成都理工大學 地球科學學院 豆敬翔 唐 斌
安徽省地質礦產勘查局 322地質隊 游 芳
基于GIS和污染指數法的土壤環(huán)境質量評價
——以甘孜藏族自治州東部為例
成都理工大學 地球科學學院 豆敬翔 唐 斌
安徽省地質礦產勘查局 322地質隊 游 芳
甘孜藏族自治州東部地處三江成礦帶和康滇成礦帶北段,是我國礦產資源勘查開發(fā)的九大熱點地區(qū)之一,將逐步發(fā)展為國家級大型礦業(yè)基地。礦區(qū)污染物的累積、遷移和轉化加劇了環(huán)境質量惡化,嚴重影響了土壤圈的良性物質循環(huán)和人類的生存環(huán)境。
國內大部分學者是基于實際采樣點數據探討土壤環(huán)境質量的空間分布特征,再對評價結果進行插值,模擬區(qū)域分布狀況。由于成本問題,實際采樣點一般較少,因而很難準確模擬區(qū)域分布狀況。本文,筆者采用區(qū)域地球化學數據,精度相對較高。
研究區(qū)位于甘孜藏族自治州東部,地處28°15′N~31°35′N,100°30′E~102°30′E。地形上大渡河和雅礱江兩岸河谷地帶屬于中高山區(qū)地表切割強烈;土壤類型多樣,河谷兩岸主要分布有棕壤和褐土,高原平坦地區(qū)主要分布有草氈土和黑氈土。
對土壤環(huán)境質量的評價方法多種多樣,主要有污染指數法、污染程度法,層次分析法、基準分級法、密切值法和模糊數學綜合評判法、灰色聚類法、人工神經網絡法等。本文,筆者以研究區(qū)1∶25萬區(qū)域地球化學數據為基礎,采用污染指數法和GIS空間分析技術,對研究區(qū)土壤的環(huán)境質量現狀進行評價。采取污染指數法進行研究區(qū)土壤環(huán)境質量評價時,參照中國土壤環(huán)境質量標準(GB15618 -1995)來確定此次研究的評價標準,根據綜合污染指數建立土壤質量級別劃分標準。
1.評價因子的選定。根據研究區(qū)礦產資源分布狀況和土壤類型,將土壤中的Cu,Pb,Zn,Cd,Hg,Cr,A,Ni元素作為評價土壤環(huán)境質量的因子。
(1)單污染指數.單污染指數表示某項單一因子對土壤環(huán)境質量影響的程度,該方法只用一個參數作為評價指標,可直接了解土壤質量狀況與評價標準之間的關系,它是綜合污染指數評價的基礎。其表達式為:
式(1)中,Pi表示污染物i的污染指數,Ci表示污染物i的實測濃度,Si表示污染物i的評價標準。若Pi<1,則表示未受污染物的i的污染;若Pi>1,則表示已遭受污染物的i的污染;Pi越大,表示受污染程度越重。
(2)綜合污染指數。綜合污染指數表示多項污染物對環(huán)境產生綜合影響的程度。它以單污染指數為基礎,通過各種數學關系綜合獲得。它兼顧了單因子污染指數的平均值和最高值,能較全面地反映環(huán)境質量,而且可以突出污染較重的污染物的作用。其表達式為:
式(2)中,P綜表示綜地表水綜合污染指數;Pimax表示各單項組分評分值Pi中的最大值;表示各單項組分評分值Pi中的平均值。
利用1∶25萬區(qū)域地球化學數據中的Cu,Pb,Z,Cd,Hg,Cr,As,Ni八個元素數據進行分析。具體分析在ArcGIS軟件中的ArcMap下實現。
1.轉換數據。將區(qū)域地球化學調查數據八個要素的矢量格式(shape)轉換成柵格格式(Gird),便于進行柵格分析。
2.計算單污染指數。利用ArcGIS的空間分析功能,在Spatial Analyst功能中的柵格計算器(RasterCalculator),參照式(1)和中國土壤環(huán)境質量標準(GB15618-1995)計算出各重金屬元素的單污染指數。
3.計算綜合污染指數。首先利用ArcGIS統(tǒng)計出八個單污染指數柵格圖層的最大值和平均值,具體利用 Local工具下的Cell Statistics功能,然后再利用柵格計算器結合式(2)計算土壤的綜合污染指數。
4.重分類綜合污染指數。按照土壤質量級別劃分標準,對計算出的土壤綜合污染指數結果重分類。
本文,筆者土壤環(huán)境質量評價采用區(qū)域地球化學數據,數據精度相對較高。單污染指數和綜合污染指數法結合GIS的空間分析可以精確的對區(qū)域土壤環(huán)境質量進行評價,分析了土壤環(huán)境質量分布特征,為以后區(qū)域土壤修復和治理提供依據。GIS技術在復雜的空間事物處理上越發(fā)顯得重要。