城市表层土壤重金属污染分析(第二组).docx

城市表层土壤重金属污染分析-2011A摘要首先，我们用MATLAB编程插值拟合出该城市8种重金属的浓度分布空间图；然后，用潜在生态危害指数法对城市5个不同区域的污染程度进行分析评价。首先，我们用阈值的方法求出8种重金属元素在5个不同区域中分布的差异性，找出差异性小的两种元素划分为一类；然后，利用问题（1）中求得的浓度分布空间图，找出同一类的两种元素分布最多的区域；最后，结合区域特征分析出产生该类元素的原因。关键字：一、问题重述1.1问题背景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益突出。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的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，城区一般可以分为生活区、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。1.2目标任务现对某城市城区土壤地质环境进行调查。为此，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。附件1列出了采样点的位置、海拔高度及其所属功能区等信息，附件2列出了8中主要重金属元素在采样点处的浓度，附件3列出了8种主要重金属元素的背景值。现要求通过建立数学模型来解决以下问题：(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、模型的假设1.假设重金属的污染程度主要体现在对生态系统的危害上。2.假设在取样点范围内重金属的浓度不会突变。3.假设重金属在土壤中的传播主要以对流为主。 三、符号说明表层土壤重金属元素实测含量，为该元素的背景值，重金属的毒性响应系数，某一点沉积物多种重金属综合潜在生态危害指数，时刻位于点处的物质浓度，时刻时点处的通量，时刻之前沿着经过点的特征线上的浓度，位置处的地形高度。四、问题的分析4.1问题（1）的分析 问题（1）要求我们给出8中重金属元素在该城区的空间分布，并分析不同城市区域的重金属污染程度。我们可以利用附件中的数据插值拟合出8种不同重金属元素浓度的空间分布图，再对城市5个不同区域利用重金属元素危害指数划分污染程度等级。4.2问题（2）的分析 问题（2）要求我们通过分析附件中数据，指出重金属污染的主要原因。我们注意到不同的生活行为产生不同的重金属元素，这其中存在一一对应关系，因袭可以利用重金属元素的分布情况找出源头区域，再结合区域特征分析原因。4.3问题（3）的分析 问题（3）要求我们分析重金属元素传播的特征，由此建立模型，确定污染源的位置。通过查阅资料，我们知道雨水作用是重金属在土壤表层中传播的主要原因之一，因此，我们尝试建立对流模型来确定污染源的位置。4.4问题（4）的分析问题（4）要求我们先对问题（3）建立的模型进行评价，并提出为了更好地研究城市地质环境的演变模式，该收集哪些信息，以及如何建立模型解决问题。研究地质环境演变的过程，是动态的过程，由于题目中所给信息量明显不足，所以问题（3）所建立的模型无法准确地找出污染源位置。我们认为可以综合考虑城市的地质结构、天气状况等自然因素，收集不同时期该城市的土壤成分数据，这样能较好地研究地质环境演变的过程。五、模型的建立与求解5.1问题（1）的模型建立与求解问题要求我们利用附件1中的数据，求解给出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。5.1.1重金属元素的空间分布---interp2二维数据内插值首先，我们利用附件1中的数据作出8种重金属元素的空间分布图。由于所给数据都是单一的点，呈现不规则性，为了能更好地反映8种重金属元素的空间分布情况，我们采用MATLAB软件中的interp2二维插值数据内插值来作图，得到8种重金属元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn在城区内的空间分布如图一（其中，各个位置的金属元素的浓度用颜色加以区分）：图一:8种重金属元素浓度的空间分布情况 由图一可知，该城市内各区域重金属元素Cd、Cr的浓度普遍较高；重金属元素As、Hg、Zn集中分布在工业区，其次交通区也较多；重金属元素Cu、Ni、Pb