基于GIS的黑河流域重金属分布特征及污染风险评估

摘要

近年来，随着人口的增加和社会经济高速的发展，黑河流域水环境面临着日益严重的污染问题，对黑河流域的社会经济发展造成一定影响。本文在2015年4月（平水期）、7月（丰水期）、12月（枯水期）黑河流域重金属因子采样调查的基础上，分析研究其时空分布特征;应用主成分分析法分析影响黑河流域水质的主要重金属因子及其影响程度;应用聚类分析和多维尺度对十个子流域进行分类排序;采用水质质量指数法和内梅罗综合污染指数法评估黑河流域重金属污染风险;基于黑河流域相关图件和水质重金属数据，结合GIS技术，运用克里金插值法以可视化的方式绘制水质时空分布和重金属污染风险图;利用对比分析的方式进行水质评价，研究水质重金属分布规律及识别污染关键区域和来源，旨为黑河流域水环境综合治理、保护与可持续发展提供基础数据和理论依据。本研究取得的主要成果如下:
　　(1)基于黑河流域重金属因子时空分布特征分析，表现出一定季节变化的规律，镉(Cd)、锌(Zn)基本在12月份均值较小，4和7月份相对较大。铅(Pb)、铬(Cr)、铜(Cu)、砷(As)基本在12月份较大，4月份和7月份相对较小。汞(Hg)基本上是在7月份值最大，4和12月份值较小，呈倒V型图像。Cd、Hg浓度在全流域呈现出递增变化趋势，Pb、Cr、Cu、Zn、As浓度自上游到下游变化趋势不大。重金属因子变化规律不仅与季节变化有关，而且与地域环境也有很大关系。
　　(2)基于主成分分析把各个时期重金属因子分成了几个主成分，前几个主成分基本上反映出全部的水质信息，评价了各个时期重金属因子的相关性。综合一年分析的结果，黑河重金属的因子排序为Hg＞Pb＞Cd＞Cu＞Zn＞Cr＞As，Hg、Cd、Pb、Cu、Zn在一年大部分时间都是黑河流域水质的主要影响因子，主要来自于流域中的工业废水、生活污水、农业污水、河底的矿物质、地下水的补给水和雨水径流溶解土壤中的无机盐类。
　　(3)聚类分析和多维尺度对2015年4月、7月、12月黑河十个子流域的分类排序结果基本相似，北大河、东居延海都分别归为一类，八宝河、黑河中游干流、额济纳河和张掖湿地被归为一类，山丹河归为一类，野牛沟、梨园河、红水河归类稍有偏差。一年中只存在个别的差异，这样的差异没有对与错之分，只是分析方法不同而形成的差异。把两者分类结果比较，两者结果相互补充和校正。
　　(4)水质质量指数和内梅罗综合污染指数污染风险评估结果基本一致，从季节变化趋势的来看，主要污染程度为12月份＞7月份＞4月份。从河流的沿程来看，黑河流域整体无污染，从上游至下游的综合污染整体呈现为逐渐上升趋势，其中黑河中游干流、北大河、额济纳河和东居延海具有一定的污染风险。
　　(5)对采集数据进行整理，利用GIS可视化真实反应水源水质重金属状况，可视化图制作过程精度可靠、简单实用、可视化效果好。通过图形的绘制，可以很清楚的看出十个子流域中7种重金属的分布情况及分布规律，可识别污染的关键区域，为黑河流域水环境综合治理、水资源保护与可持续利用提供基础数据和理论依据。

目录

声明

摘要

1．1研究背景

1．2河流重金属污染风险评估研究进展

1．3 GIS在重金属空间分布上的应用

1．4研究目的及意义

1．5研究区概况

1．5．1自然环境概况

1．5．2社会经济概况

1．6研究目标、研究内容和研究路线

1．6．1研究目标

1．6．2研究内容

1．6．3研究路线

第二章黑河流域水环境重金属时空分布特征研究

2．1材料与方法

2．1．1样点布设与采样时间

2．1．2水样采集与测定

2．1．3数据的来源

2．2结果与讨论

2．2．1 Cd时空分布特征

2．2．2 Pb时空分布特征

2．2．3 Cr时空分布特征

2．2．4 Cu时空分布特征

2．2．5 Zn时空分布特征

2．2．6 As时空分布特征

2．2．7 Hg时空分布特征

2．3小结

第三章基于主成分分析的黑河流域水环境重金属分析

3．1材料与方法

3．1．1主成分分析法

3．2结果与讨论

3．2．1 2015年4月黑河流域水环境重金属分析

3．2．1 2015年7月黑河流域水环境重金属分析

3．2．1 2015年12月黑河流域水环境重金属分析

3．3小结

第四章基于聚类分析和多维尺度排序的黑河重金属分析

4．1聚类分析

4．2多维尺度分析

4．3结果与讨论

4．3．1基于聚类分析的黑河流域重金属分析

4．3．2基于多维尺度的黑河流域重金属分析

4．4小结

第五章黑河流域重金属污染风险评估

5．1重金属风险评估

5．1．1水质质量指数法

5．1．2内梅罗综合污染指数法

5．2结果与讨论

5．2．1基于水质质量指数法的重金属污染风险评估

5．2．2基于内梅罗综合污染指数法的重金属污染风险评估

5．3小结

第六章基于GIS的黑河流域重金属分布特征与风险评估

6．1 GIS在重金属污染评价中的应用

6．2水质评价二维可视化主要方法理论

6．3结果与讨论

6．3．1基于GIS的黑河流域重金属浓度分布特征

6．2．2基于GIS的水质质量法重金属污染风险

6．2．3基于GIS的内梅罗综合污染指数法重金属污染风险

6．3小结

第七章结论和展望

7．1主要结论

7．2存在问题和不足

7．3展望

参考文献

致谢

个人简历