一种快速评估土壤重金属污染程度的方法技术

本发明专利技术公开了一种快速评估土壤重金属污染程度的方法，包括如下步骤：数据收集及数据处理，包括区域大气降尘、土地利用、土壤类型、地形以及部分土壤重金属含量等数据；划分评估单元；构建土壤重金属污染因子与污染程度之间的判别函数；判别分析；输出评估结果。本发明专利技术通过避开传统的评估“精确的”土壤重金属含量的思维模式，转而评估土壤重金属污染的相对程度，评估效率教传统精确预测的方法高，评估结果可靠，评估精度能够满足宏观决策需要，可为管理部门进行区域土壤污染防治宏观决策提供技术支持。技术支持。技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种快速评估土壤重金属污染程度的方法


[0001]本专利技术属于环境保护
，具体涉及一种快速评估土壤重金属污染程度的方法。

技术介绍

[0002]重金属是严重危害生态安全的土壤环境污染物之一。由于重金属本身的持久性、不可降解性，重金属的累积极易对生态环境造成潜在污染风险，因此对其在土壤中的污染状况进行评估分析是国内外学者研究的重点。关于土壤重金属污染评估的研究迄今已有几十年的历史，先后经历了以实地监测为基础的现场调查阶段、以黑箱模型为基础的统计分析阶段、以过程模拟为基础的机理研究阶段。
[0003]在常用的评估方法中，现场调查是基于实测数据，并采用简单的评价指标对实测数据进行直接分析，从而得到某区域土壤污染状况的评估结论，这种方法简单直接，但投入资金大、时间长，且通常不具备预测功能；经验统计模型着重于构建土壤重金属污染及其各影响因素之间的经验统计关系，统计模型的优点在于应用简单、方便，适用于研究基础较好、调查和监测数据较多的区域，缺点在于对实测数据的依赖性很强，区域适用性较差，在缺乏资料的情况下很难应用；过程模型则主要基于重金属在土壤中的迁移和转化的基本理论，实现对土壤重金属污染的模拟和评估，但往往由于模型结构复杂、对输入数据和参数选取要求较高，预测效率和预测精度并不令人满意。
[0004]所以，需要一个新的技术方案来解决上述问题。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种快速评估土壤重金属污染程度的方法，能够快速高效的评估区域土壤重金属污染程度及分布情况，可为管理部门进行区域土壤污染防治宏观决策提供技术支持。
[0006]技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种快速评估土壤重金属污染程度的方法，包括如下步骤：
[0007]S1：数据收集及处理：
[0008]收集基础数据，基础数据包括影响因子数据，将影响因子数据进行处理形成多边形矢量图层；
[0009]S2：划分评估单元：
[0010]采用各矢量图层的叠加图层划分评估单元，将多边形矢量图层进行空间叠加，得到包含各影响因子数据属性的新的多边形图层，图层中每个多边形构成了一块图斑，各图层的数据信息被存储在图斑图及其属性表中，所有因子都相同的一块区域对应着图上的一个斑块，代表着一个有特定的地理含义的小区域，形成基本评估单元；
[0011]S3：属性数据导出及处理：
[0012]基于步骤S2确定的评估单元图层，导出图层用于存储数据的属性表，将收集或实
测的土壤重金属含量数据导入属性表中，要求重金属含量数据点位坐标对应在正确的图斑中；
[0013]S4：判别函数建立：
[0014]构建土壤重金属污染因子与污染程度之间的判别函数：已知部分图斑的土壤重金属含量数据(MC)，将MC按照土壤污染的程度划分为不同的污染等级即MI，然后通过统计学中的判别分析手段求出MI与影响因子之间的判别函数，再根据判别函数对未知MI的图斑进行判别，最终获得区域中全部图斑的MI值，MI为表征若干个评估单元(图斑)内土壤重金属相对污染程度的特征指标值，MC为土壤重金属含量的绝对数值；
[0015]S5：判别分析：
[0016]判别分析过程对于分为m类(即有m个MI值)的研究对象，分别建立m个判别函数，对于每个图斑进行判别时，首先把待测试的各变量(即影响因子)代入到判别函数，得出判别分数，从而确定图斑的污染程度属于哪一类，或者计算图斑属于各类的概率，从而判断其所属的类别，即可得到待评估图斑的MI值；
[0017]S6：根据图斑的MI值，输出评估结果。
[0018]进一步地，所述步骤S1中影响因子数据包括区域大气降尘、土地利用、土壤类型、地形的数据，所述基础数据还包括部分土壤重金属含量数据。数据收集可来自环保部门监测资料(如大气降尘长期监测数据、土壤重金属含量例行监测点位的监测数据)、土地管理部门的调查资料(如土地利用类型、土壤类型的调查资料)、国土部门的勘测资料(如数字地形高程资料)。
[0019]进一步地，所述步骤S1中影响因子数据的处理方法如下：
[0020]A1：数据提取：利用ArcGIS 10.3软件平台的表面分析工具，基于DEM数据获取坡度等地形因子；
