污染底泥及其污染物的数量化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及环境科学技术领域，特别设及一种污染底泥及其污染物的数量化方 法。
【背景技术】
[0002] 与"水下微地形"对应的是地面微地形，在景观设计和园林工程、农田水利、农业± 壤等有关领域，其基本特征是空间尺度小、使用摄影测量数据、连续曲面表示局部微小地形 变化。
[0003] 微地形意味着地形精度的提高。从水下地形到水下微地形（即水下数字高程模 型），有W下几方面的进步:数据源方面，水下定位精度、水深测量精度和观测点密度的进 步;地形模型方面，更适合水下地形特征;模型表达方面，更好地与计算机图形图像、动画、 传输等技术结合。
[0004] 根据技术类型，水下地形测量分传统方法、声纳技术和遥感技术。传统的水下地形 测量的主要任务是断面测量，用地面控制点定位和水准测量，杆法或绳法测水深，制作断面 图，一般不生产水下曲面模型。
[0005] 近几十年来，船载声纳技术观测水下地形发展较快，其与GPS结合，能够提供一系 列地形观测点集(x，y，z)，与传统断面测量相比，观测效率高，数据量大。运类设备包括单波 速回声测深仪、多波束测深系统侧扫声纳、水下多波束雷达、扫频剖面测深仪等，加拿大BC (British Columbia)省是水下测量技术领先的地区，2009年，其环境部（Ministry of !Environment)颁布了湖泊调查水下地形测量标准（Bathymetric Standards For Lake Inventories)，明确、具体地规定了船载声纳设备的安装、航线设计、观测记录、数据处理等 技术要求。但是所有声纳测深数据格式依然是离散点集，并非连续地形面。
[0006] 目前，运用遥感技术获取水下地形的图形图像的研究和试验很活跃，特别是机载 传感器适用于大面积浅水地形观测，但是对于较深的水体，最好的方法还是利用离散地形 数据点集生成连续地形曲面，即W离散点为主要数据源的水下数字地形模型。
[0007] 运用水下数字地形模型较多的是水文、泥沙、鱼类生境(生境指生物的个体、种群 或群落生活地域的环境，包括必需的生存条件和其他对生物起作用的生态因素)模拟，逐渐 从一维模拟发展为二维、=维模拟。其中，模拟研究多采用规则网格模型，W便做空间分析。 模拟结果直接与水下地形模型的精度有关，对于给定的地形数据点集，数据处理和插值模 型决定水下数字地形模型的精度。水下数字地形模型在底泥清渺工程中已经被成功地运 用，例如，中国上海苏州河清渺工程利用水下DEM计算清渺量，荷兰制造的SILAS系统用于调 查和测量太湖湖底渺泥。面积较大的水体地形模型，往往采用不规则=角网模型，既能减少 数据冗余，也能较好表达特征地形。
[000引因此，水下微地形模型技术对环境科学和环境工程领域非常重要，应用潜力很大， 尤其在污染底泥的清渺过程中。然而现有技术中却没有对污染底泥及其污染物的数量及其 分布的地理信息系统数量化方法。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于提供一种污染底泥及其污染物的数量化方法，W在环境科学领 域更好的利用水下数字地形模型技术。
[0010] 为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0011] -种污染底泥及其污染物的数量化方法，其包括W下步骤:a，获得覆盖给定水域 高程数据点：地理坐标系统下的X、Y和Z数据;b，根据所述覆盖水域高程数据点建立水下数 字高程模型，并计算给定污染底泥厚度的污染底泥总体积;C，采集污染底泥柱样;d，分析污 染底泥的含水率、容重和重金属污染物含量;e，计算水域污染底泥中各种重金属污染物总 量，污染底泥中第i种重金属污染物总量为嫩1:嫩1=15￥*(1-11')地0*1(：1，其中^5￥是污染 底泥总体积，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种重金属污染 物含量，i为正整数;f，把上述关于各种重金属总量的分析数据叠加在水下数字高程模型 上，W可视化模拟水域污染底泥的污染物分布。
[0012] 优选地，在步骤a中，将单频声纳测深仪安装在移动载体上，设计航线，W获得覆盖 给定水域高程数据点。
[0013] 优选地，在步骤a中，还包括如下数据处理步骤:在所获得的覆盖给定水域高程数 据点的原始数据中，去掉重复点的数据点。
[0014] 优选地，在步骤a中，还包括如下数据处理步骤:在所获得的覆盖给定水域高程数 据点的原始数据中，去掉超过设定偏差的数据点。
