城市表层土壤重金属污染分析数模论文.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。通过对城市土壤重金属的调查，应用数学方法对数据进行处理。得到城市环境质量的演变，已是人们日益关注的焦点。 附件一中给出了大量数据，用MATLAB对数据进行分析，应用插值法建立图形进一步分析得出生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区均有不同程度的重金属污染。通过均值法，算出不同区域内各种重金属元素的污染程度。本文利用对城市环境异常的原因的查证，在各个养点取得相关数据，并利用MATLAB等数学软件画出图像进一步分析其污染原因，污染源、传播特征等，进而讨论出有效的解决方案。 对于问题一我们利用MATLAB二维函数分别绘出八种重金属元素浓度等高线，分析比较讨论出各区域各元素的浓度得出污染程度，由元素浓度的差异反映在图像上颜色饱和度的差异确定出污染的扩散情况。 对于问题三，通过MATLAB，在离散的情况下，利用GRIDDATA函数插值，采用直接比较法求矩阵极值，找到各重金属元素浓度矩阵的极大值与x、y的关系，在误差允许范围内，确定出污染源的具体位置。根据该市不同功能区分析出重金属污染的主要原因。 关键词：土壤重金属污染分析、GRIDDATA插值法【2】、直接比较法求极大值 问题分析 对于问题一，利用MATLAB这一数学软件结合附件所给数据绘出样本点的空间位置图，各重金属元素在各功能区的分布图，分析得出该城区不同区域重金属的污染程度。对于问题二，同样利用MATLAB结合相关数据，绘出浓度等高线由颜色深浅及功能区、及人类活动分析重金属污染的主要原因。对于问题三，由绘出图形颜色深浅确定污染源的位置。对于问题四，由图形联系实际生活分析数据，思考本题针对表层土（0~10厘米深度）分析，可进一步收集更深一些土壤的数据。分析更多全面数据优化模型。 问题重述 对于城市表层土壤重金属污染的分析，目的在于在将来经济发展良好的同时有一个较为绿色的土壤环境。由题中给出的数据可分析八种主要重金属在该城区的空间分布，并分别析不同区域八种重金属的污染程度。经缜密分析研究讨论数据，分析出重金属污染的主要原因，包括其来源、扩散程度、人类活动对其影响。根据不同金属对不同区域污染程度的差别及污染域的不同分析出各金属的传播特征，由此确定污染源的位置。由对数据的分析，结合模型与实际情况，探索模型的优缺点，由地质环境收集更多有效信息，改善建立更优模型。 模型假设 假设题目中所给的数据真实可靠，而且是在随机状态下获得的； 误差在所允许的范围内，选取该地分析能代表该城市； 所建数学模型合理有效； 4、取样点的数据较好的反映了该地区的污染物浓度。 5、在短期内该城区重金属浓度不是发生太大变化。 四、符号的定义与说明 【注】 = 1 \* GB2 ⑴ 功能区 1 生活区 2 工业区 3 山区 4 交通区 5 公园绿地区 = 2 \* GB2 ⑵ Pi（i=1,2，…，8），Pi为两行n（n为各元素浓度矩阵的极大值的个数）列的矩阵。 = 3 \* GB2 ⑶标准偏差公式：S = Sqrt[(∑(xi-x拔)^2) /（N-1）]公式中∑代表总和，x拔代表x的均值，^2代表二次方，Sqrt代表平方根。 五、 模型的建立与求解 问题一： 【注】图中颜色深浅代表不同的重金属浓度 图一 图一：元素As在各功能区的浓度分布图 图三：元素Cd在各功能区的浓度分布图 图四：元素Cr在各功能区的浓度分布图 图五：元素Cu在各功能区的浓度分布图 图六：元素Hg在各功能区的浓度分布图 图七 元素Ni在各功能区的浓度分布图 图八元素Pb在各功能区的浓度分布图 图九 元素Zn在各功能区的浓度分布图 重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。重金属污染主要表现在水污染中，还有一部分是在大气和固体废物中。重金属的污染主要来源于工业污染，其次是交通污染和生活垃圾污染等。工业污染大多通过工业废渣、废水、废气的排除致使环境中的重金属含量大幅度增加，影响人们身心健康。， 由以上八图分析可得在工业区、交通区较其他功能区重金属污染程度较高。As的污染程度在生活区、工业区和交通区的程度较高，而砷是人体必不可少的元素，环境中砷的浓度严重影响人的身心健康。Cd在工业区和交通的以及生活区的污染程度相对较高。Cr在生活区部分工业区、交通区污染严重，在其他区域有轻度污染。Cu、Hg在生活区污染最为严重，交通区等地有轻度污染。另外Hg在工业区的污染程度也相对较高。Ni在生活区的污染严重。Pb在部分交通区和工业区污染严重。Zn在生活区污染最为严重，在交通区和工业区污染程度也相对较高。 问题二： 重金属污染由指重金属或其化合物造成的环境污染。重金属主要由采矿废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。因人类