水土污染空間分析及源辨析.pdf

1、土壤和水資源是人類生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。它們的環(huán)境質(zhì)量直接影響著人類的生活和生產(chǎn)；同時(shí)，人類活動(dòng)也直接影響著土水環(huán)境。近幾十年來，隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，土地利用與土地覆被方式的改變，以及工業(yè)化進(jìn)程的加快，我國不少地方的土、水環(huán)境不斷惡化。錢塘江流域和海寧市，經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速，產(chǎn)業(yè)類型多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，土地利用方式變化頻繁，對(duì)土水環(huán)境的影響較復(fù)雜，并最終導(dǎo)致這兩個(gè)地方的污染水平、污染方式和污染的空間模式與眾不同。本文分析了兩地的污染源類型和空間分布模

2、式，特別對(duì)海寧的重金屬污染模式進(jìn)行了分析和探討。
　　 在錢塘江流域水污染分析方面，應(yīng)用模糊綜合評(píng)估方法，對(duì)41個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的13個(gè)變量進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果劃分高、中、低的三大污染區(qū)；應(yīng)用因子分析法，判別出主要影響因子。同時(shí)結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況，給各污染源確定名稱；最后，用UNMIX方法，進(jìn)行定量的污染源源解析，計(jì)算出每個(gè)污染源對(duì)主要污染變量的貢獻(xiàn)及對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的綜合貢獻(xiàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在低污染區(qū)，面源污染，比如農(nóng)田徑流和城市徑流，是

3、主要的污染源；在中污染區(qū)和高污染區(qū)，以混合污染源為主。在低、中、高三個(gè)污染區(qū)可辨別的潛在污染源分別為2個(gè)、2個(gè)和3個(gè)，因子分析分別解釋了三個(gè)污染區(qū)的67％、73％和80％總體方差。大體上，小支流污染比大支流和干流嚴(yán)重。
　　 在海寧土壤重金屬污染分析及源辨析中，富集因子法定量分析了各變量的污染程度，判別出主要影響因子；聚類分析方法驗(yàn)證了因子分析的結(jié)論；地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)各變量進(jìn)行空間分析和預(yù)測(cè)；GIS分析了道路對(duì)部分變量的影響；最后

4、分別用指數(shù)法和概率法對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，錫和汞在土壤中屬中等程度的污染，其它的為低污染。Hg、Pb、Sn主要受人類活動(dòng)的影響，其它的幾個(gè)變量主要受自然因子的控制，局部地區(qū)受到人類不同程度的影響。空間預(yù)測(cè)圖顯示，明顯受自然源影響的變量（Co、Cr、Ni、Cu和Zn）的空間分布相對(duì)規(guī)則和平滑，Cd、Pb、Sn和Hg的高值區(qū)分布相對(duì)分散。總體上，高值區(qū)分布在人類活動(dòng)相對(duì)頻繁的城鎮(zhèn)周邊區(qū)域。由于較低的有機(jī)質(zhì)含量或砂性的土壤質(zhì)地，除了

5、汞以外的其它變量的平均含量在滲育水稻土和濱海鹽土中較低。由于較低的施肥水平和較少農(nóng)用化學(xué)用品的使用，除了汞以外的其它變量在苗圃中的濃度水平較低。點(diǎn)或線污染源對(duì)Pb、Sn和Hg的影響較高。受交通線影響的元素主要包括Pb、Cu，、Ni和Zn。Pb受到汽車排放的尾氣的影響，Cu、Ni和Zn受到來自汽車零部件和輪胎磨損的影響。As，Cr，Ni，Pb，Cu和Zn的生態(tài)危害輕微；Cd，Hg的中等程度生態(tài)危害區(qū)分別占土地面積的98.4％，63.1％，

6、Hg的強(qiáng)危害區(qū)占了33.7％，其余為輕危害區(qū)。As對(duì)生物種類的風(fēng)險(xiǎn)概率為43.7％，屬中等危害；As和Cd對(duì)生態(tài)過程的風(fēng)險(xiǎn)概率分別為25.2％、25.3％，屬中等危害，其余為輕微危害。
　　 在海寧土壤重金屬污染區(qū)域的模糊識(shí)別方面，用模糊聚類法對(duì)復(fù)合污染區(qū)進(jìn)行了劃分。結(jié)果表明，對(duì)10個(gè)變量分為三組較合適：組Ⅰ(As、Cd、Co、Cr和Ni)，組Ⅱ(Cu、Zn)，和組Ⅲ(Hg、Pb和Sn)。每組又分別分為三個(gè)污染程度不同的區(qū)。方差

