城市表層土壤重金屬污染分析建模論文

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1、城市表層土壤重金屬污染分析摘要隨著全球經(jīng)濟(jì)化的迅速發(fā)展，人類活動對城市地質(zhì)環(huán)境影響日益顯著，重金屬污染物通過各種途徑進(jìn)入土壤，土壤重金屬污染造成了生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重破壞。模型一：將采樣點的空間坐標(biāo)與重金屬污染物濃度綜合起來，繪制出元素的空間分布圖（三維圖和等高圖），綜合使用空間分布圖，可直觀的看出各功能區(qū)的密集程度以及各種重金屬污染物濃度。通過地質(zhì)累積指數(shù)、內(nèi)梅羅指數(shù)可求出每種元素在每個區(qū)域內(nèi)的綜合污染指數(shù)，利用各種重金屬元素的綜合污染指數(shù)，建立重金屬污染物對環(huán)境污染程度的模糊綜合評判矩陣，并運用貼近度算法，求出各功能區(qū)的相對污染程度，得到各區(qū)域污染程度大小序列：交通

2、區(qū)>工業(yè)區(qū)>生活區(qū)>公園綠地區(qū)>山區(qū)。模型二：利用因子分析法和主成分分析法，求出各金屬元素的相關(guān)系數(shù)矩陣，求得兩個主成分：對第一個主成分貢獻(xiàn)較大的元素有Hg、Cu，對第二主成分貢獻(xiàn)較大的元素有As、Cr、Ni。最終得出結(jié)論：該城區(qū)的污染主要是由人為活動影響的。交通污染和工業(yè)污染是主要原因。根據(jù)各功能區(qū)各種重金屬元素的綜合污染指數(shù)，繪制出重金屬元素污染指數(shù)直方圖，可直觀地觀察出在不同區(qū)域內(nèi)其主要污染元素，并尋找其源頭及造成因素。模型三：綜合考慮重金屬污染物的傳播特征，根據(jù)重金屬污染的不同傳播特征，建立兩個不同的污染源確定模型。一、根據(jù)污染物傳播特征（高濃度向低濃度

3、擴(kuò)散），判斷污染源可能在濃度較高的位置。利用各重金屬元素的污染指數(shù)生成歸一化矩陣，按照各污染物的綜合污染指數(shù)，將污染區(qū)域的位置分成三個模塊。利用fminsearch函數(shù)最優(yōu)解算法和初始模糊猜測值求目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)解對應(yīng)的空間坐標(biāo)。從而得到模糊最優(yōu)污染源位置。二、利用城區(qū)地貌特征和污染物傳播特征（高海拔向低海拔擴(kuò)散），判斷原始污染源可能在海拔較高的位置，運用曲線擬合和微分方程的性質(zhì)，可得到多個近似污染源；對重金屬污染源位置分類討論，得出原始污染源：（15600，15286，118）。模型四：通過對模型三的綜合評價，可看出該模型缺乏重金屬污染源的分布隨時間而產(chǎn)生的變化，

4、及其對污染源位置確定的影響。采取按一定時間梯度在整個城區(qū)進(jìn)行取樣考察的方法，對不同時間城市地貌進(jìn)行插值逼近，求出城市地質(zhì)環(huán)境中重金屬污染物以及污染源在不同時間內(nèi)的分布規(guī)律，進(jìn)一步的探索人類活動影響下城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式。關(guān)鍵詞：內(nèi)梅羅指數(shù)、模糊綜合評判、主成分分析28一、問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)、

5、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?，F(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。附件1列出了采樣點的位置、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處的濃度，附件3

6、列出了8種主要重金屬元素的背景值。下面我們通過建立數(shù)學(xué)模型解決以下問題：(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，說明重金屬污染的內(nèi)在因素和人為因素。(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)分析問題（3）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)收集哪方面信息，以及如何利用這些信息，建立更優(yōu)化的模型來確定污染源的位置。二、問題的分析由樣本點的坐標(biāo)，各種重金屬元素的濃度，可以繪制出三維圖形。通過內(nèi)梅羅指數(shù)方程，確定各濃度污染物的權(quán)重，結(jié)合數(shù)據(jù)可確定各

7、重金屬污染物對環(huán)境影響的綜合污染指數(shù)，并對內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)貼近度模糊評判，從而確定不同區(qū)域的重金屬污染物對環(huán)境的污染程度。對各種重金屬元素進(jìn)行因子分析和主成分分析，確定各城區(qū)重金屬污染主要由某幾種元素造成，具體分析該元素濃度大的原因。觀察地貌圖結(jié)合重金屬污染物的傳播特征，將其分為兩方面進(jìn)行考慮（即高濃度向低濃度擴(kuò)散：求濃度較高點為污染源；高海拔向低海拔擴(kuò)散：求海拔較高點）?？梢詫?shù)據(jù)進(jìn)行擬合，或者運用fminsearch函數(shù)求最優(yōu)解求出污染源的大概最優(yōu)位置。研究城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式，需要結(jié)合時間問題來綜合判斷污染源的位置。一定程度上反映出人類活動對城市地質(zhì)環(huán)

8、境演變的影響。三、模型的