污染底泥及其污染物的數量化方法

污染底泥及其污染物的數量化方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及環境科學技術領域，特別設及一種污染底泥及其污染物的數量化方 法。
【背景技術】
[0002] 與"水下微地形"對應的是地面微地形，在景觀設計和園林工程、農田水利、農業± 壤等有關領域，其基本特征是空間尺度小、使用攝影測量數據、連續曲面表示局部微小地形 變化。
[0003] 微地形意味著地形精度的提高。從水下地形到水下微地形（即水下數字高程模 型），有W下幾方面的進步:數據源方面，水下定位精度、水深測量精度和觀測點密度的進 步;地形模型方面，更適合水下地形特征;模型表達方面，更好地與計算機圖形圖像、動畫、 傳輸等技術結合。
[0004] 根據技術類型，水下地形測量分傳統方法、聲納技術和遙感技術。傳統的水下地形 測量的主要任務是斷面測量，用地面控制點定位和水準測量，桿法或繩法測水深，制作斷面 圖，一般不生產水下曲面模型。
[0005] 近幾十年來，船載聲納技術觀測水下地形發展較快，其與GPS結合，能夠提供一系 列地形觀測點集(x，y，z)，與傳統斷面測量相比，觀測效率高，數據量大。運類設備包括單波 速回聲測深儀、多波束測深系統側掃聲納、水下多波束雷達、掃頻剖面測深儀等，加拿大BC (British Columbia)省是水下測量技術領先的地區，2009年，其環境部（Ministry of !Environment)頒布了湖泊調查水下地形測量標準（Bathymetric Standards For Lake Inventories)，明確、具體地規定了船載聲納設備的安裝、航線設計、觀測記錄、數據處理等 技術要求。但是所有聲納測深數據格式依然是離散點集，并非連續地形面。
[0006] 目前，運用遙感技術獲取水下地形的圖形圖像的研究和試驗很活躍，特別是機載 傳感器適用于大面積淺水地形觀測，但是對于較深的水體，最好的方法還是利用離散地形 數據點集生成連續地形曲面，即W離散點為主要數據源的水下數字地形模型。
[0007] 運用水下數字地形模型較多的是水文、泥沙、魚類生境(生境指生物的個體、種群 或群落生活地域的環境，包括必需的生存條件和其他對生物起作用的生態因素)模擬，逐漸 從一維模擬發展為二維、=維模擬。其中，模擬研究多采用規則網格模型，W便做空間分析。 模擬結果直接與水下地形模型的精度有關，對于給定的地形數據點集，數據處理和插值模 型決定水下數字地形模型的精度。水下數字地形模型在底泥清渺工程中已經被成功地運 用，例如，中國上海蘇州河清渺工程利用水下DEM計算清渺量，荷蘭制造的SILAS系統用于調 查和測量太湖湖底渺泥。面積較大的水體地形模型，往往采用不規則=角網模型，既能減少 數據冗余，也能較好表達特征地形。
[000引因此，水下微地形模型技術對環境科學和環境工程領域非常重要，應用潛力很大， 尤其在污染底泥的清渺過程中。然而現有技術中卻沒有對污染底泥及其污染物的數量及其 分布的地理信息系統數量化方法。

