地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進展

董 萍

（河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊，河北 承德 067000）

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地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進展

董 萍

（河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊，河北 承德 067000）

［摘 要］本文根據(jù)地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)在地理環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的實際應(yīng)用、地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域中的未來發(fā)展趨勢等方面展開討論，對地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用與進展進行了分析，并提出了一些理論建議。

［關(guān)鍵詞］地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)；環(huán)境科學(xué)；水體污染；大氣污染

地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)被稱作空間信息統(tǒng)計學(xué)，是數(shù)學(xué)地質(zhì)領(lǐng)域中發(fā)展較為迅速且具有廣泛發(fā)展空間的一門學(xué)科。它將區(qū)域之間的變化作為理論基礎(chǔ)，結(jié)合多孔介質(zhì)空間結(jié)構(gòu)變異函數(shù)，研究空間分布中具備一定規(guī)律性的自然現(xiàn)象，隨后使用取樣方案進行優(yōu)化，對一些不規(guī)則取樣進行處理并插值計算。在礦業(yè)、石油、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等行業(yè)中具有廣泛的發(fā)展空間，取得了較大的研究應(yīng)用成果。

1　地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)發(fā)展歷程

20世紀(jì)中期，南非的礦物工程師DG Krige結(jié)合對南非金鈾礫巖的研究經(jīng)驗以及對金礦儲量的計算，根據(jù)樣本區(qū)域位置的差異及樣本關(guān)聯(lián)性差異，首次提出了對每一個樣本賦予相應(yīng)的權(quán)值并在此基礎(chǔ)上進行波動加權(quán)，以此方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的平均加權(quán)計算法。20世紀(jì)60年代，法國著名的統(tǒng)計學(xué)家G Matheron經(jīng)過大量實驗后，將DG Krige的研究升華為了具體的理論結(jié)果，并系統(tǒng)地提出了區(qū)域變量這個概念，由此形成了地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)這門新型學(xué)科。

地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)基本理論是在1978年由我國地質(zhì)專家侯景儒引進的，前后歷經(jīng)了幾十年的發(fā)展，至今為止無論是在理論方法還是實踐應(yīng)用方面都已經(jīng)取得了一些進步，但是在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域方面的應(yīng)用還不夠成熟。

在短短的半個世紀(jì)內(nèi)，地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)已經(jīng)在各個領(lǐng)域中被廣泛使用，目前為止形成了兩個理論學(xué)派，其中一個是以法國統(tǒng)計學(xué)家G Matheron為主的“楓丹白露地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)派”，另一個是以美國的統(tǒng)計學(xué)及AG Journel為主的“斯坦福地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)派”，這兩種學(xué)派根據(jù)其計算方法及應(yīng)用方式的區(qū)別又分別被稱為“參數(shù)地質(zhì)統(tǒng)計”和“非參數(shù)地質(zhì)統(tǒng)計”。地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)領(lǐng)域還出現(xiàn)了局部空間估計法如普通克立格法、對數(shù)克立格法和因子克立格法等。此外，我國一些相關(guān)領(lǐng)域的研究人員也研究出了一批以地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)為基礎(chǔ)的軟件。

2　地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)在環(huán)境科學(xué)方面的應(yīng)用

20世紀(jì)初期，人們利用統(tǒng)計方法研究空間變異性，該方法提出將所收集的信息轉(zhuǎn)變?yōu)閱为毜臄?shù)值進行觀測。可是隨著信息化時代的發(fā)展，人們掌握的信息量越來越多，依靠收集的信息進行空間變異性研究的弊端越來越明顯，很難實現(xiàn)對空間變異性的客觀研究和評價。隨著地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的完善和進步，地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域取得了很大的成就。

2.1土壤環(huán)境研究中的地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)