[0015] 优选地，在步骤b中，在地理系统软件平台上，对包括所述覆盖给定水域高程数据 点和河岸边界线的矢量数据用异向克里金插值技术或地形转栅格插值技术建立水下数字 高程模型，根据所述水下数字高程模型计算所述给定水域的污染底泥曲面面积，并计算给 定厚度的污染底泥总体积。
[0016] 优选地，如下式求给定水域的污染底泥总体积TSV: TSV = S X H，其中，S表示污染底 泥曲面面积，H表示给定的污染底泥厚度。
[0017] 优选地，通过ArcGIS 3D Analyst工具建立水下数字高程模型。
[0018] 优选地，在步骤C中，用沉积物采样器采集所述污染底泥柱样，在所述污染底泥的 厚度方向上对每个所述污染底泥柱样分层。
[0019] 优选地，重金属污染物包括43細、化、〇1、化邪和化中的一种或多种。
[0020] 分析可知，本发明具有W下有益的技术效果：
[0021] 多技术整合，将声纳探测、GIS和底泥样品化学组成分析技术结合，实现基于水下 微地形模型（即水下数字高程模型）的污染底泥及其污染物的数量化模拟和计算的技术系 统。
[0022] 应用异向克里金插值(Anisotropic Kriging)技术或地形转栅格插值技术建立水 下微地形模型，提高了模拟的准确性。
[0023] 模拟了河道污染底泥及其污染物的空间分布，使得污染底泥及其污染物的数量和 分布形象化，给清渺过程及科学研究提供了便利。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合【具体实施方式】对本发明做进一步详细说明。
[0025] 为了准确掌握河道等水域污染底泥的重金属含量及分布，基于模拟污染底泥及其 污染物空间分布和数量计算技术，本发明提供一种污染底泥及其污染物的数量化方法，污 染底泥为给定水域的污染底泥，污染物为污染底泥中污染物，其可W为重金属，此时称为重 金属污染物。
[0026] 在应用本发明时，可W参考按照W下步骤实施：
[0027] 获得覆盖给定水域高程数据点：地理坐标系统下的X、Y和Z数据，W用于建立水下 数字高程模型（即下述的水下微地形模型）。此处的给定水域可W为河道，在此W河道为例， 对该步骤进行详细说明。获得覆盖全河段高程数据点方法较多，例如，可W把单频声纳测深 仪(如化巧ing SHD-13D)安装在小船上，设计航线，W获得覆盖全河段高程数据点，全河段 高程数据点即为全河道高程数据点。优选地，在获得的原始数据中，去掉重复数据点，然后 再用于建立水下数字高程模型。为了进一步提高模型建立的准确性，在去掉重复数据点之 后，在建立水下数字高程模型之前，还去掉超过设定偏差的数据点。
[0028] 根据覆盖水域高程数据点建立水下微地形模型，并计算给定厚度的污染底泥总体 积。在地理系统软件平台上，对包括覆盖给定水域高程数据点和河岸边界线的矢量数据用 异向克里金(Anisotropic Kriging)插值技术或地形转栅格(Topo to Raster)插值技术建 立水下数字高程模型，根据水下数字高程模型计算给定水域的污染底泥曲面面积，然后计 算给定厚度的污染底泥总体积。河岸边界线矢量数据可W通过实地测量获得，还可W从给 定水域的主管部口获得，本实施例不对此进行限定。地理系统软件平台可W为ArcGIS,建立 水下数字高程模型时可W通过ArcGIS 3D Analyst工具。求给定水域的污染底泥总体积TSV 时，可W参考如下公式：
[0029] TSV = SXH,其中，S表示污染底泥曲面面积，H表示给定的污染底泥厚度。给定的污 染底泥厚度由用户根据实际需要设定。
[0030] 为了提高污染底泥曲面面积计算的准确度，根据给定水域的河道的断面对给定水 域的河道类型进行划分。然后根据给定水域的河道类型计算对应的污染底泥曲面面积，W 及对应的污染底泥体积，将所有河道类型的污染底泥体积进行求和即得污染底泥总体积。 给定水域的河道的断面类型可W通过对给定水域的遥感图像解译和实地调查得知。
[0031] 应用时，对于河道断面复杂的河道，可把河道分为u、v、u-v型分别计算，U型河道指 人工建造的垂直河岸;V型为天然河岸;U-V型是河岸一侧为人工建造，另一侧为天然。
[0032] W河道划分为U型河道、V型河道和U-V型河道为例，对求给定水域的污染底泥总体 积TSV时，可W参考W下公式：
[0033] TSV = TSVu+TSVv 巧 SVuv。
[0034] 目阳型河道、V型河道和U-V型河道的污染底泥体积之和，其中，TSVu =河道2D面积