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摘 要：为了解矿区塌陷水体的污染情况，以潘集采煤塌陷水体为研究对象，通过ARCGIS软件中的空间插值模块，对潘集水体中的总氮、总磷进行插值分析，得到潘集塌陷水体总氮和总磷的最佳空间插值分布图，并检验了插值预测精度。从插值图中，分析得出总氮、总磷的最高质量浓度出现在泥河入口处，分别为13.373 mg/L和3.000 mg/L。建立了基于GIS的多因子综合污染评价方法，并与模糊综合评价法分别对塌陷水体进行评价，得出基于GIS的多因子综合污染评价方法结果为5、4级；而模糊综合评价法评价结果为五级。
关键词：空间插值；塌陷水体；污染；综合评价
中图分类号：X524 文献标识码：A 文章编号：1672-1098(2012)01-0043-07
收稿日期：2011-11-26
资金项目：淮南矿业集团2010年科学技术项目
作者简介：贾俊(1986-)，男，安徽芜湖人，在读硕士，研究方向：水污染控制工程。
Application of Spatial Interpolation in Analysis and
Evaluation of Surface Water Quality
——A Case Study for Water in Subsidence in Panji Coal Mine
JIA Jun1, GAO Liang-min1, YIN Ling-li1, YAO Duo-xi1
LI Shou-qin2, CHEN Ping1, CHEN Yong-chun2
(1. School of Earth Science and Environmental Engineering，Anhui University of Science and Technology，Huainan Anhui 232001,China；2.State Key Lab of Mine Ecological Environment Protection of Huainan Coal Mining Group Corporation Ltd, Huainan Anhui 232001,China )
Abstract:The research object is water in subsidence in Panji Coal Mine. Water pollution in mining subsidence was analyzed. By using the module of spatial interpolation of the ARCGIS software, the best spatial interpolation distribution graph of total nitrogen and total phosphorus in water in subsidence in Panji Coal Mine were drawn out and the prediction precision by interpolation was tested. On the basis of interpolation graph, the highest mass concentration of total nitrogen and total phosphorus was obtained, which appear at the entrance to Nihe River, and seperatly were 13.373 mg / L and 3.000 mg / L. GIS-based multi-factor integrated pollution evaluation method was established. Seperately by using the method and fuzzy comprehensive evaluation method, water bodies in subsidence was evaluated. The obtained result by GIS-based multi-factor integrated pollution evaluation method shows the water quality is category 5 or 4, and by fuzzy comprehensive evaluation method is category 5.
Key words:Spatial interpolation; water in subsidence; pollution; comprehensive evaluation
空间插值常用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面，以便与其它空间现象的分布模式进行比较，它包括了空间内插和外推两种算法。空间内插算法：通过已知点的数据推求同一区域未知点数据；空间外推算法：通过已知区域的数据，推求其它区域数据。
空间插值方法分为两类：一类是确定性方法；另一类是地质统计学方法。确定性插值方法是基于信息点之间的相似程度或者整个曲面的光滑性来创建一个拟合曲面，比如反距离加权平均插值法(IDW)、趋势面法、样条函数法等；地质统计学插值方法是利用样本点的统计规律，使样本点之间的空间自相关性定量化，从而在待预测的点周围构建样本点的空间结构模型，比如克立格(Kriging)插值法。
随着技术的发展，空间插值理论与地理信息系统(GIS)结合起来，其把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能，与一般的数据库操作(例如查询和统计分析等)集成在一起的优势，使其得到迅猛的发展和广泛的应用。例如，利用GIS中的空间插值分析模块，研究了山东寿光蔬菜产地土壤重金属空间分布特征，得到了8种重金属Cu、Cd、Cr、Zn、Ni、Pb、As、Hg的空间分布图［1］。
本次研究是以淮南潘集采煤塌陷水体为研究对象，利用ARCGIS92桌面版中Geostatistical Analyst分析模块对塌陷水体中的总氮和总磷进行插值分析，并建立基于GIS的水质综合污染评价模型，对塌陷水体进行综合评价。
1 研究区概况
