Transcript 表层土壤重金属污染建模分析

南阳师范学院环境资源与地理信息实验教学
示范中心
GIS空间分析实验课件
表层土壤重金属污染建模分析
内容概要
•采样点数据的空间化
•污染浓度数据的连接
•分析区的界定
•功能区的划分
•重金属元素污染度空间分布制图
•不同区域重金属污染程度评价
•不同区域8种重金属污染程度分别评价
•8种重金属复合污染的综合评价
实验预习
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空间插值的要素
空间插值的类型划分
常见的全局插值方法及其适用范围
常用的局部插值方法，如Thiessen Polygon、样
条函数插值、Kriging插值
• 半方差建模的原理及半方差图的几个关键要素及
意义
• 普通Kriging、简单Kriging、通用Kriging插值的
应用
• 内梅罗综合污染评价法
实验原理
• 对某城市城区土壤地质环境进行调查。将所考察的城
区划分为间距1公里的网格子区域，每平方公里1个采
样点对表层土进行取样、编号，用GPS记录样点位置
。应用专门仪器测试分析，获得了每个样本所含的多
种化学元素的浓度数据。另一方面，按照2公里的间
距在那些远离人群及工业活动的自然区取样，将其作
为该城区表层土壤中元素的背景值。本实验要求完成
2个任务。(1) 给出8种主要重金属元素在该城区的空
间分布，并分析该城区内不同区域重金属的污染程度
。(2) 通过数据分析，说明重金属污染的主要原因。
实验数据
• 本实验的实验数据为2011年全国大学生数学建模
竞赛的B组题的数据。含4个表格，即取样点位置
及其所属功能区表、功能区说明、8种主要重金属
元素的浓度表和8种主要重金属元素的背景值表。
实验步骤
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采样点的空间化
污染浓度数据的连接
分析区的界定
功能区的划分
重金属元素污染空间分布制图
采用单因子污染指数法评价不同区域的重金属污染
程度
• 内梅罗法进行综合污染评价
采样点的空间化
污染浓度数据与样点连接
利用“Join”属性连接功能，以“编号”为公共字段，
把重金属污染浓度数据连接到采样点的属性表中。
污染浓度数据与样点连接
利用“Join”属性连接功能，以“编号”为公共字段，
把重金属污染浓度数据连接到采样点的属性表中。
分析区的界定
1)“ET GeoWizards”插件的安装与加载。
分析区的界定
2)做样点的凸包。
分析区的界定
3)凸包多边形500m的缓冲区。
功能区的划分
1)创建样点的泰森多边形。
功能区的划分
2)用研究区裁剪生成的泰森多边形。
功能区的划分
3)用分区字段融合泰森多边形生成功能区。
功能区的划分
4)矢量功能区转栅格。
重金属元素污染空间分布制图
利用ESDA工具探查数据特征，选择合适的方法插值。
重金属元素污染空间分布制图
数字高程与等高线三维渲染图
重金属元素污染空间分布制图
样点、功能区的叠加图（样点按As垂直拉伸）
不同区域重金属污染程度评价
1.单因子污染指数评价法
利用单因子污染指数Pi=Ci/Si（其中，i为第i种重金属元
素，Ci为实测值，Si为评价标准值（评价标准值依据实际
情况可能采用不同的值，如背景均值、最小值、最大值
等。））分析。
不同区域重金属污染程度评价
1.单因子污染指数评价法
8种重金属元素在各功能区的污染程度直方图
不同区域重金属污染程度评价
1.单因子污染指数评价法
各功能区8种重金属元素的污染程度直方图
不同区域重金属污染程度评价
1.单因子污染指数评价法
不同区域重金属污染程度评价
1.单因子污染指数评价法
编号
1
2
3
4
5
功能区
生活区
工业区
山区
交通区
公园绿地区
污染单元数 污染单元的污染指数总和 区域总单元数 面积比 功能区As平均污染度 污染单元的平均严重程度
3233
4195.73
5411 0.6
0.78
1.30
3832
5138.26
4610 0.83
1.11
1.34
760
900.03
12454 0.06
0.07
1.18
8455
10464.7
17148 0.49
0.61
1.24
1848
2463.14
3261 0.57
0.76
1.33
重金属As的统计结果
不同区域重金属污染程度评价
1.单因子污染指数评价法
8种重金属在各功能区污染单元面积比重
不同区域重金属污染程度评价
1.单因子污染指数评价法
各功能区遭受8种重金属污染的单元比值
不同区域重金属污染程度评价
1.单因子污染指数评价法
8种重金属在各功能区的平均污染度
不同区域重金属污染程度评价
1.单因子污染指数评价法
各功能区8种重金属的平均污染度
不同区域重金属污染程度评价
1.单因子污染指数评价法
8种重金属在各功能区污染单元的平均严重程度
不同区域重金属污染程度评价
1.单因子污染指数评价法
各功能区遭受8种重金属污染的单元的污染严重程度
不同区域重金属污染程度评价
2.综合污染指数（内梅罗）评价法
不同区域重金属污染程度评价
2.综合污染指数（内梅罗）评价法
直接由样点数据计算样本点的综合污染指数，然后分功
能区进行统计分析，得到区域的各污染等级的百分含量和
每个区域总体的污染程度。其中，污染的综合评价指数分
级标准如下表所示。
不同区域重金属污染程度评价
2.综合污染指数（内梅罗）评价法
按上表标准的统计结果
不同区域重金属污染程度评价
2.综合污染指数（内梅罗）评价法
对8种重金属的单因子污染指数图，按内梅罗法计算综
合污染指数。
不同区域重金属污染程度评价
2.综合污染指数（内梅罗）评价法
不同区域重金属污染程度评价
2.综合污染指数（内梅罗）评价法
不同区域重金属污染程度评价
2.综合污染指数（内梅罗）评价法
不同区域重金属污染程度评价
2.综合污染指数（内梅罗）评价法
不同区域重金属污染程度评价
2.综合污染指数（内梅罗）评价法
各功能区各污染等级的综合污染指数均值
问题讨论
• 各种重金属污染度的空间分布制图，你采用的方法适合
吗？尝试采用其他方法或设置不同参数分析结果差异。
• 除了采用的污染程度评价方法外，查阅相关资料看是否
有其他更适合分析这类问题的模型可用。
• 通过数据分析，结合本实验的分析结果，说明重金属污
染的主要原因。
• 分析重金属污染物的传播特征，确定污染源的位置。