自然環(huán)境下的土壤分布系統(tǒng)非常復(fù)雜，同樣性質(zhì)的土壤受土壤深度和周圍環(huán)境的影響，土壤分布狀況存在很大的差異。研究證明，土壤的自然密度、粒徑等特性在同一水平或不同深度上的分布也是不同的。這些土壤特性的非均勻分布狀態(tài)決定了土壤特性在空間中的變異性，從而導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)也存在一定程度的空間變異性。

2.2地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)在水環(huán)境研究中的運用

水環(huán)境污染遷移參數(shù)的離散性與隨機性兩大問題是水環(huán)境污染領(lǐng)域中的重點研究課題。地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)被引進該領(lǐng)域之前，利用傳統(tǒng)地下水水流和水質(zhì)遷移模型的參數(shù)求證方式，對遷移參數(shù)的空間變異性進行合理的研究與評價。如果單純使用確定性或偶然性的研究模型是很難正確且全面地描述整個水環(huán)境污染物遷移參數(shù)的變異背景，地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)可以對空間信息與偶然信息進行隨機性處理，可以對這種隨機性進行客觀有效的分析。

2.3地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)在環(huán)境科學(xué)其他領(lǐng)域中的運用

由于地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)可以有效描述同時具備結(jié)構(gòu)性與隨機性的環(huán)境參數(shù)，因此利用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)研究大氣污染物分布也有很好的研究效果，例如:孟健宇和馬曉明就通過指示克立格法對某個城市大氣中含有的二氧化硫濃度的變異特征進行分析與研究，最后得出該方法是研究大氣污染差值的最佳手段這一結(jié)論。

3 地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域中的展望

隨著地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的不斷進步和完善，其實踐方式和理論已經(jīng)在環(huán)境科學(xué)研究方面得到了很好的應(yīng)用，在土壤有毒物質(zhì)研究以及水環(huán)境污染等研究課題方面取得了可觀的成績。由于土壤多孔介質(zhì)特性中顯著存在空間的變異特征，地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)對于這種隨機性的事物來說是最佳研究手段?，F(xiàn)階段，對于土壤污染物的空間分布研究重點在重金屬領(lǐng)域，并逐漸延伸到部分難降解污染物質(zhì)的研究中，例如:影響內(nèi)分泌物質(zhì)及一些強致癌物質(zhì)，他們的分布形態(tài)類似于重金屬，地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)在這一類物質(zhì)的研究當(dāng)中具有十分突出的優(yōu)勢。自然界中含水介質(zhì)的非均勻性導(dǎo)致了其他水環(huán)境污染參數(shù)遷移物質(zhì)中具有高度變異性，特別是環(huán)境十分復(fù)雜的地下水環(huán)境系統(tǒng)。在以后的環(huán)境科學(xué)研究中，可以將地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的分析方法、分形理論和灰色系統(tǒng)等一系列的研究方法和相關(guān)理論結(jié)合在一起進行使用，這樣不僅會進一步降低研究復(fù)雜性，還可以更加準(zhǔn)確地進行污染物遷移預(yù)測以及污染物遷移參數(shù)的價值估算，提高環(huán)境科學(xué)研究的準(zhǔn)確性和先進性，為環(huán)境模擬和環(huán)境評價建立高效、科學(xué)的模型。

4　結(jié) 語

將地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的研究理論和方法，與地理信息系統(tǒng)的研究工具相結(jié)合，為目前的環(huán)境科學(xué)研究提供了更加科學(xué)有效的研究方法。在此基礎(chǔ)上將地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的應(yīng)用擴大到其他領(lǐng)域中，比如:水體污染和大氣污染研究領(lǐng)域，可以通過地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)更加科學(xué)、客觀地評價環(huán)境污染。

主要參考文獻

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［3］張征，鞠碩華.水環(huán)境評價參數(shù)空間變異模擬數(shù)學(xué)原理與方法［J］.工程勘察，2002（5）.

doi:10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.12.139

［中圖分類號］P628+.2

［文獻標(biāo)識碼］A

［文章編號］1673-0194（2016）12-0202-01

［收稿日期］2016-05-20