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《數學建模論文-城市表層土壤重金屬污染分析模型》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、城市表層土壤重金屬污染分析模型摘要本文針對城市地質演變受人類活動影響所引發(fā)的土壤重金屬污染問題,依據附件中給出的數據,先用surfer軟件繪制出各主要重金屬元素的空間分布三維曲面圖,接著通過單因子指數法、內梅羅綜合污染指數法與潛在生態(tài)危害指數法,對不同區(qū)域內的重金屬污染程度進行分析;再通過變異系數法,結合實際,找出污染產生的主要原因;然后結合土壤溶質運移的基本理論,運用多元非線性擬合,建立模型,確定出污染源的位置及其坐標;最后將模型由二維推廣至三維。針對問題1,先運用surfer軟件繪制出8種主要重金屬元素在該城區(qū)的空間分布三維曲面圖,再從污染指數角度,通過單因子指數法
2、反映出不同區(qū)域內的重金屬污染程度,并用內梅羅綜合污染指數法,全面分析各污染物對土壤的不同作用,突出高濃度污染物對環(huán)境質量的影響,得到結果如下:區(qū)域第1區(qū)第2區(qū)第3區(qū)第4區(qū)第5區(qū)綜合污染指數3.170613.18961.25829.42552.6600污染等級重污染重污染輕污染重污染中污染從生態(tài)危害角度,用潛在生態(tài)危害指數法得出各功能區(qū)內8種重金屬元素的綜合生態(tài)危害等級:第1區(qū)第2區(qū)第3區(qū)第4區(qū)第5區(qū)綜合中等極強輕微極強中等針對問題2,根據問題1中所求得的不同功能區(qū)內的重金屬污染程度,結合各功能區(qū)自身的特點,比較分析,得出重金屬污染的主要原因為:工廠生產與交通污染。針對問
3、題3,先由土壤溶質運移的基本理論,分析重金屬污染物的傳播特性,由此確立傳播系數,運用多元非線性擬合,建立模型,結合surfer軟件繪圖,從而使用matlab編程確定出污染源的位置及其坐標為:元素污染源坐標As(18367,10475)、(11965,2756.3)Cd(21391,11613)、(2100.6,2714.9)、(6423.1,1913.3)Cr(4353.1,65.015)、(4474.2,4358.4)Cu(4248.1,179.43)、(1838.1,3317.3)Hg(14901,9379.7)、(13501,2361.6)、(2766.5,246
4、9.8)、(1777,2662.2)Ni(6425.5,1914.3)Pb(2433.7,1348.5)、(4506.3,5270.5)Zn(13576,9598.3)、(9754.5,4686.8)針對問題4,評價了問題3中模型的優(yōu)缺點后,確定出還應收集的信息包括土壤密度、土壤含水率、土壤的橫縱向彌散系數等參數,利用土壤溶質運移方程建模求解,最終得到三維的土壤溶質運移方程。關鍵詞:重金屬surfer軟件污染指數變異系數溶質運移一、問題重述隨著城市經濟的快速發(fā)展和城市人口的不斷增加,人類活動對城市環(huán)境質量的影響日顯突出。對城市土壤地質環(huán)境異常的查證,以及如何應用查證獲得
5、的海量數據資料開展城市環(huán)境質量評價,研究人類活動影響下城市地質環(huán)境的演變模式,日益成為人們關注的焦點。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),不同的區(qū)域環(huán)境受人類活動影響的程度不同?,F對某城市城區(qū)土壤地質環(huán)境進行調查。為此,將所考察的城區(qū)劃分為間距1公里左右的網格子區(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。應用專門儀器測試分析,獲得了每個樣本所含的多種化學元素的濃度數據。另一方面,按照2公里的間距在那些遠離人群及工業(yè)活動的自然區(qū)取樣,將其
6、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列出了8種主要重金屬元素的背景值?,F要求通過數學建模來完成以下任務:(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)內不同區(qū)域重金屬的污染程度。(2)通過數據分析,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環(huán)境的演變模式,還應收集什么信息?有了這些信息,如何建立模型解決問題?二、問題分析人類活動對城市環(huán)境質量的影響日
7、益突出,使得對人類活動影響下城市地質環(huán)境演變模式的調查,顯得日益重要。題中給出了采樣點的位置、海拔、空間分布信息,8種主要重金屬元素在采樣點出的濃度以及各自的背景值。要求給出各重金屬元素在該城區(qū)的空間分布,結合數據分析不同區(qū)域的重金屬污染程度以及重金屬污染的主要原因,并建立模型分析污染源的傳播特征,確定污染源的位置,最終對模型加以改進與推廣,以更好地研究城市地質環(huán)境的演變模式。首先,為了更加直觀地表示出8種重金屬元素在該城區(qū)各自的空間分布,可以運用surfer軟件繪制各元素對應的三維曲面圖。由污染指數角度看污染程度,通過單因子指數法與內梅