基于GIS技术的湖泊水质污染综合评价的研究

论文题目: 基于GIS技术的湖泊水质污染综合评价的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 地图制图学与地理信息工程

作者: 姚焕玫

导师: 黄仁涛

关键词: 主成分分析,湖泊水质污染评价,泛克里格插值,灰度关联评价,资源环境信息系统

文献来源: 武汉大学

发表年度: 2005

论文摘要: 水质恶化问题已成为制约我国城市发展的主要问题,运用主成分分析法可以以少数的综合变量取代原有的多维变量来进行有针对性的定量化评价,在评价过程中,从对逆指标进行线性变换、用对数化法对指标进行无量纲化、评价指标的选择等三个方面对传统主成分分析方法进行改进后,与传统方法相比,更为合理地保留了原始指标矩阵中的信息,使第一主成分的贡献率有了显著的提高。 改进后的主成分分析方法应用于东湖的水质污染程度的综合评价以及太湖的富营养化评价中,取得较好效果,在各监测点水质横向和纵向的可比性、定量定性分析结合程度、指标权重选取等方面较其它方法有一定优越性。 通过对应分析可以揭示各污染因子之间、各监测点之间、污染因子与监测点之间的内在联系,找出水质综合质量与各个水质污染因子的关系,能够以较小的代价从原始数据中提取较多的信息,较好地反映客观环境的全面信息。利用主成分将东湖5个子湖观测点进行分类,对应分析图可为各子湖水质类比提供依据;在太湖水质富营养化污染分析中,生成10个监测点与富营养化各个指标的对应分析图,使环境管理者对各污染源和水质状况一目了然。 以湖北省武汉市为例,研究了湖泊的污染形成的历史原因。由于多年泥沙淤积,人工围湖垦殖、填埋等因素,湖北省湖泊数量和面积逐渐缩小,导致湖泊水质恶化。长期以来,非法填占和湖泊水质污染也严重地危害了武汉市湖泊发展。在可视化模型中显示50年代到80年代武汉市东西湖区湖泊历史变迁图,提出应该按照因地制宜和多尺度等级优化的规划和建设思想,将东西湖的大小湖泊和水体作为一个统一的生态组分来优化规划水质净化和生态修复,从多尺度对不同等级湖泊进行规划和建设。 地理信息系统技术的出现和逐步完善将为湖泊水质污染评价迈向信息化、现代化提供技术支持,湖泊污染评价的内容和方法也得以不断地深化和拓宽。 论文分析了GIS与环境模型相结合方式,利用Visual Basic、MapObjects和MATLAB建立环境综合评价信息系统,通过这种方式开发的应用程序具有高效无缝的系统集成、开发简捷、程序运行占用内存少等优点。系统同时提供各种环境系统模型,具有控制管理功能、输入输出功能、空间分析功能以及多信息支持下的辅助决策与模拟功能。以东湖中各子湖的水质污染综合评价为例,在VB开发环境下,在MATLAB 6.5软件中实现改进后的主成分方法的各个分析步骤,利用MapObjects 2.0控件完成东湖水质污染图的输出,可以进一步将水体的质量评价与GIS结合起来,以达到更好地为环境管理部门服务的目的。

论文目录:

