城市区域污染.docVIP

湖北汽车工业学院201年 承 诺 书 岩石圈、水圈和大气圈组成的 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？ 问题分析 问题一是要求给出8种重金属元素在该城区的空间分布，并分析不同区域重金属污染程度，我们可以通过运用MATLAB软件绘制出采样点的三维空间分布图，并配以直观反映8种重金属元素在各区域浓度大小的等高线图，来表示8中重金属元素的空间分布；我们使用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数法，计算该城区不同区域的重金属的综合污染指数，来比较不同区域的重金属污染程度。 问题二我们分析确定重金属污染的原因要从两方面着手，一要得出各金属对每个区域 的污染影响程度，第一问中我们求出的单因子污染指数可以反映金属元素对区域的污染的影响，二是要计算出每个区域中重金属元素之间的相关性，以研究某几种重金属元素在分布和来源上的联系，结合这两点我们可以得到各区域污染的主要重金属元素，通过查阅资料来分析这些重金属的主要来源，从而得到各区域污染的主要原因。 3、问题三是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。 我们首先考虑根据所给情景及数据进行分析，分析重金属污染物的传播途径 为大气，地表径流，从而建立模型，得到污染物浓度与污染源以及坐标的关系式，再结合问题已中所画的各金属元素的浓度等高线图从而计算出污染源的位置。 4、问题四是研究城市地质环境的演变模式，我们首先通过查阅资料我们了解了地质环境及其演变环境的特征，确定研究所需要的数据类型，我们可以根据《地质环境质量评价标准》，再采用层次分析法来确定评价指标的权重，从而确定这些因素对城市地质环境的演变的影响程度，进而得出城市地质环境的演变模式。 三．问题假设 假设各区域重金属污染物分布稳定，污染物的排放速率也一定； 假设污染物在环境中的转移、分解过程不变； 假设风的平均流场稳定，风速均匀，风向平直； 假设污染物的浓度在y、z轴方向符合正态分布； 假设污染物在输送扩散中质量守恒； 四、符号说明 表示区域i内第j种重金属元素的环境质量指数； 表示区域i内第j种重金属元素的浓度的平均值； 表示第j种重金属元素的评价标准； 表示内梅罗综合污染指数； 五、模型的建立及求解 （一）、重金属元素的空间分布及内梅洛污染指数模型 1、重金属元素的空间分布 为了反映8种重金属元素的空间分布，我们使用MATLAB软件绘制出如下的8个等高线图，将各金属元素的浓度投影到坐标平面上，并配以色谱条，以颜色变化反映浓度变化；为了更好地表现采样点的空间分布，我们绘制出了采样点的三维空间分布图。根据题目所划分的五个区域，即1类区（生活区）、2类区（工业区）、3类区（山区）、4类区（主干道路区）、5类区（公园绿地区），在图上作上标记。 用MATLAB绘制出的8种重金属元素的浓度投影到坐标平面的等高线图如下： 采样点的三维空间分布图如下： 2、内梅罗污染指数模型 内梅罗污染指数是当前国内外进行综合污染指数计算最常用的方法之一。本模型中，我们采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法，来比较不同区域重金属的污染程度。我们先计算出各区域内各重金属元素单因子污染指数，见表一，再计算内梅罗综合污染指数，见表二。 a、计算单因子污染指数 单因子污染指数计算公式为： (i=1、2、3、4、5，j=1、2......8) 式中表示区域i内第j种重金属元素的环境质量指数，表示区域i内第j种重金属元素的浓度的平均值，表示第j种重金属元素的评价标准。 计算得到的单因子污染指数如下表： 表一 As μg/g Cd (ng/g) Cr (μg/g) Cu (μg/g) Hg (ng/g) Ni (μg/g) Pb (μg/g) Zn (μg/g) 生活区 1.762 2.236 2.264 3.831 2.751 1.500 2.263 3.520 工业区 2.014 3.024 1.722 9.661 18.353 1.601 3.001 4.028 山区 1.123 1.171 1.265 1.312 1．170 1.265 1.179 1.062 主干道区 1.585 2.769 1.872 4.713 12.766 1.432 2.0