城市表层土壤重金属污染分析l论文.doc

城市表层土壤重金属污染分析 摘 要 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，则显得尤为重要。文章将主要通过建立相关数学模型，对城市表层土壤重金属含量及土壤污染程度进行分析研究，探索污染成因，进而寻求解决或减少污染的方法。 针对问题一，通过运用空间变量分析的理论方法，对某城市各功能区表层土壤分别进行采样，测定八种主要重金属元素在城市各功能区的浓度。进而得到八种重金属元素在城市的空间分布情况，同时，运用Kriging插值法结合以测定的城市各功能区的各重金属浓度，运算得到整个城市的八种主要重金属浓度。将其对比国家标准对比，最终求得城市重金属污染程度。 针对问题二，对重金属元素进行特征分析，结合问题一中所得各重金属在城市的空间分布状况，总结出该地区重金属含量分布特征，并根据这一特征通过数据处理得到各重金属浓度的变化特性。分析得出重金属污染的原因，人为原因和自然原因。 对问题三，利用前两问所得重金属含量和分布特征，利用流体力学微分模型，分析得到重金属污染物的传播特性。在问题一的分布图上，精确插值，用克里金法建立模型，进一步得到八种重金属污染源位置。 对问题四处理。分析讨论重金属污染物在土壤中传播外，重金属在空气中的传播情况，建立空气动力学微分模型。最后得到城市生态环境演化模型。 [关键词]：重金属污染 kriging法 流体力学微分模型 空间变异性 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。 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种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。 现要求你们通过数学建模来完成以下任务： (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 问题分析和构思 对问题一的分析： 城区按功能化分为生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区五个区域，分别记为1类区、2类区、3类区、4类区、5类区，不同的区域环境受人类活动影响的程度不同。不同区域重金属分布不同，体现在采样点得到的重金属浓度。已知采样点的具体位置和8种主要重金属元素在采样点处的浓度，就能得到8种主要重金属元素空间分布图。 分析区域的综合污染程度，就事先分析单因素的重金属对该地区分布情况。将区域内每种重金属含量与土壤的背景值对照分析，得到每种重金属在这个区域污染状况。综合所有重金属污染得到区域综合污染情况，将其对比国家标准得到区域内的综合污染程度。 对问题二的分析： 在已知样点位置、重金属含量情况，分析得到的金属区域空间分布图，根据图了解重金属含量分布特征。处理数据，可得到重金属含量变化特征。同时分析重金属的变异性和相关规律，结合功能区域重金属分布背景。就可分析出金属主要污染原因。 三 题目假设 题目所给的数据都是真实可信的。 土壤重金属污染只有八种 重金属污染向各方向变异相同 液体必须要在一定渗透性的土壤流动。 重金属离子与土壤中矿质的反应缓慢。 四 符号说明 针对问题一求解的符号说明 ：土壤环境中污染物的单项污染指数 ：土壤环境中污染物的实测数据 ：污染物的评价标准值（土壤的背景值） ：是以为间距的所有观测点的成对数目 ：为半方差，描述和之间的关系图被称为变差图 五 模型建立与求解 1.对问题一的建模和求解 1.1空间变异性分析和Kriging插值的理论方法 空间变异性分析：半方差函数用来描述区域变化结构性和随机性，