本發(fā)明涉及污染評估，具體涉及一種重金屬污染土壤生態(tài)風險評估方法。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)化進程的加速和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化，土壤重金屬污染已成為全球面臨的一個嚴峻環(huán)境問題。重金屬污染不僅破壞土壤結(jié)構(gòu)，影響土壤功能，還可能通過食物鏈累積，對人類健康構(gòu)成威脅。因此，準確評估和有效治理土壤重金屬污染至關(guān)重要。

2、傳統(tǒng)的土壤重金屬污染評估方法多采用直接采樣分析，這種方法雖然能夠提供精確的污染濃度數(shù)據(jù)，但難以快速、全面地了解大范圍污染區(qū)域的生態(tài)風險分布情況。此外，由于土壤性質(zhì)的不均勻性，僅依靠離散點的采樣數(shù)據(jù)往往無法充分揭示污染在空間上的連續(xù)分布特征。

3、近年來，地理信息系統(tǒng)（gis）技術(shù)和地方統(tǒng)計方法在環(huán)境科學研究中的應用日益廣泛。通過建立待測區(qū)域的二維地圖，并將其網(wǎng)格化，可以在每個網(wǎng)格交點采集土壤樣本并檢測其ph值、通氣量和含水量等指標。這些指標能夠反映土壤的基本理化性質(zhì)，與重金屬污染程度密切相關(guān)。然而，如何將這些空間上分散的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為連續(xù)的污染風險分布圖，從而探索重金屬污染的軌跡，仍是一個技術(shù)挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種重金屬污染土壤生態(tài)風險評估方法，解決以下技術(shù)問題：

2、由于土壤性質(zhì)的不均勻性，僅依靠離散點的采樣數(shù)據(jù)往往無法充分揭示污染在空間上的連續(xù)分布特征。

3、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

4、一種重金屬污染土壤生態(tài)風險評估方法，包括以下步驟：

5、建立待測污染區(qū)域的二維地圖，將待測污染區(qū)域劃分為若干個網(wǎng)格，在每個網(wǎng)格交點的土壤中采集指標，所述指標包括土壤ph值、土壤通氣量和土壤含水量，基于優(yōu)劣解距離法計算每個網(wǎng)格交點的污染風險評分；

6、通過徑向基函數(shù)插值法在網(wǎng)格中進行污染風險評分插值數(shù)據(jù)擬合，生成插值點，獲取插值后的污染風險評分地圖，并基于二維數(shù)據(jù)地圖生成污染風險評分等值線圖；

7、選取等值線圖中數(shù)值最大的等值線，標記為初始等值線，并選取初始等值線相鄰的下一級等值線，從所述初始等值線中選定若干個網(wǎng)格交點作為待定起點，分別從每個待定起點出發(fā)向外圍作若干條直線，每條所述直線均至少與下一級等值線中的一點所在切線垂直，選取最長的垂線對應的待定起點和終點，分別標記為第一連接點和第二連接點，然后以第二連接點為起點，從第二連接點所在切線向相鄰的下一級等值線作垂線，同樣將最長的垂線對應的連接點標記為第三連接點，重復上述過程，直至連接至數(shù)值最低的等值線；

8、將所有的連接線進行連接，將獲得的線段集合標記為重金屬污染路徑，根據(jù)污染路徑中土壤ph值、土壤通氣量和土壤含水量的分布情況，采取對應的重金屬污染治理措施。

9、作為本發(fā)明進一步的方案：所述優(yōu)劣解距離法計算污染風險評分的過程為：

10、將土壤ph值、土壤通氣量和土壤含水量轉(zhuǎn)換為極大型指標，并通過標準化處理轉(zhuǎn)換為標準化指標，將網(wǎng)格交點和插值點統(tǒng)稱為坐標點，并進行排序，將序號為i的坐標點的第j個指標標記為xij，則該指標對應的標準化指標為zij；基于標準化指標zij構(gòu)建矩陣z：

11、；

12、計算矩陣中每個標準化指標與所屬指標類型最大值之間的歐氏距離di+，以及到所屬指標類型最小值z-的歐氏距離di-；計算序號為i的坐標點的初始評分，并對初始評分進行歸一化處理，則序號為i的坐標點的污染風險評分fi為：。

13、作為本發(fā)明進一步的方案：極大型指標和標準化指標的轉(zhuǎn)換過程為：

14、對于任一指標xij，則該指標對應的極大型指標為x’ij=max(x1j,x2j,...,xnj)-xij，其中i∈n，然后通過公式：

15、；

16、對每個極大型指標進行標準化處理，獲得標準化指標zij。

17、作為本發(fā)明進一步的方案：所述歐氏距離的計算過程為：

18、將任意類型標準化指標的最大值標記為zj+，最小值標記為zj-，則任意指標的歐式距離di+和di-的計算公式為：

19、，。

20、作為本發(fā)明進一步的方案：徑向基函數(shù)插值法進行數(shù)據(jù)擬合的過程為：

21、選取若干個網(wǎng)格交點作為核心節(jié)點，選擇線性徑向基函數(shù)作為核函數(shù)，公式為φ(r)?=?r，其中r表示插值目標點與任一核心節(jié)點的距離，每個核心節(jié)點均對應一個核函數(shù)，將插值目標點的坐標標記為（x，y），將任意一個核心節(jié)點的坐標標記為（xk，yk），則插值函數(shù)的公式為：

