空間插值在地表水質分析與評價中的應用

摘 要：為了解礦區塌陷水體的污染情況，以潘集采煤塌陷水體為研究對象，通過ARCGIS軟件中的空間插值模塊，對潘集水體中的總氮、總磷進行插值分析，得到潘集塌陷水體總氮和總磷的最佳空間插值分布圖，并檢驗了插值預測精度。從插值圖中，分析得出總氮、總磷的最高質量濃度出現在泥河入口處，分別為13.373 mg/L和3.000 mg/L。建立了基于GIS的多因子綜合污染評價方法，并與模糊綜合評價法分別對塌陷水體進行評價，得出基于GIS的多因子綜合污染評價方法結果為5、4級；而模糊綜合評價法評價結果為五級。

關鍵詞：空間插值；塌陷水體；污染；綜合評價

中圖分類號：X524 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1098(2012)01-0043-07

收稿日期：2011-11-26

資金項目：淮南礦業集團2010年科學技術項目

作者簡介：賈俊(1986-)，男，安徽蕪湖人，在讀碩士，研究方向：水污染控制工程。

Application of Spatial Interpolation in Analysis and

Evaluation of Surface Water Quality

——A Case Study for Water in Subsidence in Panji Coal Mine

JIA Jun1， GAO Liang-min1， YIN Ling-li1， YAO Duo-xi1

LI Shou-qin2， CHEN Ping1， CHEN Yong-chun2

(1. School of Earth Science and Environmental Engineering，Anhui University of Science and Technology，Huainan Anhui 232001，China；2.State Key Lab of Mine Ecological Environment Protection of Huainan Coal Mining Group Corporation Ltd， Huainan Anhui 232001，China )

Abstract:The research object is water in subsidence in Panji Coal Mine. Water pollution in mining subsidence was analyzed. By using the module of spatial interpolation of the ARCGIS software， the best spatial interpolation distribution graph of total nitrogen and total phosphorus in water in subsidence in Panji Coal Mine were drawn out and the prediction precision by interpolation was tested. On the basis of interpolation graph， the highest mass concentration of total nitrogen and total phosphorus was obtained， which appear at the entrance to Nihe River， and seperatly were 13.373 mg / L and 3.000 mg / L. GIS-based multi-factor integrated pollution evaluation method was established. Seperately by using the method and fuzzy comprehensive evaluation method， water bodies in subsidence was evaluated. The obtained result by GIS-based multi-factor integrated pollution evaluation method shows the water quality is category 5 or 4， and by fuzzy comprehensive evaluation method is category 5.

Key words:Spatial interpolation; water in subsidence; pollution; comprehensive evaluation

空間插值常用于將離散點的測量數據轉換為連續的數據曲面，以便與其它空間現象的分布模式進行比較，它包括了空間內插和外推兩種算法。空間內插算法：通過已知點的數據推求同一區域未知點數據；空間外推算法：通過已知區域的數據，推求其它區域數據。

空間插值方法分為兩類：一類是確定性方法；另一類是地質統計學方法。確定性插值方法是基于信息點之間的相似程度或者整個曲面的光滑性來創建一個擬合曲面，比如反距離加權平均插值法(IDW)、趨勢面法、樣條函數法等；地質統計學插值方法是利用樣本點的統計規律，使樣本點之間的空間自相關性定量化，從而在待預測的點周圍構建樣本點的空間結構模型，比如克立格(Kriging)插值法。

隨著技術的發展，空間插值理論與地理信息系統(GIS)結合起來，其把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能，與一般的數據庫操作(例如查詢和統計分析等)集成在一起的優勢，使其得到迅猛的發展和廣泛的應用。例如，利用GIS中的空間插值分析模塊，研究了山東壽光蔬菜產地土壤重金屬空間分布特征，得到了8種重金屬Cu、Cd、Cr、Zn、Ni、Pb、As、Hg的空間分布圖［1］。

本次研究是以淮南潘集采煤塌陷水體為研究對象，利用ARCGIS92桌面版中Geostatistical Analyst分析模塊對塌陷水體中的總氮和總磷進行插值分析，并建立基于GIS的水質綜合污染評價模型，對塌陷水體進行綜合評價。

1 研究區概況

潘集地區位于淮南市北部，南瀕淮河，北臨茨淮新河，東與懷遠縣接壤，西與鳳臺縣毗鄰。整個潘集地區的煤礦開采地帶即潘集礦區位于潘集謝橋礦區的最東部，擁有潘一礦、潘二礦、潘三礦、潘北和朱集五個現代化礦井。現已投入生產的有潘一礦、潘二礦和潘三礦3對礦井。礦區地處淮河沖擊平原，地形平坦，淮河是鄰近本區的主要河流，并且礦區塌陷水域大多與淮河的支流泥河相連。泥河從本區西南方流過，由西北向東南經青年閘流入淮河，沿岸地勢低洼，雨季容易造成內澇。