城市表层土壤重金属污染分析.docx

城市表层土壤重金属污染分析摘要随着城市工业化水平的加快除了医疗器械、冶金、化工生产、电子等诸多行业有大量重金属排出人们的日常生活农业用药以及交通尾气等也使排污量的大量增加汞、铅、铬、铜等重金属污染已成为一个世界性难题。土壤中重金属的富集会导致环境污染对植物生长安全及人体健康等构成直接危害。因此研究城市土壤中重金属的分布与污染问题有着越来越重要的现实意义。针对问题一利用Matlab软件插值绘制出城市功能区分布图、海拔图和重金属元素等浓度曲线图得到了各重金属元素的空间分布；运用内梅罗综合指数结合国家土壤重金属含量二级标准对比分析得出结论：工业区、交通区的重金属污染程度较大。针对问题二基于统计学方法使用平均值、标准差、变异系数、偏度和峰度分析8种元素在各功能区的污染情况和分布特点得到重金属污染的主要原因是工厂废物排放和汽车尾气的排放。针对问题三基于气体扩散理论建立重金属污染物的指数分布模型；运用ArcGIS软件绘制各重金属元素浓度的直方图、QQ-PLOT图、空间趋势图以及半变异函数图像分析出重金属污染物的传播特征从而选定出指数范普通克里格插值为重金属元素的最优插值模型。利用Matlab软件对插值生成的数据进行分析画出梯度矢量图准确确定出8种重金属污染源的位置。针对问题四在问题三的模型基础上引入时间变量通过高斯公式来研究城市地质环境的演变模型拟需要不同时间段的数据材料。关键词：土壤重金属污染空间分布地统计分析ArcGIS内梅罗指数克里格插值一问题重述随着城市经济的快速发展和城市人口的不断增加人类活动对城市环境质量的影响日显突出。对城市土壤地质环境异常的查证以及如何应用查证获得的海量数据资料开展城市环境质量评价研究人类活动影响下城市地质环境的演变模式日益成为人们关注的焦点。按照功能划分城区一般可分为生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区等分别记为1类区、2类区、……、5类区不同的区域环境受人类活动影响的程度不同。将所考察的城区划分为间距1公里左右的网格子区域按照每平方公里1个采样点对表层土（0~10厘米深度）进行取样、编号并用GPS记录采样点的位置。应用专门仪器测试分析获得了每个样本所含的多种化学元素的浓度数据。另一方面按照2公里的间距在那些远离人群及工业活动的自然区取样将其作为该城区表层土壤中元素的背景值。请运用数学建模的分析方法来完成以下任务：(1)给出8种主要重金属元素在该城区的空间分布并分析该城区内不同区域重金属的污染程度。(2)通过数据分析说明重金属污染的主要原因。(3)分析重金属污染物的传播特征由此建立模型确定污染源的位置。(4)分析你所建立模型的优缺点为更好地研究城市地质环境的演变模式还应收集什么信息？有了这些信息如何建立模型解决问题？二模型假设1、忽略海拔对重金属浓度的影响。2、所给数据无坏值。3、取样点分布均匀各区域的个数可以代表区域面积。4、该城市内的土壤ph值呈中性且为旱地。5、重金属元素随废气、粉尘传播的速率为常数。三符号说明符号意义第种重金属污染元素污染物的环境实测值污染物的评价标准P综j第j个功能区的内梅罗指数土壤污染中污染指数的最大值土壤污染中污染指数的平均值C重金属元素的浓度扩散系数grad梯度q单位时间通过单位法向长度的流量Q总流量p0σ内污染物浓度的单位面密度k重金属元素污染的传播速率四模型的建立与求解4.1任务一的分析与解决4.1.1任务一的分析任务一的关键是如何给出8种主要重金属元素在该城区的空间分布并分析该城区内不同区域重金属的污染程度。论文中运用ArcGIS软件插值绘制出8种重金属元素在该城区的空间分布图像并按划分好的5种功能区对各区域中的重金属污染物程度进行了定量描述。为了全面反映各污染物对土壤的不同作用突出高浓度污染物对环境质量的影响克服平均值法中各个污染物分担的缺陷论文中采用了内梅罗综合污染指数法能较全面地反映环境质量水平。4.1.2任务一的解决论文中利用已知的取样点坐标值及其所在的功能区域编号运用Matlab软件绘制出该城市的功能区域分布图像及海拔图（见附录一）图中用不同颜色表示了城市中的5个功能区域（如下图）。通过对功能区分布图和8种元素的浓度分布图进行比较分析我们可以得到各元素在市内的分布情况具体分析如下：图1功能区分布图图3Cd浓度分布图图2As浓度分布图由上图我们可以看出受As元素影响较大的区域主要集中在山区、工业区以及交通区并且从图像中还可以得知As的分布范围比较广泛；Cd元素影响较大的区域主要集中在山区、交通区部分生活区由于靠近交通区也受到了较大影响。此外从曲线的分布范围来看该元素分布范围十分广泛几乎遍及了这个城市大部分地区。可以推测这两