城市土壤表層重金屬污染分析模型

《城市土壤表層重金屬污染分析模型》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。

1、城市土壤表層重金屬污染分析模型摘要本文通過運用Mathmatica軟件對問題中預(yù)先給定的數(shù)據(jù)進(jìn)行查找，圖像生成，擬合等處理后進(jìn)行相關(guān)分析，得到相應(yīng)的定性結(jié)果，從而完成對問題的解答。首先，通過城市主要表層土壤中的重金屬As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的含量，利用單因子污染指數(shù)法，結(jié)合該城市近幾年土壤表層重金屬背景值及國家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行重金屬污染評價。對問題一：為了確定重金屬元素在該城市的空間分布，我們先對給定的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并通過三維數(shù)據(jù)插值(反距離加權(quán)平均法)、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的擬合得到每種元素在城區(qū)的分布，再通過計算、比較，從而得出該城區(qū)內(nèi)不同類區(qū)重金屬的污染程

2、度。對問題二：先通過數(shù)據(jù)分析，采用Granger因果關(guān)系檢測法，通過變量的變化來說明重金屬污染的主要原因。對問題三：通過對生活中的一些規(guī)律及其各種重金屬污染物傳播的相關(guān)了解和對一些有關(guān)重金屬污染物傳播的資料進(jìn)行分析并處理，通過有關(guān)軟件建立數(shù)學(xué)模型并分析，再分析該城區(qū)各種重金屬的空間分布和比較，利用該城區(qū)不同區(qū)域?qū)χ亟饘傥廴境潭鹊母鞣N值和各區(qū)域不同元素的污染指數(shù)分布柱形圖分析，從而能夠準(zhǔn)確確定污染源的位置。對問題四：為了能保證回答的完整性，應(yīng)該從各方面收集相關(guān)信息。關(guān)鍵詞：三維數(shù)據(jù)插值；數(shù)據(jù)擬合；單因子污染指數(shù)法；內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換法。一、問題重述隨著城市經(jīng)濟的

3、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)量的影響日顯突出。對城市土壤地質(zhì)環(huán)境異常的查證，以及如何應(yīng)用查證獲得的海量數(shù)據(jù)資料開展城市環(huán)境質(zhì)量評價，研究人類活動影響下城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式，日益成為人們關(guān)注的焦點。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)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。現(xiàn)對某城市城區(qū)土壤地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查。為此，將所考察的城區(qū)劃分為間距1公里左右的網(wǎng)格子區(qū)域，按照每平方公里1個采樣點對表層土（0~10厘米深度）進(jìn)行取樣、編號，并用GPS記錄采樣點的位置。應(yīng)用專門儀器測試分

4、析，獲得了每個樣本所含的多種化學(xué)元素的濃度數(shù)據(jù)。另一方面，按照2公里的間距在那些遠(yuǎn)離人群及工業(yè)活動的自然區(qū)取樣，將其作為該城區(qū)表層土壤中元素的背景值。附件1列出了采樣點的位置、海拔高度及其所屬功能區(qū)等信息，附件2列出了8種主要重金屬元素在采樣點處的濃度，附件3列出了8種主要重金屬元素的背景值?，F(xiàn)要求我們通過數(shù)學(xué)建模來完成以下任務(wù)：(1)給出8種主要重金屬元素在該城區(qū)的空間分布。(2)分析該城區(qū)內(nèi)不同區(qū)域重金屬的污染程度。(3)通過數(shù)據(jù)分析，說明重金屬污染的主要原因。(4)分析重金屬污染物的傳播特征，由此建立模型，確定污染源的位置。(5)分析你所建立模型的優(yōu)缺點。(6)為更

5、好地研究城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式，還應(yīng)收集什么信息？有了這些信息，如何建立模型解決問題？二、背景分析污染土壤的生態(tài)環(huán)境影響是污染物自身性質(zhì)與環(huán)境條件的綜合反映。污染土壤的生態(tài)危害及其風(fēng)險大小，取決于污染物生物毒性、土壤中污染物濃度、土壤理化性質(zhì)，以及地形地貌條件、水文條件影響下的活化遷移方式、人體暴露途徑（土壤或揚降塵接觸、飲水、農(nóng)產(chǎn)品食物鏈攝入、皮膚吸收等因素，經(jīng)由食物、飲水?dāng)z入是污染土壤危害人體健康的重要方式。由于土壤中有害物毒性受諸多環(huán)境因素的影響,污染土壤作用于生物、人體途徑的復(fù)雜性，制訂土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)難度遠(yuǎn)大于水、大氣。土壤中的化學(xué)物質(zhì)可分為低有害性（Fe、C

6、a、Mg、Mn等）、中有害性（Al、Zn等）、高有害性（Co、Cu、非六價Cr、Ni、V等）和極高有害性（As、Pb、Cd、Hg、Cr等）4類。土壤環(huán)境質(zhì)量評價時，低有害性指標(biāo)一般可不考慮，中、高有害性指標(biāo)進(jìn)行一般性評價，而把極高有害性指標(biāo)作為嚴(yán)控指標(biāo)處理；各國制定土壤標(biāo)準(zhǔn)的原則依據(jù)基本相同，即以污染物對動植物、人體健康的環(huán)境基準(zhǔn)值作為定值的基礎(chǔ)依據(jù)。重金屬通過在土壤中的積累，直接影響土壤理化性狀與生物活性，阻礙養(yǎng)分有效吸收，降低土壤微生物量與活性細(xì)菌菌落數(shù)；通過土壤水分在滲流區(qū)的運動進(jìn)入水體，伴隨水分進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，通過食物鏈，被動物與植物吸收富集，通過多種形式威脅人類健

7、康，土壤中的重金屬主要來源于地質(zhì)因素和土壤母質(zhì)因素，但工礦業(yè)生產(chǎn)；城市化垃圾廢棄物的排放等因素均可導(dǎo)致土壤重金屬含量的增加，此外農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的污水灌溉；化肥農(nóng)藥等不合理使用，也可顯著影響到土壤重金屬的存在形式和含量。三、基本假設(shè)、符號說明（一）、模型假設(shè)（1）假設(shè)題目說給的數(shù)據(jù)都是準(zhǔn)確無誤的，實驗結(jié)果都是可信的；（2）假設(shè)該城區(qū)無地震以及泥石流等自然現(xiàn)象；（3）假設(shè)每個采樣點都嚴(yán)格按照每平方公里1個采樣點對表層土（0-10厘米深度）進(jìn)行取樣；（4）假設(shè)對每個采樣點取樣的時間一致,累積的過程不考略；（5）將遠(yuǎn)離人群的自然區(qū)重金屬元