专利名称：水体污染底泥生态疏浚范围的确定方法
技术领域：
本发明涉及水体的治理和修复技术，尤其是以水质改善和生态保护为目的的一种 水体污染底泥生态疏浚范围的确定方法，适用于湖泊、水库和沼泽等内陆地表污染底泥。
背景技术：
疏浚是指从水体移去底部沉积物或底泥的施工操作。当用于湖泊并以水利为目的 时，就是清去淤积于河道入湖口、湖底突出地和湖岸带的淤泥，使得出入湖水体通畅、库容 变大、蓄水量增加；以港口治理为目的时，则在湖岸泊船处深挖或在湖泊航线上挖宽挖深。 另外也有为了建闸修坝等与航运和水利兼顾考虑目的对湖底进行的疏浚。但真正用于生态 环境目的疏浚则是近几十年才得到应用。湖泊生态疏浚是一项通过去除污染性底泥、控制 内污染源来改善湖泊水环境质量的工程类作业。在国内外湖泊治理中，底泥疏浚自70年代初起，被开始用来去除表层污染含量高 的泥层、控制底泥释放对湖泊水体的污染等目的。在疏浚进行较早的国家中，美日和西欧等 国就先后在日本的手贺沼、诹访湖和霞浦湖(Ogiwara et al,1995 ；Nobuyoshi，1995)、美国 的伊利湖和安大略湖南部、瑞典的Trummen湖、荷兰的凯特梅尔湖和Geerplas湖、匈牙利的 巴拉顿湖(Sebetich & Ferriero，1997)等湖泊开展了以改善湖泊水环境质量为目的局部 或大规模的湖泊底泥疏浚工程。近20年来，我国为改善城市水体质量或优化人居环境，也 先后在北京六海、昆明滇池(草海)、巢湖(东、西部)、杭州西湖、南京玄武湖、无锡五里湖 等湖泊进行了较大规模的湖底清淤。实际上，在没有对湖泊对象进行评估而提出疏浚的设想均是来自于主观，而湖泊 是否能疏浚则应是由客观主体湖泊本身的性质决定。因此，在对一个被认为污染的湖泊提 出疏浚计划或实施方案前，首先将会遇到“要不要疏浚”的决策问题。欧美及日本等国主要 根据底泥的污染程度来考虑，如日本早期疏浚的诹访湖(1974)和印幡沼(1982)就是以表 层底泥总磷和总氮含量达到某阈值来决定是否疏浚。然而，该方法却存有几个明显问题① 缺乏底泥污染评价标准。国际上除瑞典、美国等少数几个国家有底泥(沉积物)质量标准 外，包括我国在内的绝大多数国家还没有颁布此类标准，因此对底泥污染程度的确定实际 并无法操作。即使采用任意性也非常大，使得疏浚决策存在着巨大风险；②底泥内源没有考 虑。人们疏浚底泥的最主要目的是保护水体，而底泥对水体污染物含量增加的贡献则主要 是通过底泥一水界面的内源形式产生的。由于表层底泥污染物含量与相应的内源强度的关 系还未能找到确信的证据，因此对水体可产生直接影响的底泥内源强度不应该被排除在疏 浚决策指标之外；③底泥的生态危害风险没有考虑。湖底沉积物界面是一个开放系统，底生 生物将会与界面接触甚至对底泥进行摄食，必然接受其污染物(如重金属)迁移的影响和 直接摄入体内。虽然大部分底生生物(如高等水生植物、微生物和部分底栖生物)并非进 入人的生物链，但鱼类和底栖的瓣腮类仍可作为水产品而使污染物进入乃至富集于人体， 从而对人以及底生生物构成生态风险。由于这种风险有可能在生物体内富集放大，在疏浚 决策中，也应加以充分考虑。
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关于疏浚范围的确定方法，国内外至今未见有文献公开，仅见有一些定性的要求。 如去除高污染物含量的底泥、避免或减少对底生生物的损害等等，几乎不涉及定量的问题。 显然，用于生态和环境保护的疏浚已在不同国家实施30多年，仍未形成能够从形式上和步 骤上得到相对固定、专用于疏浚范围确定的实用方法。由于湖泊疏浚的资金投入相对较高、对环境的人为干预较大，因此投入是否合理 正确，环境产出是否满意，往往是决策者首要考虑的问题。在业已完成的湖泊底泥疏浚工程 反映，疏浚后的效果并不总是有效，而且疏浚面积越大，所需的费用就越高。建立一种对环 境产出相对高、生态影响相对小的科学方法来指导湖泊疏浚范围的确定是极其重要的。
发明内容
