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1、城市表層土壤重金屬 污染分析摘要本文針對城市表層土壤重金屬污染問題，對8種主要金屬元素在城區(qū)的空間分布、土壤受污染主要原因、傳播特征以及今后如何更好地研究地質(zhì)演變等問題分別建立了模型，并對模型進(jìn)行分析求解。對于問題⑴，通過對數(shù)據(jù)的分析，利用網(wǎng)格曲面插值法，分別擬合出8種重金屬元素空間分布圖。我們利用地質(zhì)累積指數(shù)和內(nèi)梅羅指數(shù)多因子環(huán)境分析法對該地區(qū)的表層土壤8種重金屬污染進(jìn)行綜合評價，并根據(jù)等級評價標(biāo)準(zhǔn)得到綜合污染等級估計。在問題⑵中，通過對問題⑴的分析，利用地質(zhì)累積指數(shù)單因子環(huán)境分析法，分析了該城區(qū)不同功能區(qū)不同重金屬元素對土壤污染的原因：Cu、Hg
2、、Zn等元素主要來源于工業(yè)活動和交通污染，Cr元素主要來自于交通，Ni和As這2種元素污染不明顯，可能主要來自于自然因素。在問題⑶中，根據(jù)各種重金屬元素在不同類區(qū)的空間分布，及重金屬污染的主要原因，得出重金屬的污染源為金屬濃度峰值點(diǎn)，分析出重金屬污染物的傳播特征，從而得出以高斯煙羽模型為理論基礎(chǔ)的擴(kuò)散模型：以此作為污染源的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。我們利用求取曲面極值的思想，通過線型輻射搜索法捕捉濃度峰值點(diǎn)和“米”字判斷法合理提取峰值所在區(qū)域的樣本點(diǎn)，利用濃度擴(kuò)散模型對樣本點(diǎn)進(jìn)行威爾科克秩和檢驗(yàn)，根據(jù)其顯著程度判斷出濃度峰值點(diǎn)區(qū)域是否為重金屬污染源，例如文中確定出了
3、Cu的三個污染源，地理坐標(biāo)分別為（3258.3,5915.5,3.86）,（10637,8022.9,54.481（5941.6,4917.3,16.459）。在問題⑷中，就如何更好地研究城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式，我們考慮了一系列的影響因素，如收集城市降雨量和生活、工業(yè)區(qū)等重污染源的垃圾排放量、人口密度的變化、該城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的組成等指標(biāo)。模型框架一問題分析問題一：griddata內(nèi)梅羅綜合評價法問題二：單因子分析主成分相關(guān)性分析建模思路問題三：高斯煙雨模型“田、米”搜索問題四：多因素分析二模型建立三模型求解：污染源的確定四模型檢驗(yàn)：針對二的相關(guān)性分析基
4、本假設(shè)1假設(shè)測量方法科學(xué)，測量數(shù)據(jù)均真實(shí)可靠；2假設(shè)各污染元素的產(chǎn)生和傳播是相互獨(dú)立的；3峰值不在區(qū)域邊緣處，取樣點(diǎn)得數(shù)據(jù)能較好反映該地區(qū)的濃度污染；4污染物的擴(kuò)散符合擴(kuò)散定律；采用基于地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的空間變異理論分析該城市土壤表層空間變異的結(jié)構(gòu)特征，同時基于地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的插值法，運(yùn)用matlab中的griddata插值，以Delaunay三角剖分理論為基礎(chǔ)，然后進(jìn)行線性插值，將重金屬元素的空間分布網(wǎng)格化，從而完成曲面的光滑過渡，繪制出城市土壤表層的重金屬含量平面等值線面，以便直觀地分析該市土壤表層重金屬污染的空間分布特征。問題一Griddata插值法示意
5、圖散點(diǎn)圖網(wǎng)格化分布圖方案一：單項(xiàng)污染指數(shù)法單項(xiàng)污染指數(shù)法，利用實(shí)測數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)對比分類，其計算公式為:（1）其中代表土壤污染物i的實(shí)測值，為土壤污染物i的背景值，可以對每項(xiàng)污染物的污染狀況進(jìn)行評價。步驟一：方案二：地質(zhì)累積指數(shù)地質(zhì)累積指數(shù)主要用于研究沉積物及其他物質(zhì)中重金屬污染程度的定量指標(biāo)，不僅考慮了沉積成巖作用等自然地質(zhì)過程造成的背景值的影響，同時充分注意了人為活動對重金屬污染的影響。因此，該指數(shù)不僅反映了重金屬分布的自然變化特征，而且可以判別人為活動對環(huán)境的影響，是區(qū)分人為活動影響的重要參數(shù)。其表達(dá)公式如下：（2）式中表示第i個樣品中元素j的地質(zhì)
6、累積指數(shù)；表示第i個樣品中元素j的濃度；表示j的背景濃度；1.5為修正指數(shù)，通常用來表示沉積特征、巖石地質(zhì)及其他影響。由于會出現(xiàn)小于0的情況，在內(nèi)梅羅指數(shù)法中會得到較大的綜合污染指數(shù)，因此我們將小于0的都定義為0，這樣既避免了使綜合指數(shù)偏離實(shí)際值，又能使誤差保持在一定的允許范圍中。步驟二：內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對內(nèi)梅羅指數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，將單因子指數(shù)換成地質(zhì)累積指數(shù)，得到新的綜合指數(shù)，采用新的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法，其計算公式為：（3）式中表示第i個樣品的綜合污染指數(shù)，表示第j種污染物的綜合污染指數(shù)，表示地質(zhì)累積指數(shù)算數(shù)平均值，表示地質(zhì)累積指數(shù)最大值。下表1為
7、各樣品及污染物的綜合污染指數(shù)：表1:功能區(qū)及污染物的綜合污染指數(shù)功能區(qū)代號綜合AsCdCrCuHgNiPbZn生活區(qū)2.84890.79091.75262.83872.66762.43950.59472.38533.4307工業(yè)區(qū)4.52281.45971.85911.86095.04525.77060.84972.34042.8851山區(qū)1.26240.72650.75511.34571.27791.40031.42020.9150.8141交通區(qū)4.68111.75862.22383.05064.3915.86832.08661.42453.70
8、91公園綠地區(qū)2.6430.81081.72120.74572.05033.33910.46721.6389