潘集地区位于淮南市北部，南濒淮河，北临茨淮新河，东与怀远县接壤，西与凤台县毗邻。整个潘集地区的煤矿开采地带即潘集矿区位于潘集谢桥矿区的最东部，拥有潘一矿、潘二矿、潘三矿、潘北和朱集五个现代化矿井。现已投入生产的有潘一矿、潘二矿和潘三矿3对矿井。矿区地处淮河冲击平原，地形平坦，淮河是邻近本区的主要河流，并且矿区塌陷水域大多与淮河的支流泥河相连。泥河从本区西南方流过，由西北向东南经青年闸流入淮河，沿岸地势低洼，雨季容易造成内涝。
关键词：空间插值；塌陷水体；污染；综合评价
中图分类号：X524 文献标识码：A 文章编号：1672-1098(2012)01-0043-07
收稿日期：2011-11-26
资金项目：淮南矿业集团2010年科学技术项目
作者简介：贾俊(1986-)，男，安徽芜湖人，在读硕士，研究方向：水污染控制工程。
Application of Spatial Interpolation in Analysis and
Evaluation of Surface Water Quality
——A Case Study for Water in Subsidence in Panji Coal Mine
JIA Jun1, GAO Liang-min1, YIN Ling-li1, YAO Duo-xi1
LI Shou-qin2, CHEN Ping1, CHEN Yong-chun2
(1. School of Earth Science and Environmental Engineering，Anhui University of Science and Technology，Huainan Anhui 232001,China；2.State Key Lab of Mine Ecological Environment Protection of Huainan Coal Mining Group Corporation Ltd, Huainan Anhui 232001,China )
Abstract:The research object is water in subsidence in Panji Coal Mine. Water pollution in mining subsidence was analyzed. By using the module of spatial interpolation of the ARCGIS software, the best spatial interpolation distribution graph of total nitrogen and total phosphorus in water in subsidence in Panji Coal Mine were drawn out and the prediction precision by interpolation was tested. On the basis of interpolation graph, the highest mass concentration of total nitrogen and total phosphorus was obtained, which appear at the entrance to Nihe River, and seperatly were 13.373 mg / L and 3.000 mg / L. GIS-based multi-factor integrated pollution evaluation method was established. Seperately by using the method and fuzzy comprehensive evaluation method, water bodies in subsidence was evaluated. The obtained result by GIS-based multi-factor integrated pollution evaluation method shows the water quality is category 5 or 4, and by fuzzy comprehensive evaluation method is category 5.
Key words:Spatial interpolation; water in subsidence; pollution; comprehensive evaluation
空间插值常用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面，以便与其它空间现象的分布模式进行比较，它包括了空间内插和外推两种算法。空间内插算法：通过已知点的数据推求同一区域未知点数据；空间外推算法：通过已知区域的数据，推求其它区域数据。
空间插值方法分为两类：一类是确定性方法；另一类是地质统计学方法。确定性插值方法是基于信息点之间的相似程度或者整个曲面的光滑性来创建一个拟合曲面，比如反距离加权平均插值法(IDW)、趋势面法、样条函数法等；地质统计学插值方法是利用样本点的统计规律，使样本点之间的空间自相关性定量化，从而在待预测的点周围构建样本点的空间结构模型，比如克立格(Kriging)插值法。
随着技术的发展，空间插值理论与地理信息系统(GIS)结合起来，其把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能，与一般的数据库操作(例如查询和统计分析等)集成在一起的优势，使其得到迅猛的发展和广泛的应用。例如，利用GIS中的空间插值分析模块，研究了山东寿光蔬菜产地土壤重金属空间分布特征，得到了8种重金属Cu、Cd、Cr、Zn、Ni、Pb、As、Hg的空间分布图［1］。
本次研究是以淮南潘集采煤塌陷水体为研究对象，利用ARCGIS92桌面版中Geostatistical Analyst分析模块对塌陷水体中的总氮和总磷进行插值分析，并建立基于GIS的水质综合污染评价模型，对塌陷水体进行综合评价。
1 研究区概况
潘集地区位于淮南市北部，南濒淮河，北临茨淮新河，东与怀远县接壤，西与凤台县毗邻。整个潘集地区的煤矿开采地带即潘集矿区位于潘集谢桥矿区的最东部，拥有潘一矿、潘二矿、潘三矿、潘北和朱集五个现代化矿井。现已投入生产的有潘一矿、潘二矿和潘三矿3对矿井。矿区地处淮河冲击平原，地形平坦，淮河是邻近本区的主要河流，并且矿区塌陷水域大多与淮河的支流泥河相连。泥河从本区西南方流过，由西北向东南经青年闸流入淮河，沿岸地势低洼，雨季容易造成内涝。