重金属元素对城市土壤环境的影响.doc

重金属元素对城市土壤环境的影响 摘要：文中主要研究了重金属的分布对于城市土壤地质环境的影响，通过题中所给数据以及资料显示，建立相应的模型。针对问题一，通过软件分别作出该城区的地形分布图、每种重金属元素的空间分布图，并建立梅罗综合污染指数评价模型，得出不同区域重金属的污染指数，由污染指数进一步得出该城区重金属的污染程度；针对问题二，通过问题一得出八种重金属元素的浓度，通过得出五个区域内八种元素污染程度的比重，结合污染程度及图表进而分析出重金属污染的主要原因；针对问题三，污染物的传播方式主要为土壤、空气、水传播，并且传播方式可相互转化，对传播范围进行时间和空间的重叠得出传播范围，对污染范围进行分析，将各重合的点确立为传播源；针对问题四，通过以上的建模过程，总结出该模型的优缺点。在研究城市地质环境演变模式这一问题中，通过地质环境的影响因素分析，运用层次分析法计算出每种影响因素的权重，最后根据参数值确立地质环境演变模式。 关键词：；空间分布图；梅罗综合污染指数评价模型 ； 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。现对某城市城区土壤地质环境进行调查。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，并用记录采样点的位置。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）分析数据，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.假设所给的采样点的数据都准确可靠。 2.假设所给采样点的数据能够很好的反映实际情况。 3.假设所测量每个地区的重金属浓度等于其各个测样点重金属浓度的平均值。 4.假设面源污染源可以由点源污染源的集合构成。 5.假设面源污染源等同于圆形污染源。 6.假设忽视海拔高度对重金属的传播特征的影响。 三、符号说明 土壤中重金属的污染指数 土壤中重金属的实际测量值 土壤中重金属的背景值 区域的综合污染指数 第城区地质环境的影响因素的参数值 城区的地质环境等级参数值。 四个特征值对应参数所对应的权重 四、模型的建立与求解 4.1问题一 4.1.1模型一的分析 分析题中附件一所给数据，用软件对数据进行二次插值，即可画出城区二维分布图。 分析题中附件一和附件二所给数据，用软件对数据进行三维曲面绘图，可得到城区立体图（见附录）、重金属在采样点浓度的立体图（见附录）和平面图。 对所得到的立体图和平面图分析即可得到8种主要重金属元素在该城区的空间分布。可参照梅罗综合污染指数评价模型，先计算不同区域重金属的污染指数，再根据污染指数大小判断不同区域重金属的污染程度。 4.1.2模型一的建立 用软件对附件一中第一列和第二列数据进行二次插值画图，得到城区二维分布图如下图1所示： 图1 由图1可知： 工业区主要集中在城西北边缘地带；山区主要分布在城区东北方向；交通区主要集中自在城区腹部；而生活区和公园绿地区则穿插其中，且西南边缘地区较集中。 用软件对附件一中第一列和第二列数据和附件二中As浓度数据进行二次插值画图，得到重金属As在此区域等浓度分布图如下图2所示： 图2 由图2分析可知，重金属As交错分布，浓度大约都在5.63(μg/g)和 2.70(μg/g)左右，只是在一些生活区和工业区出现富集现象。 同理，可得其他几种重金属在此区域等浓度分布图分别如图3-9所示： 图3 由图3分析可知，重金属Cd分布相对均匀，浓度大约都在102.7(μg/g)左右，只是从东南向西北有递增趋势，且在工业区、一些生活区和交通密集区存在较高值。 图4 由图4分析可知，重金属Cr分布均匀，浓度大约都在43.35(μg/g)左右，只是在部分交通区和工业出现富集现象。 图5 由图5分析可知，重金属Cu分布均匀，浓度大约都在36.71(μg/g)左右，只是在西南边缘一些生活区和工业区出现富集现象。 图6 由图6分析可知，重金属Hg分布较均匀，且浓度大约都在75.74(μg/g)左右，只是在一些交通区和生活区出现富集现象。 图7 由图7分析可知，重金属Ni分布较均匀，且浓度大约都在16.17(μ