a題 城市表層土壤重金屬污染分析

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1、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。我們參賽選擇的題號是（從A/

2、B/C/D中選擇一項(xiàng)填寫）：A我們的參賽報名號為（如果賽區(qū)設(shè)置報名號的話）：3866所屬學(xué)校（請?zhí)顚懲暾娜簭V州大學(xué)參賽隊(duì)員(打印并簽名)：1.黃明偉2.曹炳龍3.李彩鳳指導(dǎo)教師或指導(dǎo)教師組負(fù)責(zé)人(打印并簽名)：日期：2011年9月11日192011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）：19A題城市表層土壤重金屬污染分析一、摘要第一問利用軟件ArcGIS克里格插值，利用已知點(diǎn)的數(shù)

3、據(jù)去估計(jì)未知點(diǎn)的數(shù)值，用公式實(shí)行局部估計(jì)的加權(quán)平均值（式中是在未經(jīng)觀測的點(diǎn)上的內(nèi)插估計(jì)值；是在點(diǎn)附近的若干觀測點(diǎn)上獲得的實(shí)測值；是通過對變異函數(shù)形成的半方差圖分析獲取的權(quán)重）；利用變異函數(shù)為再利用使用球形函數(shù)模型，利用已知的觀測點(diǎn)及值對未知點(diǎn)進(jìn)行插值利用ArcGIS軟件對各種不同重金屬得到了各自所對應(yīng)的空間分布圖。對于不同區(qū)域污染程度分析，采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法。首先計(jì)算單因子指數(shù)（為第i種污染物單因子指數(shù)，為第i種重金屬元素的實(shí)測濃度，為污染物背景值），其次計(jì)算內(nèi)梅羅綜合指數(shù)（為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)［1］，為土壤中元素單因子指數(shù)，為所有重金屬元素污染指數(shù)中的最大值）然

4、后進(jìn)行土壤污染等級劃分，根據(jù)劃分的不同等級以及每區(qū)域中各等級所占比例，利用EXCEL畫出圖形，直觀得到各區(qū)域的污染程度。第二問利用主成分分析法結(jié)合SPSS［4］的相關(guān)性分析得到重金屬污染的主要原因。第三問利用煙霧擴(kuò)散模型［2］結(jié)合MATLAB用局部窮舉方法計(jì)算出污染源得到工業(yè)區(qū)重金屬污染源的位置為（4040,5463），得到交通和生活區(qū)重金屬污染源的位置為（14458,10350）關(guān)鍵詞：克里格插值內(nèi)梅羅指數(shù)主成分分析局部窮舉煙霧擴(kuò)散模型19一、問題的提出2.1.問題的背景隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市人口的不斷增加，人類活動對城市環(huán)境質(zhì)量的影響日顯突出。對城市土壤地

5、質(zhì)環(huán)境異常的查證，以及如何應(yīng)用查證獲得的海量數(shù)據(jù)資料開展城市環(huán)境質(zhì)量評價，研究人類活動影響下城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式，日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。2.2．問題重述按照功能劃分，城區(qū)一般可分為生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)、交通區(qū)及公園綠地區(qū)等，分別記為1類區(qū)、2類區(qū)、……、5類區(qū)，不同的區(qū)域環(huán)境受人類活動影響的程度不同。現(xiàn)對某城市城區(qū)土壤地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查。為此，將所考察的城區(qū)劃分為間距1公里左右的網(wǎng)格子區(qū)域，按照每平方公里1個采樣點(diǎn)對表層土（0~10厘米深度）進(jìn)行取樣、編號，并用GPS記錄采樣點(diǎn)的位置。應(yīng)用專門儀器測試分析，獲得了每個樣本所含的多種化學(xué)元素的濃度數(shù)據(jù)。另一方面，按照

6、2公里的間距在那些遠(yuǎn)離人群及工業(yè)活動的自然區(qū)取樣，將其作為該城區(qū)表層土壤中元素的背景值。附件1列出了采樣點(diǎn)的位置、海拔高度及其所屬功能區(qū)等信息，附件2列出了8種主要重金屬元素在采樣點(diǎn)處的濃度，附件3列出了8種主要重金屬元素的背景值。問題一：根據(jù)題目所給信息及相關(guān)數(shù)據(jù)試給出8種主要重金屬元素在該城區(qū)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。問題二：通過以上數(shù)據(jù)分析，說明重金屬污染的主要原因。問題三：分析重金屬污染物的傳播特征，由此建立模型，確定污染源的位置。問題四：分析你所建立模型的優(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)收集什么信息？有了這些信息，

7、如何建立模型解決問題？二、問題分析3.1．對問題一：根據(jù)題目所給采樣點(diǎn)的坐標(biāo)信息以及高程，可以聯(lián)想到地形圖的模擬，形象的觀察污染物的在城市空間的分布情況。題自給各個采樣點(diǎn)各個重金屬污染物的濃度。利用地理統(tǒng)計(jì)軟件GIS做出各個重金屬的濃度空間分布圖。對所給數(shù)據(jù)的初步處理，由單種污染物以及其背景值得到各個采樣點(diǎn)的環(huán)境污染指數(shù)。以此運(yùn)用單因子指數(shù)法分析每個采樣點(diǎn)的重金屬污染指數(shù)。單因子分析法只是得到各個采樣點(diǎn)以及各種污染物的污染指數(shù)，題意要求分析各個區(qū)域環(huán)境污染的程度，同時引入內(nèi)梅羅指數(shù)分析法相結(jié)合進(jìn)行綜合污染評價。 3.2.對問題二：通過對第一問的數(shù)據(jù)處理以及綜合評