮的分布圖5沉陷水域總磷的分布

圖6沉陷水域Cr的分布圖7沉陷水域Cd的分布

圖8沉陷水域Cu的分布圖9沉陷水域Zn的分布

從這些圖中可以看出,沉陷水域COD、Zn、Cr濃度分布不均勻;COD、Cr、Cd、總氮濃度達到甚至超出地表水環境質量Ⅴ類標準;氨氮、總磷的濃度達到地表水環境質量Ⅲ類標準;Zn、Cu的濃度能夠達到水環境質量Ⅱ類標準。

4多因子綜合評價水質模型

通過各因子的空間插值,得到每個因子在沉陷水域的濃度分布情況,利用其空間插值的柵格圖,建立多因子綜合污染模型,綜合評價沉陷水域的污染情況。圖10為利用多因子綜合評價得到的研究區域水質情況分布圖。

圖10沉陷水域水質綜合評價

從圖10中可以看出,沉陷水域西北角處水質較好,達到國家地表水環境質量標準的Ⅳ類水質要求,其余絕大部分符合國家地表水環境質量標準的Ⅴ類水質要求,這部分水體質量情況較差。

2014年5月綠色科技第5期5結語

(1)通過單因子評價方法和多因子綜合評價水質模型對各個沉陷水域污染物空間分布特征的研究發現:該礦區采煤沉陷水域水質狀況基本上屬于國家地表水環境Ⅴ類水質,其中,COD、總氮、Cr、Cd為沉陷水域污染物總量控制優先控制因子,這可能與該區域附近工礦企業生產廢水、村莊居民的生活污水排放、農藥化肥過度的使用有關。

(2)通過各因子的空間插值,得到每個因子在沉陷水域的濃度分布情況,沉陷水域西北角處水質較好,達到國家地表水環境質量標準的Ⅳ類水質要求;其余部分只能夠達到國家地表水環境質量標準的Ⅴ類水質要求,

(3)單因子水質評價的方法水質評價采用的簡單直觀的看法對水體進行評價,這對于比較簡單的水功能環境來說更合適進行評價,因為采用最差水質等級的單因子污染指標來劃分研究區域水體的總體情況是否符合對應的國家標準規定的水質等級,這并不能準確反映出所研究區域環境的真實情況和科學合理性;而多因子綜合評價法則能夠解決單因子評價方法中一些難以處理的問題。

參考文獻：

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