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城市表层土壤重金属污染分析

（天津农学院范锐谦、谢超、陈健涛 指导教师穆志民）

摘 要

本文主要研究城市表层土壤重金属污染分布及传播的问题。首先通过修正的内梅罗指数法对不同区域重金属污染程度分析，其次从三个方面对重金属污染的主要原因进行分析；并根据参照模型分析重金属污染物的传播特征，建立模糊寻源模型来确定污染源位置。最后，对模型进行评价并加以推广，以便更好地研究城市地质环境的演变模式。

问题一：首先，以五大城市功能区为依据，对附件一、二中的数据进行分类

汇总，作出并分析地形图及每种重金属元素的浓度分布图，可知浓度分布的空间

特征为：在传播过程中，污染物浓度迅速减小且分布不均。其次，本文引进入修正的内梅罗综合指数法对不同区域重金属污染程度进行分析，可得：工业区和主干道路区为重度污染，生活区和公园绿地区为中度污染区，ft区为轻度污染区。污染程度排列顺序为：工业区，主干道路区，生活区，公园绿地区，ft区。

问题二：从污染物浓度随海拔变化、不同功能区同一重金属污染程度、同一

功能区不同重金属污染程度以及不同重金属元素毒性强弱四个方面来作单因素

比较，分析重金属污染的主要原因：

可得重金属污染是由于西南部平原地区污染物大量排放、工业区和主干道路区污染物的大量排放以及由于含有Hg、Cd、Cu的污染物大量排放引起的。

问题三：首先，利用修正后八种重金属的权重，做出该城区采样点的综合污

染指数分布图；其次，通过相关系数分析重金属污染来源的相近性，找出污染源

的模糊位置；同时，我们以高斯烟羽模型和扩散模型为参照模型，得出当任意两点到污染源的距离相等时，其土壤重金属的污染程度是相同的结论。

在此结论基础上建立模糊寻源模型，在重金属污染综合指数分布图上，运用几何作图法，算出等浓度点圆心散点集合的坐标值，再利用LINGO软件对多个近似源的坐标做非线性规划，得到污染源的中心点，以平均距离l为污染源区间半径，最终确定污染源区间。

A区源1污染区间：(x?1991.5)2?(y?3279.9)2?89.52

A区源2污染区间：(x?3335.3)2?(y?5774.2)2?154.32

B区 污染区间：(x?13641.4)2?(y?9654.6)2?14.92

问题四：模型评价与推广

针对问题三所建立的模糊寻源模型，从多个角度进行评价。同时，为了更好

地研究城市地质环境的演变模式，本文从土壤的角度选取三个指标，将研究范围扩展到城市深层土壤，建立城市地质环境演变模型，实现模型的推广。

本文的亮点在于，使用修正的内梅罗指数法可以显著减小个别数量级差异极大离群个体对整体样本的影响，使结果更加合理、准确。而在模糊寻源模型中，本文参考已有的模型得出的结论，创造性地将较为抽象的寻源问题转化为几何作图和非线性规划的最佳选址问题，从而优化了模型的算法，降低了模型求解的难度。

关键字： 修正的内梅罗指数法 相关系数 模糊寻源模型

问题分析

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。

题中的城区分为生活区、工业区、ft区、主干道路区及公园绿地区，不同的区域环境受人类活动影响的程度不同。本文就是要以该市区为例，首先通过分析浅层次的不同区域的污染程度及污染原因，概括该市区重金属污染的特点；在此基础上分析深层次的重金属污染物的传播特征并寻找污染源范围，最终推广到城市表层重金属污染及地质环境演变模式的研究中。

问题一，在该市采样点空间分布和地形的基础上绘制不同种类的重金属元素的浓度分布，在分析重金属元素浓度分布特点时，归纳共同特点，便于下文的分析；在分析不同区域重金属的污染程度时引入修正的内梅罗综合指数法，能有效减小个别数量级极大的离群个体对整体样本影响，使结果更加合理。

问题二，本文从各功能区海拔、不同功能区和不同重金属元素横纵向对比、不同重金属元素毒性三个方面来分析重金属污染的主要原因，这样既充分利用了所给数据，又涵盖了多个方面。对各功能区海拔与综合污染指数的相关性分析很好的将问题量化，得出的结果也很有说服力，而不同功能区和不同重金属元素横纵向对比则很好的兼顾综合功能区与金属元素两方面的因素。

问题三，土壤重金属污染主要来源分为三种：分别是大气中重金属的沉降，重金属废弃物的堆积以及污水的排放。以高斯烟羽模型和扩散模型作参照，分析根据修正后的八种重金属的污染权重而做出的该城区每个采样点的综合污染指数分布图，得出离污染源距离相等时，土壤重金属的污染程度是相同的。在此结论基础上，找