建模論文《城市土壤表層重金屬污染分析》

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1、2011高教社杯全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽承諾書我們仔細(xì)閱讀了中國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽的競賽規(guī)則.我們完全明白，在競賽開始后參賽隊(duì)員不能以任何方式（包括電話、電子郵件、網(wǎng)上咨詢等）與隊(duì)外的任何人（包括指導(dǎo)教師）研究、討論與賽題有關(guān)的問題。我們知道，抄襲別人的成果是違反競賽規(guī)則的,如果引用別人的成果或其他公開的資料（包括網(wǎng)上查到的資料），必須按照規(guī)定的參考文獻(xiàn)的表述方式在正文引用處和參考文獻(xiàn)中明確列出。我們鄭重承諾，嚴(yán)格遵守競賽規(guī)則，以保證競賽的公正、公平性。如有違反競賽規(guī)則的行為，我們將受到嚴(yán)肅處理。參賽隊(duì)員(打印并簽名)：1.孫國力2.薛飛3.劉偉指導(dǎo)教師或指導(dǎo)教師組負(fù)責(zé)人(打印并簽

2、名)：日期：2011年9月9日賽區(qū)評閱編號（由賽區(qū)組委會評閱前進(jìn)行編號）：2011高教社杯全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽編號專用頁賽區(qū)評閱編號（由賽區(qū)組委會評閱前進(jìn)行編號）：賽區(qū)評閱記錄（可供賽區(qū)評閱時(shí)使用）：評閱人評分備注全國統(tǒng)一編號（由賽區(qū)組委會送交全國前編號）：全國評閱編號（由全國組委會評閱前進(jìn)行編號）：城市土壤表層重金屬污染分析摘要本文是針對城市表層土壤重金屬污染分析的問題。針對問題1，結(jié)合附件1中所給的土壤重金屬的濃度數(shù)據(jù)，利用Excel軟件繪制出五個(gè)區(qū)域中各重金屬元素濃度均值直方圖及高中低三段海拔與元素濃度均值關(guān)系的直方圖，通過兩幅圖反映出8種元素在該城區(qū)的空間分布情況。結(jié)合

3、附件中所給出的土壤重金屬元素濃度背景值信息，建立地質(zhì)累積污染指數(shù)模型計(jì)算出該城區(qū)內(nèi)不同區(qū)域重金屬的污染程度。通過結(jié)果分析可以得到：砷在除山區(qū)和交通區(qū)外的濃度都達(dá)到了中度污染級別；鎘在除山區(qū)外的其余各區(qū)域均達(dá)到了中度污染級別；鉻在生活區(qū)和交通區(qū)達(dá)到了中度污染級別；銅除山區(qū)外，工業(yè)和交通區(qū)均達(dá)到了重度污染，其余各區(qū)為中度污染；汞在工業(yè)區(qū)為重度污染級別，其余除山區(qū)外均受到中度污染；鎳在五個(gè)區(qū)域中未造成污染；鉛和鋅除山區(qū)外其余各區(qū)均受到中度污染。針對問題2，通過對問題一中不同區(qū)域內(nèi)重金屬元素污染程度的指標(biāo)類別，金屬污染物間的相關(guān)關(guān)系和重金屬元素?cái)U(kuò)散途徑的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定出各種金屬元

4、素污染的主要原因分別是：造成砷污染的主要原因是工業(yè)區(qū)的工業(yè)三廢；鎘污染的主要原因是汽車尾氣的排放和工業(yè)三廢；鉻污染的主要原因是汽車尾氣與工業(yè)三廢；銅污染的主要原因是生活垃圾和含銅的工業(yè)廢水；汞污染主要原因是工業(yè)三廢；鉛污染的主要原因是工業(yè)廢氣和汽車尾氣；鋅污染的主要原因是工業(yè)三廢。針對問題3，首先根據(jù)8種重金屬元素的傳播特征，建立加權(quán)平均模型，依據(jù)每種重金屬元素傳播特征的不同，分別給海拔和污染物濃度賦予不同的權(quán)重，以每種重金屬元素濃度排名最高的前三個(gè)作為取樣點(diǎn)，分別以取樣點(diǎn)為中心建立半邊長為1600米的正方形網(wǎng)格，計(jì)算出不同網(wǎng)格中各個(gè)采樣點(diǎn)濃度的加權(quán)平均值，通過比較得到濃度最大值

5、所在區(qū)域即為污染源。通過對加權(quán)平均模型求解得到：砷的污染源位于84號取樣點(diǎn)所在的網(wǎng)格區(qū)域的交通區(qū)；鎘的污染源位于95號取樣點(diǎn)所在的網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的交通區(qū)；鉻的污染源位于49號取樣點(diǎn)所在的網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的工業(yè)區(qū)；銅的污染源位于6號取樣點(diǎn)所在的網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的工業(yè)區(qū)；汞的污染源位于9號取樣點(diǎn)所在的網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的工業(yè)區(qū)；鉛的污染源位于8號取樣點(diǎn)所在的網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的工業(yè)區(qū)；鋅的污染源位于36號取樣點(diǎn)所在的網(wǎng)格區(qū)內(nèi)的工業(yè)區(qū)。針對問題4，分析所建的地質(zhì)污染累積指數(shù)模型及線性加權(quán)模型的優(yōu)缺點(diǎn)，為了能夠更好的研究城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式，還應(yīng)收集時(shí)間和水流通量密度對金屬離子在土壤中遷移的影響參數(shù)以及城市的風(fēng)向，歷

6、年地表河流狀況，不同時(shí)期對不同元素離子濃度的測定值等信息，建立金屬離子濃度遷移模型解決對地質(zhì)環(huán)境的演變的分析。關(guān)鍵字：金屬污染物加權(quán)平均模型污染源空間分布金屬離子濃度遷移模型27一、問題重述伴隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與城市人口的不斷增加，人類活動對城市環(huán)境質(zhì)量的影響日益突出。如何應(yīng)用海量數(shù)據(jù)資料對城市環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，研究人類活動下城市地質(zhì)環(huán)境的演變?nèi)找娉蔀槿藗冴P(guān)注的焦點(diǎn)。城區(qū)按照功能一般可分為生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)、主干道區(qū)（交通區(qū)）及公園綠地區(qū)等，此題中將其分別依次記為1～5類區(qū)域?，F(xiàn)對某城市的土壤地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，將城區(qū)劃分為間距一公里左右的網(wǎng)格子區(qū)域，對土壤表層中的重金屬元素

7、進(jìn)行取樣，編號，同時(shí)以遠(yuǎn)離人群及工業(yè)活動的自然區(qū)取樣，作為該城區(qū)表層土壤中重金屬的背景值?，F(xiàn)要求通過數(shù)學(xué)建模來完成以下任務(wù)：1、給出8種主要重金屬元素在該區(qū)域的空間分布，并分析該城區(qū)內(nèi)不同區(qū)域重金屬的污染程度。2、通過對數(shù)據(jù)的分析，說明重金屬污染的主要原因。3、分析重金屬的污染物的傳播特征，對此建立模型，確定污染源的位置。4、分析所建立模型的優(yōu)缺點(diǎn)，為更好地研究城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式，還應(yīng)該收集什么信息，來建立模型解題。二、問題分析問題要求對該城區(qū)重金屬的污染狀況進(jìn)行詳細(xì)分析，且