22、；

23、其中f(xy)表示插值目標點的預測評分，n表示核心節(jié)點的數(shù)量，w表示每個核心節(jié)點的權(quán)重，表示目標插值點與任意核心節(jié)點的歐氏距離。

24、作為本發(fā)明進一步的方案：當最長的垂線數(shù)量大于1條時，則分別以每個最長垂線向下一級等值線作連接線，直至連接至數(shù)值最低的等值線，將最長的連接線組成的單個路徑作為重金屬污染路徑。

25、作為本發(fā)明進一步的方案：每條等值線與相鄰的等值線之間的等值距相同，當?shù)戎稻€圖中存在多個中心等值線，且中心等值線之間的差值小于預設閾值，則分別從每個中心等值線作重金屬污染路徑。

26、作為本發(fā)明進一步的方案：所述土壤通氣量為單位時間和單位壓力下，通過單位體積的土壤的空氣體積的總量。

27、本發(fā)明的有益效果：

28、（1）本發(fā)明通過綜合考慮土壤ph值、通氣量和含水量等指標，這些指標反映了土壤的基本理化性質(zhì)，與重金屬污染程度緊密相關(guān)，通過優(yōu)劣解距離法計算污染風險評分，能夠客觀地反映每個網(wǎng)格交點的污染風險水平，然后利用徑向基函數(shù)插值法進行空間數(shù)據(jù)擬合，可以生成高精度的污染風險評分地圖；這種方法通過選取核心節(jié)點和合適的基函數(shù)，有效地擬合和預測了空間連續(xù)數(shù)據(jù)的分布情況，為后續(xù)的污染治理提供了可靠的數(shù)據(jù)支持；

29、（2）基于二維數(shù)據(jù)地圖生成的污染風險評分等值線圖，能夠直觀地展現(xiàn)重金屬污染在土壤中的分布情況，通過等值線的密集程度和形狀，可以清晰地識別污染的嚴重區(qū)域和擴散趨勢；通過系統(tǒng)的步驟確定了重金屬污染路徑，并根據(jù)污染路徑中土壤ph值、通氣量和含水量的分布情況，提出了相應的重金屬污染治理措施；這種方法不僅考慮了污染的分布范圍，還考慮了污染的傳輸途徑和影響因素。

技術(shù)特征：

1.一種重金屬污染土壤生態(tài)風險評估方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重金屬污染土壤生態(tài)風險評估方法，其特征在于，所述優(yōu)劣解距離法計算污染風險評分的過程為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種重金屬污染土壤生態(tài)風險評估方法，其特征在于，極大型指標和標準化指標的轉(zhuǎn)換過程為：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種重金屬污染土壤生態(tài)風險評估方法，其特征在于，所述歐氏距離的計算過程為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重金屬污染土壤生態(tài)風險評估方法，其特征在于，徑向基函數(shù)插值法進行數(shù)據(jù)擬合的過程為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重金屬污染土壤生態(tài)風險評估方法，其特征在于，當最長的垂線數(shù)量大于1條時，則分別以每個最長垂線向下一級等值線作連接線，直至連接至數(shù)值最低的等值線，將最長的連接線組成的單個路徑作為重金屬污染路徑。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重金屬污染土壤生態(tài)風險評估方法，其特征在于，每條等值線與相鄰的等值線之間的等值距相同，當?shù)戎稻€圖中存在多個中心等值線，且中心等值線之間的差值小于預設閾值，則分別從每個中心等值線作重金屬污染路徑。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重金屬污染土壤生態(tài)風險評估方法，其特征在于，所述土壤通氣量為單位時間和單位壓力下，通過單位體積的土壤的空氣體積的總量。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種重金屬污染土壤生態(tài)風險評估方法，屬于污染評估技術(shù)領域，具體包括：將待測污染區(qū)域劃分為若干個網(wǎng)格，在每個網(wǎng)格交點的土壤中采集指標，計算每個網(wǎng)格交點的污染風險評分；通過徑向基函數(shù)插值法在網(wǎng)格中進行插值數(shù)據(jù)擬合，生成污染風險評分地圖等值線圖；選取等值線圖中數(shù)值最大的等值線，標記為初始等值線，并確定起始連接點，依次搜尋下一級等值線中與當前等值線起始連接點距離最長的終點連接點，將所有的連接線進行連接，將獲得的線段集合標記為重金屬污染路徑，根據(jù)污染路徑中土壤pH值、土壤通氣量和土壤含水量的分布情況，采取對應的重金屬污染治理措施；本發(fā)明實現(xiàn)了清晰識別污染的嚴重區(qū)域和擴散趨勢。

技術(shù)研發(fā)人員：劉波,黃志宏,趙沖,左斯琪,劉佳怡,吳世宇,胡勇,杜楓
受保護的技術(shù)使用者：湖北省理化分析測試中心有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2