城市表層土壤重金屬污染分析

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1、2011高教社杯全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽編號(hào)專(zhuān)用頁(yè)賽區(qū)評(píng)閱編號(hào)（由賽區(qū)組委會(huì)評(píng)閱前進(jìn)行編號(hào)）：賽區(qū)評(píng)閱記錄（可供賽區(qū)評(píng)閱時(shí)使用）：評(píng)閱人評(píng)分備注全國(guó)統(tǒng)一編號(hào)（由賽區(qū)組委會(huì)送交全國(guó)前編號(hào)）：全國(guó)評(píng)閱編號(hào)（由全國(guó)組委會(huì)評(píng)閱前進(jìn)行編號(hào)）：城市表層土壤重金屬污染分析摘要：本文利用某城市五個(gè)不同區(qū)域中八種重金屬元素在土壤中的含量,應(yīng)用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法，分別得到了各重金屬元素單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)，從而對(duì)該城區(qū)不同區(qū)域進(jìn)行了污染程度評(píng)價(jià)。在評(píng)定污染等級(jí)時(shí)，本文采用了土壤污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，最終得到了各個(gè)區(qū)域的污染等級(jí)。結(jié)果表明工業(yè)區(qū)和交通區(qū)重金屬污染最嚴(yán)重，屬于重污染；其次是生活區(qū)

2、，等級(jí)為中度污染；公園綠地區(qū)污染等級(jí)為輕度污染；山區(qū)污染最小，等級(jí)為警戒線(xiàn)等級(jí)。通過(guò)對(duì)各區(qū)域污染等級(jí)和各元素的分布特點(diǎn)的分析，利用土壤化學(xué)等相關(guān)知識(shí)，得到了該城的污染原因，即該城市的重金屬污染原因主要是工業(yè)污染物的排放、交通工具尾氣的排放和生活垃圾堆積等。在建立重金屬傳播模型時(shí)，利用了高斯煙羽模型，同時(shí)考慮到重金屬傳播的特性我們對(duì)該模型進(jìn)行了修正，然后我們假設(shè)濃度高于該地區(qū)背景值一定程度時(shí)為傳染源。通過(guò)所建立的傳播模型，得到假設(shè)的污染源區(qū)域。然后將各個(gè)元素的污染源區(qū)域進(jìn)行疊加，得到該區(qū)域的污染源區(qū)域。考慮到建立模型的不足，我們對(duì)模型提出了修改意見(jiàn)。為了研究該城地質(zhì)環(huán)境的演變模式，還應(yīng)收集一

3、些如人類(lèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、牧業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)、交通建設(shè)、水電工程等相關(guān)信息，并以此建立模型來(lái)研究。關(guān)鍵詞:單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、高斯煙羽模型、地質(zhì)環(huán)境演變1問(wèn)題的重述隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市人口的不斷增加，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)城市環(huán)境質(zhì)量的影響日顯突出。對(duì)城市土壤地質(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(kāi)展城市環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，研究人類(lèi)活動(dòng)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)。因?yàn)槿祟?lèi)活動(dòng)對(duì)不同地區(qū)的影響不盡相同，不同地區(qū)的重金屬污染程度也有所不同。為了更精確地分析不同地區(qū)污染程度，及重金屬傳播特征，為更好地研究城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式提供依據(jù)，需要對(duì)不同區(qū)域做

4、分別測(cè)量與處理。按照功能劃分，將城區(qū)分為生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)、主干道路區(qū)及公園綠地區(qū)等，分別記為1類(lèi)區(qū)、2類(lèi)區(qū)、……、5類(lèi)區(qū)。現(xiàn)對(duì)某城市城區(qū)土壤地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查。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(gè)采樣點(diǎn)對(duì)表層土（0~10厘米深度）進(jìn)行取樣、編號(hào)，并用GPS記錄采樣點(diǎn)的位置。應(yīng)用專(zhuān)門(mén)儀器測(cè)試分析，獲得了每個(gè)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2公里的間距在那些遠(yuǎn)離人群及工業(yè)活動(dòng)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。作為評(píng)價(jià)重金屬污染等級(jí)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。利用上述得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法，對(duì)該城不同區(qū)域自

5、己水污染程度作出評(píng)價(jià)。然后根據(jù)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)結(jié)果分析自己水污染原因。建立合適的傳播模型，并根據(jù)所建立的傳播模型分析出污染源所在地。本文還對(duì)上述模型進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)評(píng)價(jià)，并給出了該模型的改進(jìn)建議。為更好地研究城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式，本文提出了還需要的信息量，并提出了如何建立合適的模型，研究該城進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境演變。2問(wèn)題的分析本文首先要對(duì)該城不同區(qū)域進(jìn)行重金屬污染等級(jí)評(píng)價(jià)，我們獲得了對(duì)不同區(qū)域的采樣測(cè)量值和背景值。對(duì)污染等級(jí)評(píng)價(jià)的方法有很多，如綜合污染指數(shù)法、聚類(lèi)分析法、層次分析法、非線(xiàn)性可拓綜合法、物元分析法和模糊數(shù)學(xué)等方法等。本文采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法，對(duì)該城不同區(qū)域自己水污染程度

6、做出評(píng)價(jià)。在進(jìn)行單因子污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，利用該地區(qū)土壤元素背景值平均值加二倍標(biāo)準(zhǔn)差作為污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。由于土壤中的溶質(zhì)運(yùn)移是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，既受溶質(zhì)本身遷移特性、土壤組成與環(huán)境條件的影響，又與土壤中的溶質(zhì)的水熱運(yùn)移過(guò)程和其中發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)和變化及根系吸收養(yǎng)分的特點(diǎn)等有關(guān)。人為管理因素業(yè)會(huì)干預(yù)這些因素的變化，支配著土壤溶質(zhì)的運(yùn)移隨時(shí)空變化而復(fù)雜多變。在進(jìn)行重金屬污染傳播模型時(shí)結(jié)合實(shí)際得到的數(shù)據(jù)，盡可能多的考慮上述影響污染傳播的元素。最終我們選擇了高斯煙羽模型，并結(jié)合重金屬污染傳播特性對(duì)該模型進(jìn)行了修正。再進(jìn)行模型參數(shù)確定時(shí)，考慮到該地區(qū)重金屬元素的背景值，認(rèn)為該地區(qū)元素在背景值濃度

7、內(nèi)為穩(wěn)態(tài)，所以我們對(duì)得到的測(cè)量點(diǎn)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。將測(cè)量點(diǎn)的各元素濃度值減去該地區(qū)各元素的背景值，得到最終數(shù)據(jù)和模型。因?yàn)槲廴疚锏臄U(kuò)散是以污染源為中心并受地形影響濃度向四周遞減的，所以我們假設(shè)濃度高于該地區(qū)背景值一定程度時(shí)為傳染源。通過(guò)所建立的傳播模型，得到假設(shè)的污染源區(qū)域。然后將各個(gè)元素的污染源區(qū)域進(jìn)行疊加，得到該區(qū)域的推導(dǎo)污染源區(qū)域。為了研究該城的地質(zhì)演變模型，我們對(duì)所建立的模型進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)分析。并提出了改進(jìn)意見(jiàn)，