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1、城市表層土壤重金屬污染評價與分析模型摘要隨著城市經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市人口的不斷增加，人類活動對城市環(huán)境質(zhì)量的關(guān)注日益增加。本文針對城市表層土壤重金屬污染問題，由淺入深，大膽假設(shè)，靈活運用MAPGIS，MATLAB，EXCEL多種軟件，以內(nèi)梅羅指數(shù)和地質(zhì)累積指數(shù)為評價標準，運用主成分分析和模糊聚類思想，分析了不同區(qū)域的重金屬污染程度及原因，并利用數(shù)據(jù)分析方法，確定出污染源的位置。最后模擬搜集更多有效信息，對地質(zhì)環(huán)境的演變模式進行進一步研究。針對問題一，我們首先采用Kriging最優(yōu)內(nèi)插法，利用MAPGIS軟件分別做出5個功能區(qū)在城區(qū)的位
2、置分布圖及8種重金屬元素空間分布圖，以顏色深淺對重金屬污染程度進行直觀表現(xiàn)，并將兩種分布圖進行對比，得到8種重金屬的具體分布區(qū)域（見表3）。其次建立模型Ⅰ—污染指數(shù)評價模型，分別利用內(nèi)梅羅和地質(zhì)累積指數(shù)對重金屬污染進行多因子評價，并結(jié)合兩種指數(shù)的評價標準，對8種重金屬污染程度進行等級劃分，得出山區(qū)8種重金屬污染指數(shù)均為負值，幾乎無污染。其他區(qū)域重金屬的污染程度各不同，其中工業(yè)區(qū)重金屬污染程度順序為：Hg?Cu?Zn?Cd?Pb?As?Cr?Ni，其他區(qū)域的順序詳見模型Ⅰ的結(jié)果。針對問題二，根據(jù)附件2中的數(shù)據(jù)，運用數(shù)據(jù)分析方法和模糊數(shù)學(xué)
3、理論，分別建立模型Ⅱ—主成分分析模型和模型Ⅲ—模糊聚類分析模型，找出主要的重金屬污染元素，并對8種重金屬進行分類：第一類為Cr、Ni、Cu，第二類為Cd、Pb、Zn，第三、四類分別為As，Hg。再結(jié)合問題一分析出在不同區(qū)域內(nèi)重金屬污染的元素及其主要原因。針對問題三，我們借助自然地理知識，對各類重金屬的傳播特征進行了定性與定量分析，結(jié)合問題一及問題二的結(jié)論，利用數(shù)據(jù)分析方法，建立模型Ⅳ—單因素均值模型，并利用馬氏距離，計算出各采樣點到均值點的距離，取距離最小點為污染源近似中心，再結(jié)合重金屬傳播特征以及超標的重金屬濃度值，分析并確定污染源
4、的位置。如：砷元素的污染源中心有三個，其坐標分別為(6423,8831)，(12734,4015)，(14000,8970)，詳細結(jié)果見表15。針對問題四，首先對模型Ⅳ進行了評價，為研究城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式，至少需要收集1990-2010年城市土壤表層的8種重金屬元素的濃度以及對應(yīng)的背景值，有了這些數(shù)據(jù)后可以采用時間序列方法，對2011-2015年的8種重金屬元素濃度進行灰色預(yù)測，確定出2011-2015年城市地質(zhì)環(huán)境的污染程度，并利用EXCEL軟件做出2011-2015城市的地質(zhì)環(huán)境污染程度趨勢圖，分析城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式，為綜
5、合治理城市重金屬污染提出合理化建議。本文的特色有：1、綜合利用MAPGIS，MATLAB，EXCEL多種軟件進行繪圖，直觀準確；2、將定性與定量分析相結(jié)合，圖表相呼應(yīng)，使得結(jié)果更加清晰；3、模型Ⅴ具有普適性，可以廣泛應(yīng)用于其他城市土壤重金屬污染的分析與研究。關(guān)鍵詞：重金屬污染；主成分分析；模糊聚類；灰色預(yù)測；MAPGIS；MATLAB§1問題的提出一、背景知識1、我國土壤重金屬污染現(xiàn)狀土壤與大氣和水并列為人類環(huán)境的三大要素，而幾乎所有的污染都會進入土壤。我國土壤污染狀況已經(jīng)影響到耕地質(zhì)量、食品安全甚至人體健康，其中最嚴重的就是重金屬污
6、染。從環(huán)境污染方面所講的重金屬一般是指汞，鎘，鉛，鉻，砷等有毒有害物質(zhì)。全國受污染的耕地約有1.5億畝，污水灌溉污染耕地3250萬畝，固體廢棄物堆存占地和毀田200萬畝，合計約占耕地總面積的1/10以上，其中多數(shù)集中在經(jīng)濟較發(fā)達的地區(qū)。二是土壤污染危害巨大。據(jù)估算，全國每年因重金屬污染的糧食達1200萬噸，造成的直接經(jīng)濟損失超過200億元。土壤污染造成有害物質(zhì)在農(nóng)作物中積累，并通過食物鏈進入人體，引發(fā)各種疾病，最終危害人體健康。2、主要重金屬污染的來源重金屬的污染主要來源工業(yè)污染，其次是交通污染和生活垃圾污染。工業(yè)污染大多通過廢渣、廢
7、水、廢氣排入環(huán)境，在人和動物、植物中富集，從而對環(huán)境和人的健康造成很大的危害，工業(yè)污染的治理可以通過一些技術(shù)方法、管理措施來降低它的污染，最終達到國家的污染物排放標準，交通污染主要是汽車尾氣的排放。3、國家對治理重金屬污染的政策國務(wù)院于2011年2月正式批復(fù)《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》，這是我國第一個“十二五”專項規(guī)劃。此次國家總量控制的重金屬主要有五種，即汞、鉻、鎘、鉛和類金屬砷。由于重金屬污染排放的區(qū)域性非常明顯，所以在總量控制指標上，區(qū)分為重點區(qū)域與非重點區(qū)域。未來5年，中央財政將以百億元為單位增加對重金屬污染防治的投資
8、。二、原始數(shù)據(jù)來源（見附錄一）按照功能劃分，城區(qū)一般可分為生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)、主干道路區(qū)（即交通區(qū)）及公園綠地區(qū)等，分別記為1類區(qū)、2類區(qū)、……、5類區(qū)，不同的區(qū)域環(huán)境受人類活動影響的程度不同?，F(xiàn)對某城市城區(qū)土壤地質(zhì)環(huán)