本发明提出的水体污染底泥生态疏浚范围的确定方法，是从生态保护和污染治理 角度出发，基于底泥和水体营养盐、重金属及生物分布特征，将点状实测数据通过插值获取 空间上连续的属性数据，并以所获得的数据为基础，通过分级、数据标准化和加权取和获得 综合评判值后，对底泥疏浚范围进行确定。本发明方法的技术内容如下一种水体污染底泥生态疏浚范围的确定方法，首先 对所涉及的水域进行空间网格划分，基于网格单元设置采样点，获取表征采样点底泥污染 水平的属性信息。在排除无泥和水草高密度分布水域后，其它水域确定为需要进行疏浚判 别的水域。采用地理信息系统软件对该水域的底泥属性信息进行空间插值，使得属性信息 覆盖到该水域中未采样的区域。对经过空间差值的单个属性信息按网格单元取其均值，按 事先对该属性进行的分级标准(1-9级)对网格单元属性均值进行分级取整；将分级取整后 的属性信息进行0-1之间数值的无量纲标准化处理，获得网格单元各属性的评定系数；对 单个网格单元所有属性的评定系数进行加权求和，得到该网格单元的综合评估值。利用地 理信息软件的自然断裂方法将所有网格单元的综合评估值分成四类，将同一类别网格单元 所涉及的水域进行归并，产生四个不同的水域，按综合评估值高低依次确定为推荐疏浚区、 规划治理区、规划保留区和规划保护区，其中推荐疏浚区为本发明所确定的生态疏浚范围。(1)空间网格划分空间网格形状为边线分别与地球经纬线平行的四边形格子， 对水体空间的覆盖由地理信息系统GIS完成，网格数依据水域面积大小确定
权利要求
一种水体污染底泥生态疏浚范围的确定方法，其特征在于首先对水域进行空间网格划分，基于网格单元设置采样点，获取表征采样点底泥污染水平的属性信息，在排除无泥和水草高密度分布水域后，其它水域确定为需要进行疏浚判别的水域；采用地理信息系统软件对该水域的底泥属性信息进行空间插值，使得属性信息覆盖到该水域中未采样的区域，对经过空间插值的单个属性信息按网格单元取其均值，按事先对该属性进行的1 9级分级标准对网格单元属性均值进行分级取整，将分级取整后的属性信息进行0 1之间数值的无量纲标准化处理，获得网格单元各属性的评定系数；对单个网格单元所有属性的评定系数进行加权求和，得到该网格单元的综合评估值；利用地理信息软件的自然断裂方法将所有网格单元的综合评估值分成四类，将同一类别网格单元所涉及的水域进行归并，产生四个不同的水域，按综合评估值高低依次确定为推荐疏浚区、规划治理区、规划保留区和规划保护区，其中推荐疏浚区为本发明所确定的生态疏浚范围。
2.根据权利要求1所述污染底泥生态疏浚范围的确定方法，其特征在于(1)空间网格划分空间网格形状为边线分别与地球经纬线平行的四边形格子，对水 体空间的覆盖由地理信息系统GIS完成，网格数依据水域面积大小确定《(2)采样点数量确定和设置基于水体面积进行采样点数量确定采样点数=INT(A1/2)+5+NA为水体面积(km2)，对于水体形态规整的水域，N为0，；对于河道型、多湾、多入流型的 复杂型水体，N =河道拐弯数+湾区数+入流河道数，其中INT (A172) +5个样点在水面采用等 距分布；N个样点设置在河道拐弯最显处、湾顶区和入流河道中泓延长线水体一侧，采样点 距岸边不小于IOOm ；(3)底泥污染水平的属性信息表征包括底泥、水体和水生生物的相关特征信息，其 中底泥特征信息包括底泥营养物含量、底泥潜在生态危害、污染物质活性、底泥物理性质 和内源静态通量；水体特征信息包括水质级别和水体营养水平，生物特征信息包括生物多 样性、水生植物丰度和底栖动物丰度；(4)空间插值采用Arcview软件的反距离权重法IDW进行；(5)底泥污染属性信息分级标准依据单个属性信息对生态疏浚决策的支持程度，从 相对性、等分和边际效应最大化原则，将该属性信息转化为1至9的整数；(6)标准化处理按成本型和效益型两种方法中的一种对取整后的属性信息进行0-1 间数值的无量纲处理，获得评定系数。
全文摘要
水体污染底泥生态疏浚范围的确定方法，对水域进行空间网格划分、设置采样点，获取采样点底泥污染水平属性信息，在排除无需疏浚水域后，确定需要进行疏浚判别的水域，对该水域的底泥属性信息进行空间插值，使得属性信息覆盖到未采样的水域，对经过空间差值的单个属性信息按网格单元取其均值，对该属性进行的分级，对网格单元属性均值进行分级取整，将分级取整后的属性信息进行0-1之间数值的无量纲标准化处理，获得网格单元各属性的评定系数；对单个网格单元所有属性的评定系数进行加权求和，得到该网格单元的综合评估值，利用地理信息软件的自然断裂方法将所有网格单元的综合评估值分类，按综合评估值高确定的推荐疏浚区为生态疏浚范围。
文档编号G06F19/00GK101962961SQ201010287880
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月20日 优先权日2010年9月20日
发明者范成新, 陈爽 申请人:中国科学院南京地理与湖泊研究所