[0021]A2：数据转换：若收集的数据为栅格图层，可通过ArcGIS 10.3软件平台将栅格图层转换为矢量图层，包括土壤重金属含量数据点状图层、土地利用面状图层、土壤类型面状图层、坡度面状图层、高程面状图层，矢量图层由大量边界相接、大小不一的图斑组成，数据处理过程中图层的信息被存储在图斑图及其属性表中，所有因子都相同的一块区域对应着一个斑块，例如在土壤类型图中，同一个图斑所代表的小区域具有相同的土壤类型。
[0022]进一步地，所述步骤S2中矢量图层的图层叠加的操作方法如下：将以上面状矢量图层作为输入图层，在ArcGIS 10.3中进行空间叠加(Intersect)，输入图层的图斑边界互相求交和切割，输出图层将根据切割的弧段重建拓扑关系，获得一张更为细碎的图斑矢量图，输出图层中某一个图斑所代表的小区域具有相同的土地利用类型、土壤类型、坡度和高程属性。
[0023]进一步地，所述步骤S3中的属性值导出及处理，操作方法如下：基于步骤S2确定的评估单元图层，在ArcGIS 10.3中导出其属性表，存储为.exl格式；将各点位的土壤重金属含量数据按照其坐标导入到对应的图斑属性表中，由此与该点位对应的图斑被赋予了重金属含量的属性值。
[0024]进一步地，所述步骤S4中MI指标的建立，其操作方法如下：将收集到的土壤重金属含量监测数据与该区域土壤重金属含量的背景值进行对比，将比值按照数值大小进行排列。
[0025]进一步地，所述步骤S4中比值0～1.2之间MI赋值为1级，代表几乎未受到人为污染；比值1.2～1.5MI赋值为2级，代表受到人为轻度污染，；比值1.5～1.7MI赋值为3，代表受到人为中度污染；比值1.7～2.0MI赋值为4，代表受到人为较重污染，；比值＞2.0MI赋值为5，代表受到人为重度污染。收集的土壤重金属监测数据数量应满足统计学需要，点位分布及数值大小应能体现该区域土壤重金属含量的总体特征。
[0026]进一步地，所述步骤S6中评估结果的输出方式为：将评估结果导入到图斑属性表中，在ARCGIS软件中显示为矢量图层，根据图斑的MI值，直观的显示区域土壤重金属污染程度的分布图。
[0027]实际上，对于区域宏观决策而言，并不致力于追求判断“精确”的土壤重金属含量，只要获取区域土壤重金属污染的大概程度及污染分布规律，就可以做出污染防治空间部署，判断何处污染严重应加强治理。因土壤重金属含量的空间分布情况主要受土壤类型、土地利用类型、地形、大气降尘等因素的影响，因此，可以认为以上影响因素相似的区域具有相似的土壤重金属污染特点，基于以上假设本专利技术提出一个新的、更高效的评估方法来实现上述目的，通过避开传统的评估“精确的”土壤重金属含量的思本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速评估土壤重金属污染程度的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：数据收集及处理：收集基础数据，基础数据包括影响因子数据，将影响因子数据进行处理形成多边形矢量图层；S2：划分评估单元：采用各矢量图层的叠加图层划分评估单元，将多边形矢量图层进行空间叠加，得到包含各影响因子数据属性的新的多边形图层，图层中每个多边形构成了一块图斑，各图层的数据信息被存储在图斑图及其属性表中，所有因子都相同的一块区域对应着图上的一个斑块，代表着一个有特定的地理含义的小区域，形成基本评估单元；S3：属性数据导出及处理：基于步骤S2确定的评估单元图层，导出图层用于存储数据的属性表，将收集或实测的土壤重金属含量数据导入属性表中，要求重金属含量数据点位坐标对应在正确的图斑中；S4：判别函数建立：已知部分图斑的土壤重金属含量数据(MC)，将MC按照土壤污染的程度划分为不同的污染等级即MI，然后通过统计学中的判别分析手段求出MI与影响因子之间的判别函数，MI为表征若干个评估单元(图斑)内土壤重金属相对污染程度的特征指标值，MC为土壤重金属含量的绝对数值；S5：判别分析：判别分析过程对于分为m类(即有m个MI值)的研究对象，分别建立m个判别函数，对于每个图斑进行判别时，首先把待测试的各变量代入到判别函数，得出判别分数，从而确定图斑的污染程度属于哪一类，或者计算图斑属于各类的概率，从而判断其所属的类别，即可得到待评估图斑的MI值；S6：根据图斑的MI值，输出评估结果。2.根据权利要求1所述的一种快速评估土壤重金属污染程度的方法，其特征在于，所述步骤S1中影响因子数据包括区域大气降尘、土地利用、土壤类型、地形的数据，所述基础数据还包括部分土壤重金属含量数据。3.根据权利要求1所述的一种快速评估土壤重金属污染程度的方法，其特征在于，所述步骤S1中影响因子数据的处理方法如下：A1：数据提取：利用表面分析工具，基于DEM数据获取地形因子；A2：数据转换：若收集的数据为栅格图层，将栅格图层转换为矢量图层，包括土...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晨，李秀霞，翁俊，
申请(专利权)人：南京信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：