7、分析顯示不同污染區(qū)之間污染物的平均濃度有明顯差別。組Ⅰ和組Ⅱ在研究區(qū)內(nèi)總體復(fù)合污染程度較低，土壤污染程度隸屬關(guān)系較明確；組Ⅲ在南部沿江地帶極小片區(qū)域?qū)僦匚廴緟^(qū)，西部大部分地區(qū)和海寧市區(qū)附近屬中度污染區(qū)，中部大部分和東南部為低污染區(qū)，地理空間上土壤對(duì)組Ⅲ的隸屬關(guān)系也較明確。土壤類型對(duì)分區(qū)的影響跟樣點(diǎn)設(shè)計(jì)有關(guān)，如大部分樣點(diǎn)來自水稻土。另外，跟土壤本身的性質(zhì)也有一定關(guān)系。有機(jī)質(zhì)含量是影響前兩組分區(qū)的主要因素；第三組分區(qū)的因子中，有機(jī)質(zhì)含量所起

8、的作用并不大。土地利用類型在分區(qū)中所起的作用并不大，pH值在不同類別之間的差別并不明顯。
　　 在對(duì)研究區(qū)域的污染熱點(diǎn)辨析方面，用局部Moran’sⅠ指數(shù)法辨別了污染熱點(diǎn)(p=0.05)。權(quán)重函數(shù)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法及極值都影響熱點(diǎn)的數(shù)量和空間位置。極值剔除后的熱點(diǎn)辨析結(jié)果與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后的結(jié)果類似。高-高熱點(diǎn)的數(shù)量明顯比未去除極值時(shí)的數(shù)量要多，在空間上熱點(diǎn)的覆蓋面也相對(duì)更加廣泛。
　　 在污染區(qū)劃分的不確定性評(píng)估方面，對(duì)比普通克

9、立格法和序貫高斯模擬在污染制圖上的差別，用指示克立格和序貫高斯模擬產(chǎn)生超過某一概率水平的概率分布圖，將模擬插值圖和模擬概率圖疊置劃分可靠的污染區(qū)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)克立格法產(chǎn)生的插值圖趨于平滑，局部細(xì)節(jié)不明顯。而模擬方法產(chǎn)生的預(yù)測(cè)圖空間結(jié)構(gòu)明顯，信息豐富。Hg的污染區(qū)主要分布在西南靠近錢塘江的幾個(gè)鎮(zhèn)；Pb的污染區(qū)星星點(diǎn)點(diǎn)分布在整個(gè)區(qū)域，污染區(qū)總面積比例很?。籗n的高置信污染區(qū)主要在西南靠近錢塘江地帶和東南部的兩個(gè)鎮(zhèn)的局部地區(qū)。
　　 最后

10、，比較了Bayesian Maximum Entropy（貝葉斯最大熵）和克立格的空間預(yù)測(cè)精度。綜合使用軟、硬數(shù)據(jù)的BME(BME HS)，在對(duì)有高偏值存在的、非正態(tài)分布的環(huán)境變量的預(yù)測(cè)中，其預(yù)測(cè)偏差低于普通克立格，但預(yù)測(cè)的波動(dòng)性表現(xiàn)趨勢(shì)不一致；只使用硬數(shù)據(jù)的BME(BMEH)預(yù)測(cè)偏差小于普通克立格，對(duì)波動(dòng)性的預(yù)測(cè)則表現(xiàn)不一致的趨勢(shì)。在對(duì)極值的預(yù)測(cè)上，BME HS對(duì)所有極高值的預(yù)測(cè)結(jié)果更接近實(shí)際值。
　　 本文主要在以下幾個(gè)方面

11、取得了進(jìn)展：
　　 1)將模糊集方法、多元統(tǒng)計(jì)分析和GIS結(jié)合起來，共同探討水體污染程度和污染空間模式。多種方法的綜合使用，可以從不同角度了解水體污染狀況，從而更全面、客觀地認(rèn)識(shí)水污染的實(shí)際情況，避免了單一方法可能產(chǎn)生的片面性。
　　 2)以往，土壤中是否存在重金屬污染及污染水平的界定標(biāo)準(zhǔn)不一。本文同時(shí)使用多種界定標(biāo)準(zhǔn)(多元統(tǒng)計(jì)、富集因子法、地統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS)來分析研究區(qū)的土壤污染水平，從而使分析結(jié)果更加可靠。同時(shí)，分析

12、了土壤類型、土地利用方式等與重金屬污染的相互關(guān)系。
　　 3)土壤系統(tǒng)和人類活動(dòng)本身的復(fù)雜性和模糊性決定了污染區(qū)的界定是個(gè)難題。本研究從土壤污染的特點(diǎn)出發(fā)，用模糊數(shù)學(xué)分析了污染水平的模糊性，定量分析了影響模糊分區(qū)的因素，再運(yùn)用GIS確定最終的污染模糊分區(qū)，這和其它類似研究中所用的方法不同。同時(shí)，運(yùn)用聯(lián)合模擬概率圖和模擬預(yù)測(cè)圖，共同劃分某一置信水平上的污染區(qū)，使污染區(qū)的劃分更加真實(shí)可靠。
　　 4)對(duì)偏態(tài)性較大的Hg來說，