專利名稱：水體污染底泥生態(tài)疏浚范圍的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水體的治理和修復技術(shù)，尤其是以水質(zhì)改善和生態(tài)保護為目的的一種 水體污染底泥生態(tài)疏浚范圍的確定方法，適用于湖泊、水庫和沼澤等內(nèi)陸地表污染底泥。
背景技術(shù)：
疏浚是指從水體移去底部沉積物或底泥的施工操作。當用于湖泊并以水利為目的 時，就是清去淤積于河道入湖口、湖底突出地和湖岸帶的淤泥，使得出入湖水體通暢、庫容 變大、蓄水量增加；以港口治理為目的時，則在湖岸泊船處深挖或在湖泊航線上挖寬挖深。 另外也有為了建閘修壩等與航運和水利兼顧考慮目的對湖底進行的疏浚。但真正用于生態(tài) 環(huán)境目的疏浚則是近幾十年才得到應(yīng)用。湖泊生態(tài)疏浚是一項通過去除污染性底泥、控制 內(nèi)污染源來改善湖泊水環(huán)境質(zhì)量的工程類作業(yè)。在國內(nèi)外湖泊治理中，底泥疏浚自70年代初起，被開始用來去除表層污染含量高 的泥層、控制底泥釋放對湖泊水體的污染等目的。在疏浚進行較早的國家中，美日和西歐等 國就先后在日本的手賀沼、諏訪湖和霞浦湖(Ogiwara et al,1995 ；Nobuyoshi，1995)、美國 的伊利湖和安大略湖南部、瑞典的Trummen湖、荷蘭的凱特梅爾湖和Geerplas湖、匈牙利的 巴拉頓湖(Sebetich & Ferriero，1997)等湖泊開展了以改善湖泊水環(huán)境質(zhì)量為目的局部 或大規(guī)模的湖泊底泥疏浚工程。近20年來，我國為改善城市水體質(zhì)量或優(yōu)化人居環(huán)境，也 先后在北京六海、昆明滇池(草海)、巢湖(東、西部)、杭州西湖、南京玄武湖、無錫五里湖 等湖泊進行了較大規(guī)模的湖底清淤。實際上，在沒有對湖泊對象進行評估而提出疏浚的設(shè)想均是來自于主觀，而湖泊 是否能疏浚則應(yīng)是由客觀主體湖泊本身的性質(zhì)決定。因此，在對一個被認為污染的湖泊提 出疏浚計劃或?qū)嵤┓桨盖?，首先將會遇到“要不要疏浚”的決策問題。歐美及日本等國主要 根據(jù)底泥的污染程度來考慮，如日本早期疏浚的諏訪湖(1974)和印幡沼(1982)就是以表 層底泥總磷和總氮含量達到某閾值來決定是否疏浚。然而，該方法卻存有幾個明顯問題① 缺乏底泥污染評價標準。國際上除瑞典、美國等少數(shù)幾個國家有底泥(沉積物)質(zhì)量標準 外，包括我國在內(nèi)的絕大多數(shù)國家還沒有頒布此類標準，因此對底泥污染程度的確定實際 并無法操作。即使采用任意性也非常大，使得疏浚決策存在著巨大風險；②底泥內(nèi)源沒有考 慮。人們疏浚底泥的最主要目的是保護水體，而底泥對水體污染物含量增加的貢獻則主要 是通過底泥一水界面的內(nèi)源形式產(chǎn)生的。由于表層底泥污染物含量與相應(yīng)的內(nèi)源強度的關(guān) 系還未能找到確信的證據(jù)，因此對水體可產(chǎn)生直接影響的底泥內(nèi)源強度不應(yīng)該被排除在疏 浚決策指標之外；③底泥的生態(tài)危害風險沒有考慮。湖底沉積物界面是一個開放系統(tǒng)，底生 生物將會與界面接觸甚至對底泥進行攝食，必然接受其污染物(如重金屬)遷移的影響和 直接攝入體內(nèi)。雖然大部分底生生物(如高等水生植物、微生物和部分底棲生物)并非進 入人的生物鏈，但魚類和底棲的瓣腮類仍可作為水產(chǎn)品而使污染物進入乃至富集于人體， 從而對人以及底生生物構(gòu)成生態(tài)風險。由于這種風險有可能在生物體內(nèi)富集放大，在疏浚 決策中，也應(yīng)加以充分考慮。