摘要

Abstract

引言

第一章 水质污染评价以及GIS综述

1.1 水质污染综合评价

1.1.1 我国湖泊水质综合评价方法的现状

1.1.2 水质综合评价方法中存在的问题

1.1.3 对湖泊水质综合评价方法的要求

1.2 主成分分析法的应用

1.3 GIS的功能及其在环境评价中的应用

1.2.1 GIS的功能

1.2.2 GIS在环境质量综合评价中的应用

第二章 多元统计分析中的主成分分析方法

2.1 综合评价的主成分分析法研究

2.1.1 主成分分析原理

2.1.2 主成分的几何意义

2.1.3 用于综合评价的主成分分析

2.2 传统主成分法的一些局限性

2.3 对传统主成分评价法的一些改进

2.3.1 对逆指标进行线性变换

2.3.2 对数化预处理

2.3.3 评价指标的选择

2.4 评价的步骤

2.5 东湖的水质综合评价

2.6 太湖的水质富营养化评价

2.7 小结

第三章 对应分析

3.1 利用主成分分析法进行对应分析的原理

3.2 分析的步骤

3.3 东湖污染实例分析

3.4 太湖污染实例分析

3.5 小结

第四章 湖泊水质污染与历史变迁

4.1 湖北省湖泊环境现状及污染控制措施

4.1.1 湖北省平原湖区的自然地理特征

4.1.2 湖泊个数、面积、容积资料统计

4.1.3 湖泊环境现状

4.1.4 污染控制及湿地生态环境保护措施

4.2 武汉市湖泊变迁原因、环境现状及污染控制措施

4.2.1 湖泊个数、面积历年变化

4.2.2 湖泊现状

4.2.3 武汉市填湖填塘的主要原因

4.2.4 湖泊填占与水质污染之间的联系

4.2.5 湖泊水质污染的原因

4.2.6 湖泊环境污染控制

4.3 武汉市东西湖区湖泊群及其历史演变

4.3.1 围垦前后的东西湖区

4.3.2 武汉市东西湖区历史变迁图

4.3.3 东西湖区湖泊生态修复建议

4.4 小结

第五章 综合评价的可视化设计

5.1 GIS在环境质量评价中的应用优势

5.2 GIS与环境评价模型的结合

5.2.1 松散结合方式

5.2.2 紧密结合方式

5.2.3 完全结合方式

5.3 基于COM技术的软件开发

5.3.1 基于COM对象技术的MapObjects简介

5.3.2 MapObjects的数据结构

5.3.3 MapObjects支持的数据及数据显示机制

5.4 环境评价系统特点

5.5 系统功能

5.5.1 系统管理功能

5.5.2 基本功能

5.5.3 统计分析功能

5.5.4 评价计算

5.6 系统中评价功能的实现

5.6.1 MATLAB的起源与发展

5.6.2 MATLAB的特点

5.7 环境质量评价信息系统设计

5.8 小结

第六章 环境评价中的空间分析

6.1 GIS数据内插方法

6.2 Kriging方法的基本原理

6.3 泛克里格方法的数学原理

6.4 区域化变量的泛克里格估值计算

6.5 泛克里格插值的实现

6.6 小结

第七章 主成分分析法在评价中的另一种运用方式——灰色关联加权评价方法

7.1 灰色关联分析概述

7.2 灰色关联分析的基本理论

7.3 灰色关联分析的数学描述

7.4 灰色关联评价步骤

7.5 大气环境质量灰关联评价

7.5.1 大气污染综合评价现状

7.5.2 大气污染灰色关联评价方法

7.6 小结

第八章 GIS在环境管理中的应用展望——环境资源信息系统的构建

8.1 环境资源信息系统中的数据来源

8.2 GIS中时空数据的组织

8.3 环境变化的检测

8.4 动态环境规划的实现

8.5 多标准决策方法

8.6 环境评价信息系统的功能结构体系

8.7 小结

第九章 结语与展望

参考文献

附录

致谢

发布时间: 2006-03-27

参考文献

• [1].水库湖泊水质分析、模拟与预测的综合数学方法及其应用[D]. 谷照升.吉林大学2006
• [2].湖泊水质遥感监测与评价方法研究[D]. 祝令亚.中国科学院研究生院（遥感应用研究所）2006

相关论文

• [1].三峡水库水质污染及次级河流富营养化潜势研究[D]. 杨钢.重庆大学2004
• [2].灰色预测理论与评价方法在水环境中的应用研究[D]. 刘金英.吉林大学2004
• [3].基于RS和GIS的水文模型以及洪灾监测评估系统的研究[D]. 彭定志.武汉大学2005
• [4].湖泊生态系统退化机理及修复理论与技术研究[D]. 白峰青.长安大学2004

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