數(shù)學(xué)建模論文-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員不能以任何方式(包括電話、電子郵件、網(wǎng)上咨詢等)與隊外的任何人(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(

2、從A/B/C/D中選擇一項填寫):A我們的參賽報名號為(如果賽區(qū)設(shè)置報名號的話):所屬學(xué)校(請?zhí)顚懲暾娜杭执髮W(xué)參賽隊員(打印并簽名):1.牛穎2.張旭3.楊明蕊指導(dǎo)教師或指導(dǎo)教師組負(fù)責(zé)人(打印并簽名):劉明姬日期:2011年9月12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):題目

3、A:城市表層土壤重金屬污染分析摘要中國近30年來的發(fā)展突飛猛進(jìn),但隨之而來的環(huán)境污染問題也得到廣泛關(guān)注。其中,由工業(yè)生產(chǎn),交通業(yè)及農(nóng)業(yè)肥料使用等產(chǎn)生的土地重金屬污染問題日益突出,我國的土壤重金屬污染問題十分嚴(yán)重,污染問題已引起社會對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題等的關(guān)注。重金屬元素與人體健康密切相關(guān),土壤重金屬污染物可通過攝取、吸入、皮膚吸收等多種途徑危害人體健康??梢?,土地安全問題關(guān)系到百姓的切身利益,影響重大。所以,如何找到并控制污染源,減小污染范圍,治理污染區(qū)域成了關(guān)鍵問題。本文研究了8種常見重金屬在某城市區(qū)域的空間分布問

4、題。通過格里克插值法,利用Surfer8.0軟件分別得出它們的空間分布圖。由圖分析出不同區(qū)域的污染程度為工業(yè)區(qū)>交通區(qū)>生活區(qū)>公園綠化區(qū)>山區(qū),并根據(jù)背景值以及內(nèi)梅羅綜合指數(shù)分析法制定了科學(xué)規(guī)范的污染程度評價指標(biāo)。之后,通過對數(shù)據(jù)的主成分分析法,推導(dǎo)出主要的污染原因為工業(yè)與交通業(yè)污染。(由于分析研究的為城市重金屬污染,所以不考慮農(nóng)業(yè)肥料使用等問題)同時,金屬的傳播途徑主要有:大氣重金屬沉降、農(nóng)藥化肥、污水灌溉、污泥施肥、金屬礦山水、有毒廢棄物堆放等。故,其傳播具有污染范圍廣、持續(xù)時間長、污染隱蔽性、無法被生物降解、

5、難移性、累積性、不可逆性等特點。結(jié)合以上特點及上問中數(shù)據(jù),對于重金屬污染物的傳播特征進(jìn)行了假設(shè),發(fā)現(xiàn)重金屬濃度最大值處為不一定為污染源,要對其合理性進(jìn)行驗證。建立了空間分析與統(tǒng)計回歸模型。畫出重金屬污染含量空間分布散點圖,進(jìn)行污染源的初步討論,分析濃度、距離及海拔的關(guān)系,對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以及函數(shù)擬合,并應(yīng)用對數(shù)模型對散點圖進(jìn)行改進(jìn)。最后利用統(tǒng)計回歸,對可能的污染源進(jìn)行驗證,找出非污染源源點與主要污染源。最后,通過進(jìn)一步的分析,發(fā)現(xiàn)雖然模型具有直觀簡潔的特點,但由于影響重金屬傳播的因素復(fù)雜,各金屬污染源可以重合,而且本次

6、建模是以靜態(tài)數(shù)據(jù)推測傳播這種動態(tài)現(xiàn)象,從而模型還存在不足。為對模型進(jìn)行優(yōu)化,需收集有關(guān)風(fēng)速、水流速等相關(guān)信息,建立固體擴散方程與回歸統(tǒng)計相結(jié)合的模型,從而完善模型,更好地研究城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式。關(guān)鍵詞:重金屬污染克里克插值法綜合指數(shù)分析法主成分分析空間分布回歸分析固體擴散20一.問題重述隨著城市經(jīng)濟的快速發(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

7、點。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)、主干道路區(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,到所考察的城區(qū)進(jìn)行取樣、編號,并用GPS記錄采樣點的位置。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現(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城區(qū)的空間分布,并分析該城區(qū)內(nèi)不

8、同區(qū)域重金屬的污染程度。(2)通過數(shù)據(jù)分析,說明重金屬污染的主要原因。(3)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。(4)分析你所建立模型的優(yōu)缺點,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,如何建立模型解決問題?二.問題分析土壤并非是一個均勻的勻質(zhì)體,而是一個時空連續(xù)的變異體,具有高度的空間異質(zhì)性。

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