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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: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)注的焦點。土壤重金屬污染日益嚴(yán)重,重金屬可通過吸入,附入和食物的富集對人體健康和環(huán)境產(chǎn)生較大影響。對重金屬的污染研究對于綜合治理環(huán)境,城市規(guī)劃等有重要的指導(dǎo)意義在本文中將研究的城市分為五大功能區(qū)分別為生活區(qū),工業(yè)區(qū),山區(qū),交通區(qū)五大功能區(qū)。利用Matlable插值計算五大功能區(qū)的
2、橫縱坐標(biāo)海拔和濃度的數(shù)據(jù),得到區(qū)域平面圖和8種主要重金屬元素在該城區(qū)的空間分布。運用單因子評價中的分指數(shù)法逐一計算每種重金屬元素的污染分指數(shù),然后運用內(nèi)梅羅(N.L.Nemerow)綜合污染指數(shù)法得到總體的污染指數(shù),參照農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB15618-1995土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的分級法得到污染程度。通過對比數(shù)據(jù),利用相關(guān)矩陣得到8大金屬元素之間的相關(guān)程度,從而得到污染的來源主要是工礦企業(yè)和汽車尾氣。運用特異函數(shù)得到X方向和Y方向上的金屬元素濃度變化趨勢。使用二維差值得到污染源的大體位置,即圖中等濃度線最密集區(qū)
3、域。污染源位置的確定對于環(huán)境整治有重要指導(dǎo)作用。最后,本文討論了本模型的改進方向,和改進模型。關(guān)鍵詞:土壤重金屬;污染;內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù);二維差值17一、問題的背景和重述1.1問題背景隨著城市經(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
4、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8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8種元素的背景值。1.2問題重述(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,說明重金屬污染的主
5、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、模型假設(shè)考慮到現(xiàn)實中重金屬元素的擴散收到多方面因素的影響,為使計算簡化,先對模型進行簡化。(1)每一采樣點獲得的數(shù)據(jù)都可靠,不需剔除個別數(shù)據(jù)。(2)當(dāng)?shù)氐乃臍庀蠓€(wěn)定,無重大地質(zhì)變化。三、符號說明土壤中污染物的污染分指數(shù);內(nèi)梅羅(N.L.Nemerow)綜合污染指數(shù);土壤中污染物實測含量;污染物的評價標(biāo)準(zhǔn);污染物的背景值;污染物的標(biāo)準(zhǔn)差
6、;17污染物中污染指數(shù)最大值;四、模型分析4.1.1八種主要重金屬元素在該城區(qū)的空間分布五大功能區(qū)的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)相對散亂,數(shù)據(jù)間距互不相同,但與重金屬含量數(shù)據(jù)一一對應(yīng)。可以對地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)和土壤重金屬含量數(shù)據(jù)進行二維插值,以得到區(qū)域平面圖和8種主要重金屬元素在該城區(qū)的空間分布。4.1.2該城區(qū)內(nèi)不同區(qū)域重金屬的污染程度各采樣點所獲得的重金屬數(shù)據(jù),基本能夠反映出城區(qū)的重金屬污染情況,可以運用單因子評價中的分指數(shù)法逐一計算每種重金屬元素的污染分指數(shù)。由于單因子污染指數(shù)只能分別反映單個污染物的污染程度,不能全面、綜合地反映多種污染物的整體
7、污染水平,故可采用內(nèi)梅羅(N.L.Nemerow)綜合污染指數(shù)法對各區(qū)域的污染程度進行綜合評價。4.2重金屬污染主要原因一般地認(rèn)為,我國的污染主要來自工礦企業(yè)、交通運輸業(yè),居民造成的生活垃圾污染影響較小。而工廠所產(chǎn)生的重金屬污染受其原料、產(chǎn)品、工藝決定,往往集中在幾種互相關(guān)聯(lián)的元素。同樣地,交通運輸業(yè)所產(chǎn)生的重金屬污染決定于成品油。所以可以用因子分析法尋找重金屬污染的原因。4.3重金屬污染物的傳播特征并確定污染源地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)中的變異函數(shù)能夠較好地描述區(qū)域化變量的空間分布結(jié)構(gòu)性與隨機性特征,從而使針對區(qū)域化變量的空間變異性分析得以實現(xiàn)
8、。重金屬濃度數(shù)據(jù)相對與地理數(shù)據(jù)一一對應(yīng),可在地圖上繪出重金屬污染物等濃度線,并與變異函數(shù)結(jié)合,以判斷污染源的位置。五、模型的建立與求解5.1.1八種主要重金屬元素在該城區(qū)的空間分布已獲得的離散地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)和對應(yīng)的重金屬濃度數(shù)據(jù),與整體城區(qū)面積相比數(shù)