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《數(shù)學(xué)建模論文--城市表層土壤重金屬污染分析》由會員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、城市表層土壤重金屬污染分析摘要本文主要研究重金屬對城市表層土壤污染的問題,我們根據(jù)題目所給定的一些數(shù)據(jù)和信息分析并建立了擴(kuò)散傳播模型、權(quán)重分配模型、對比模型和轉(zhuǎn)換模型解決問題。首先,我們利用Matlab軟件擬出該城區(qū)地勢圖(圖1),根據(jù)所給數(shù)據(jù)繪出該地區(qū)的三維地勢及采樣點(diǎn)在其上的綜合空間分布圖。之后將8種重金屬的濃度等高線投影到該地區(qū)三維地形圖曲面上,接著分別計(jì)算8種重金屬在五個區(qū)域的平均值,立體圖和平面圖(圖1附件)相結(jié)合便可得出8種重金屬元素在該城區(qū)的空間分布。其次,在確定該城區(qū)內(nèi)不同區(qū)域重金屬的污染程度時,我們運(yùn)用兩種方法進(jìn)行
2、解答。先假設(shè)各重金屬毒性及其它性質(zhì)相同,運(yùn)用公式求出各區(qū)域各金屬相對于背景平均值的比值作為金屬污染程度,再運(yùn)用求出各區(qū)域重金屬污染程度,并將各區(qū)進(jìn)行比較。之后,我們加上各重金屬的毒性,對各重金屬求出權(quán)數(shù),再結(jié)合國標(biāo)重金屬污染等級和已知的各組數(shù)據(jù)來確定金屬的污染程度。由上述兩種方法的對比,更準(zhǔn)確地得出重金屬對各區(qū)的影響程度。即:工業(yè)區(qū)>交通區(qū)>生活區(qū)>公園綠地區(qū)>山區(qū)并根據(jù)第一個模型的數(shù)據(jù)來說明重金屬污染的主要原因。再次,對重金屬污染物的傳播特征進(jìn)行了分析,判斷出重金屬污染物主要是通過大氣、土壤和水流進(jìn)行傳播。在分析之中,我們得出這三
3、種狀態(tài)的傳播并不是孤立存在的,而是可以相互影響和疊加的,因此,我們分別建立三個傳播模型,再對這三個傳播模型進(jìn)行了時間和空間上的擬合,得出重金屬濃度最高的區(qū)域圖,并結(jié)合各重金屬的分布圖(圖6)來確定各污染源的位置。最后,本題中只給出了重金屬對土壤的污染,對于研究城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式,還需要搜集一些信息(圖7)。根據(jù)每種因素對地質(zhì)環(huán)境的影響程度進(jìn)行由定性到定量的轉(zhuǎn)化。建立同一地質(zhì)時期地質(zhì)環(huán)境中各因素的正影響和負(fù)影響的權(quán)重分配模型,再對這些權(quán)重進(jìn)行驗(yàn)算和修正。從而,根據(jù)這些權(quán)重再建立預(yù)測模型便可反向推出各重金屬對不同時期地質(zhì)環(huán)境的影響,
4、得出隨時間變化的地質(zhì)環(huán)境的演變模式。結(jié)論:在本次模型建立中,我們得出以下結(jié)論:1.重金屬在各個區(qū)域中的污染嚴(yán)重程度為:工業(yè)區(qū)>交通區(qū)>生活區(qū)>公園綠地區(qū)>山區(qū)2.各重金屬的污染源主要分布在工業(yè)區(qū)和交通區(qū)關(guān)鍵詞:重金屬污染三維地形圖時空結(jié)合地質(zhì)環(huán)境演變影響因子權(quán)重一.問題重述251.問題背景目前,社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,人口數(shù)量不斷增加,環(huán)境污染現(xiàn)象日顯突出,尤其重金屬對土壤的污染更受廣泛關(guān)注。土壤狀況直接影響著動植物的生長和安全,甚至通過食物鏈進(jìn)入人體,導(dǎo)致一些慢性疾病的發(fā)生。對于具有獨(dú)立的系統(tǒng)來說,人們的生活和生產(chǎn)將會給環(huán)境和土壤造成污
5、染,而且,每一個區(qū)域的功能不同,如山區(qū)、生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、主干道路區(qū)和綠地區(qū)等,對環(huán)境和土壤的污染程度也不同。所以,做好調(diào)查分析,控制污染源是現(xiàn)今的關(guān)鍵。2.提出問題:(1).根據(jù)題中所給各區(qū)域點(diǎn)的坐標(biāo),繪制中該區(qū)的空間分布圖,計(jì)算不同重金屬對該區(qū)的影響。(2).分析數(shù)據(jù),考慮濃度分布和客觀因素,說明重金屬的來源。(3).分析重金屬產(chǎn)生后的傳播特性,并建立模型確定污染源的位置。(4).考慮重金屬濃度和客觀因素優(yōu)化模型并推廣,以便對城市地質(zhì)環(huán)境的演變做更準(zhǔn)確的分析和預(yù)測。二.問題分析(1).由于各種重金屬在各個區(qū)域的濃度都不同,所以對不
6、同區(qū)域的影響程度也不同,根據(jù)題中所給采樣點(diǎn)的坐標(biāo)和各重金屬的濃度,用MATLAB軟件繪制出重金屬在該區(qū)的空間分布圖及8種重金屬的濃度等高線在該地區(qū)三維地形圖曲面的投影圖。利用平均數(shù)法求得各種金屬在不同區(qū)域的影響。在考慮重金屬毒性的情況下,利用加權(quán)平均數(shù)求出各種金屬的污染程度。兩種方案作對比,找出最優(yōu)化方案。
(2).在上題的結(jié)論基礎(chǔ)上,依據(jù)各種重金屬在不同區(qū)域的濃度大小,通過分析比較,并考慮各區(qū)域的特點(diǎn),可以分析出重金屬的主要來源。
(3).由于重金屬產(chǎn)生后的傳播途徑有很多,本題忽略其它因素,只考慮水體、大氣和土壤傳播,分別建立水體
7、傳播模型,大氣沉降模型和固體傳播模型,并結(jié)合三者在傳播過程中在時間和空間上的相互影響和制約,對污染源的位置進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。
(4).在研究城市地質(zhì)環(huán)境演變的過程中,除運(yùn)用到重金屬的濃度之外,還應(yīng)搜集重金屬的沉積和埋藏深度、生活污水,廢氣污染、地殼運(yùn)動植物和微生物的凈化。根據(jù)污染毒性的大小確定各項(xiàng)的權(quán)重,。由此建立模型推出不同時期地質(zhì)環(huán)境的變化,即演變模式。三.問題假設(shè)1.假設(shè)重金屬元素在土壤和水中化學(xué)反應(yīng)均勻。2.假設(shè)各區(qū)域成土母質(zhì)中含重金屬的濃度是相同的。3.假設(shè)各地區(qū)重金屬分布穩(wěn)定,污染源排放量不變4.假設(shè)各數(shù)據(jù)擬合的函數(shù)是光滑
8、曲線,且各外在因素都忽略。5.計(jì)算重金屬在空氣中傳播速度不考慮風(fēng)速過大的影響。四、名詞解釋及符號說明251.名詞解釋:1.地質(zhì)環(huán)境:包括巖石、水、氣和生物在內(nèi)的互相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)。2.時空結(jié)合:將金屬傳播的三種模型進(jìn)行擬合,找出污染源。2