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關(guān)于疏浚范圍的確定方法，國內(nèi)外至今未見有文獻公開，僅見有一些定性的要求。 如去除高污染物含量的底泥、避免或減少對底生生物的損害等等，幾乎不涉及定量的問題。 顯然，用于生態(tài)和環(huán)境保護的疏浚已在不同國家實施30多年，仍未形成能夠從形式上和步 驟上得到相對固定、專用于疏浚范圍確定的實用方法。由于湖泊疏浚的資金投入相對較高、對環(huán)境的人為干預較大，因此投入是否合理 正確，環(huán)境產(chǎn)出是否滿意，往往是決策者首要考慮的問題。在業(yè)已完成的湖泊底泥疏浚工程 反映，疏浚后的效果并不總是有效，而且疏浚面積越大，所需的費用就越高。建立一種對環(huán) 境產(chǎn)出相對高、生態(tài)影響相對小的科學方法來指導湖泊疏浚范圍的確定是極其重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的水體污染底泥生態(tài)疏浚范圍的確定方法，是從生態(tài)保護和污染治理 角度出發(fā)，基于底泥和水體營養(yǎng)鹽、重金屬及生物分布特征，將點狀實測數(shù)據(jù)通過插值獲取 空間上連續(xù)的屬性數(shù)據(jù)，并以所獲得的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過分級、數(shù)據(jù)標準化和加權(quán)取和獲得 綜合評判值后，對底泥疏浚范圍進行確定。本發(fā)明方法的技術(shù)內(nèi)容如下一種水體污染底泥生態(tài)疏浚范圍的確定方法，首先 對所涉及的水域進行空間網(wǎng)格劃分，基于網(wǎng)格單元設(shè)置采樣點，獲取表征采樣點底泥污染 水平的屬性信息。在排除無泥和水草高密度分布水域后，其它水域確定為需要進行疏浚判 別的水域。采用地理信息系統(tǒng)軟件對該水域的底泥屬性信息進行空間插值，使得屬性信息 覆蓋到該水域中未采樣的區(qū)域。對經(jīng)過空間差值的單個屬性信息按網(wǎng)格單元取其均值，按 事先對該屬性進行的分級標準(1-9級)對網(wǎng)格單元屬性均值進行分級取整；將分級取整后 的屬性信息進行0-1之間數(shù)值的無量綱標準化處理，獲得網(wǎng)格單元各屬性的評定系數(shù)；對 單個網(wǎng)格單元所有屬性的評定系數(shù)進行加權(quán)求和，得到該網(wǎng)格單元的綜合評估值。利用地 理信息軟件的自然斷裂方法將所有網(wǎng)格單元的綜合評估值分成四類，將同一類別網(wǎng)格單元 所涉及的水域進行歸并，產(chǎn)生四個不同的水域，按綜合評估值高低依次確定為推薦疏浚區(qū)、 規(guī)劃治理區(qū)、規(guī)劃保留區(qū)和規(guī)劃保護區(qū)，其中推薦疏浚區(qū)為本發(fā)明所確定的生態(tài)疏浚范圍。(1)空間網(wǎng)格劃分空間網(wǎng)格形狀為邊線分別與地球經(jīng)緯線平行的四邊形格子， 對水體空間的覆蓋由地理信息系統(tǒng)GIS完成，網(wǎng)格數(shù)依據(jù)水域面積大小確定
權(quán)利要求
一種水體污染底泥生態(tài)疏浚范圍的確定方法，其特征在于首先對水域進行空間網(wǎng)格劃分，基于網(wǎng)格單元設(shè)置采樣點，獲取表征采樣點底泥污染水平的屬性信息，在排除無泥和水草高密度分布水域后，其它水域確定為需要進行疏浚判別的水域；采用地理信息系統(tǒng)軟件對該水域的底泥屬性信息進行空間插值，使得屬性信息覆蓋到該水域中未采樣的區(qū)域，對經(jīng)過空間插值的單個屬性信息按網(wǎng)格單元取其均值，按事先對該屬性進行的1 9級分級標準對網(wǎng)格單元屬性均值進行分級取整，將分級取整后的屬性信息進行0 