【發明內容】

[0009] 本發明的目的在于提供一種污染底泥及其污染物的數量化方法，W在環境科學領 域更好的利用水下數字地形模型技術。
[0010] 為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
[0011] -種污染底泥及其污染物的數量化方法，其包括W下步驟:a，獲得覆蓋給定水域 高程數據點：地理坐標系統下的X、Y和Z數據;b，根據所述覆蓋水域高程數據點建立水下數 字高程模型，并計算給定污染底泥厚度的污染底泥總體積;C，采集污染底泥柱樣;d，分析污 染底泥的含水率、容重和重金屬污染物含量;e，計算水域污染底泥中各種重金屬污染物總 量，污染底泥中第i種重金屬污染物總量為嫩1:嫩1=15￥*(1-11')地0*1(：1，其中^5￥是污染 底泥總體積，MT是污染底泥含水率，BD是污染底泥容重，MCi是污染底泥中第i種重金屬污染 物含量，i為正整數;f，把上述關于各種重金屬總量的分析數據疊加在水下數字高程模型 上，W可視化模擬水域污染底泥的污染物分布。
[0012] 優選地，在步驟a中，將單頻聲納測深儀安裝在移動載體上，設計航線，W獲得覆蓋 給定水域高程數據點。
[0013] 優選地，在步驟a中，還包括如下數據處理步驟:在所獲得的覆蓋給定水域高程數 據點的原始數據中，去掉重復點的數據點。
[0014] 優選地，在步驟a中，還包括如下數據處理步驟:在所獲得的覆蓋給定水域高程數 據點的原始數據中，去掉超過設定偏差的數據點。
[0015] 優選地，在步驟b中，在地理系統軟件平臺上，對包括所述覆蓋給定水域高程數據 點和河岸邊界線的矢量數據用異向克里金插值技術或地形轉柵格插值技術建立水下數字 高程模型，根據所述水下數字高程模型計算所述給定水域的污染底泥曲面面積，并計算給 定厚度的污染底泥總體積。
[0016] 優選地，如下式求給定水域的污染底泥總體積TSV: TSV = S X H，其中，S表示污染底 泥曲面面積，H表示給定的污染底泥厚度。
[0017] 優選地，通過ArcGIS 3D Analyst工具建立水下數字高程模型。
[0018] 優選地，在步驟C中，用沉積物采樣器采集所述污染底泥柱樣，在所述污染底泥的 厚度方向上對每個所述污染底泥柱樣分層。
[0019] 優選地，重金屬污染物包括43細、化、〇1、化邪和化中的一種或多種。
[0020] 分析可知，本發明具有W下有益的技術效果：
[0021] 多技術整合，將聲納探測、GIS和底泥樣品化學組成分析技術結合，實現基于水下 微地形模型（即水下數字高程模型）的污染底泥及其污染物的數量化模擬和計算的技術系 統。
[0022] 應用異向克里金插值(Anisotropic Kriging)技術或地形轉柵格插值技術建立水 下微地形模型，提高了模擬的準確性。
[0023] 模擬了河道污染底泥及其污染物的空間分布，使得污染底泥及其污染物的數量和 分布形象化，給清渺過程及科學研究提供了便利。
【具體實施方式】
[0024] 下面結合【具體實施方式】對本發明做進一步詳細說明。
[0025] 為了準確掌握河道等水域污染底泥的重金屬含量及分布，基于模擬污染底泥及其 污染物空間分布和數量計算技術，本發明提供一種污染底泥及其污染物的數量化方法，污 染底泥為給定水域的污染底泥，污染物為污染底泥中污染物，其可W為重金屬，此時稱為重 金屬污染物。
[0026] 在應用本發明時，可W參考按照W下步驟實施：
[0027] 獲得覆蓋給定水域高程數據點：地理坐標系統下的X、Y和Z數據，W用于建立水下 數字高程模型（即下述的水下微地形模型）。此處的給定水域可W為河道，在此W河道為例， 對該步驟進行詳細說明。獲得覆蓋全河段高程數據點方法較多，例如，可W把單頻聲納測深 儀(如化巧ing SHD-13D)安裝在小船上，設計航線，W獲得覆蓋全河段高程數據點，全河段 高程數據點即為全河道高程數據點。優選地，在獲得的原始數據中，去掉重復數據點，然后 再用于建立水下數字高程模型。為了進一步提高模型建立的準確性，在去掉重復數據點之 后，在建立水下數字高程模型之前，還去掉超過設定偏差的數據點。
[0028] 根據覆蓋水域高程數據點建立水下微地形模型，并計算給定厚度的污染底泥總體 積。在地理系統軟件平臺上，對包括覆蓋給定水域高程數據點和河岸邊界線的矢量數據用 異向克里金(Anisotropic Kriging)插值技術或地形轉柵格(Topo to Raster)插值技術建 立水下數字高程模型，根據水下數字高程模型計算給定水域的污染底泥曲面面積，然后計 算給定厚度的污染底泥總體積。河岸邊界線矢量數據可W通過實地測量獲得，還可W從給 定水域的主管部口獲得，本實施例不對此進行限定。地理系統軟件平臺可W為ArcGIS,建立 水下數字高程模型時可W通過ArcGIS 3D Analyst工具。求給定水域的污染底泥總體積TSV 時，可W參考如下公式：
[0029] TSV = SXH,其中，S表示污染底泥曲面面積，H表示給定的污染底泥厚度。給定的污 染底泥厚度由用戶根據實際需要設定。
[0030] 為了提高污染底泥曲面面積計算的準確度，根據給定水域的河道的斷面對給定水 域的河道類型進行劃分。然后根據給定水域的河道類型計算對應的污染底泥曲面面積，W 及對應的污染底泥體積，將所有河道類型的污染底泥體積進行求和即得污染底泥總體積。 給定水域的河道的斷面類型可W通過對給定水域的遙感圖像解譯和實地調查得知。
[0031] 應用時，對于河道斷面復雜的河道，可把河道分為u、v、u-v型分別計算，U型河道指 人工建造的垂直河岸;V型為天然河岸;U-V型是河岸一側為人工建造，另一側為天然。
[0032] W河道劃分為U型河道、V型河道和U-V型河道為例，對求給定水域的污染底泥總體 積TSV時，可W參考W下公式：
[0033] TSV = TSVu+TSVv 巧 SVuv。
[0034] 目陽型河道、V型河道和U-V型河道的污染底泥體積之和，其中，TSVu =河道2D面積