1之間數(shù)值的無量綱標準化處理，獲得網(wǎng)格單元各屬性的評定系數(shù)；對單個網(wǎng)格單元所有屬性的評定系數(shù)進行加權(quán)求和，得到該網(wǎng)格單元的綜合評估值；利用地理信息軟件的自然斷裂方法將所有網(wǎng)格單元的綜合評估值分成四類，將同一類別網(wǎng)格單元所涉及的水域進行歸并，產(chǎn)生四個不同的水域，按綜合評估值高低依次確定為推薦疏浚區(qū)、規(guī)劃治理區(qū)、規(guī)劃保留區(qū)和規(guī)劃保護區(qū)，其中推薦疏浚區(qū)為本發(fā)明所確定的生態(tài)疏浚范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述污染底泥生態(tài)疏浚范圍的確定方法，其特征在于(1)空間網(wǎng)格劃分空間網(wǎng)格形狀為邊線分別與地球經(jīng)緯線平行的四邊形格子，對水 體空間的覆蓋由地理信息系統(tǒng)GIS完成，網(wǎng)格數(shù)依據(jù)水域面積大小確定《(2)采樣點數(shù)量確定和設(shè)置基于水體面積進行采樣點數(shù)量確定采樣點數(shù)=INT(A1/2)+5+NA為水體面積(km2)，對于水體形態(tài)規(guī)整的水域，N為0，；對于河道型、多灣、多入流型的 復雜型水體，N =河道拐彎數(shù)+灣區(qū)數(shù)+入流河道數(shù)，其中INT (A172) +5個樣點在水面采用等 距分布；N個樣點設(shè)置在河道拐彎最顯處、灣頂區(qū)和入流河道中泓延長線水體一側(cè)，采樣點 距岸邊不小于IOOm ；(3)底泥污染水平的屬性信息表征包括底泥、水體和水生生物的相關(guān)特征信息，其 中底泥特征信息包括底泥營養(yǎng)物含量、底泥潛在生態(tài)危害、污染物質(zhì)活性、底泥物理性質(zhì) 和內(nèi)源靜態(tài)通量；水體特征信息包括水質(zhì)級別和水體營養(yǎng)水平，生物特征信息包括生物多 樣性、水生植物豐度和底棲動物豐度；(4)空間插值采用Arcview軟件的反距離權(quán)重法IDW進行；(5)底泥污染屬性信息分級標準依據(jù)單個屬性信息對生態(tài)疏浚決策的支持程度，從 相對性、等分和邊際效應(yīng)最大化原則，將該屬性信息轉(zhuǎn)化為1至9的整數(shù)；(6)標準化處理按成本型和效益型兩種方法中的一種對取整后的屬性信息進行0-1 間數(shù)值的無量綱處理，獲得評定系數(shù)。
全文摘要
水體污染底泥生態(tài)疏浚范圍的確定方法，對水域進行空間網(wǎng)格劃分、設(shè)置采樣點，獲取采樣點底泥污染水平屬性信息，在排除無需疏浚水域后，確定需要進行疏浚判別的水域，對該水域的底泥屬性信息進行空間插值，使得屬性信息覆蓋到未采樣的水域，對經(jīng)過空間差值的單個屬性信息按網(wǎng)格單元取其均值，對該屬性進行的分級，對網(wǎng)格單元屬性均值進行分級取整，將分級取整后的屬性信息進行0-1之間數(shù)值的無量綱標準化處理，獲得網(wǎng)格單元各屬性的評定系數(shù)；對單個網(wǎng)格單元所有屬性的評定系數(shù)進行加權(quán)求和，得到該網(wǎng)格單元的綜合評估值，利用地理信息軟件的自然斷裂方法將所有網(wǎng)格單元的綜合評估值分類，按綜合評估值高確定的推薦疏浚區(qū)為生態(tài)疏浚范圍。
文檔編號G06F19/00GK101962961SQ201010287880
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月20日
發(fā)明者范成新, 陳爽 申請人:中國科學院南京地理與湖泊研究所