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城市表层土壤重金属污染分析 摘 要 环境问题与人类的生活息息相关，影响人类的健康。但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，产生了各种各样的污染物，随着大气、水体等途径进入土壤。在土壤的污染物中，重金属污染对人类的健康产生较大的影响。因此，土壤的重金属污染问题受到越来越多的重视。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，具有重大而深远的意义。 首先，基于题目所提供的信息和涉及的问题，对城市重金属元素的污染情况进行了重述，确定了相应各问题的研究思路与分向。并给出文中所涉及的符号和相关说明。 其次，针对题目提出的几个问题，从以下四个方面对各个问题进行建模和讨论： 运用matlab软件，绘制出城市5个区所采集样本的散点图，8种重金属元素在5个区的空间分布图，以及柱状图，直观地分析该城区内不同区域受重金属的污染情况。考虑到8种重金属元素对环境污染的影响力不同，提出了基于信息熵的重金属元素污染的权重的确定方法；在此基础之上，运用区间数的相关概念和运算，提出了提出了基于理想点的区间数排序方法的决策模型，得出5个区受污染情况的排序，与实际情况相吻合。 对数据进行主成分分析与聚类分析，提出了基于这两类方法确认重金属污染成因的模型。重金属污染源主要来自随着大气沉降进入土壤的重金属、随污水进入土壤的重金属、随固体废弃物进入土壤的重金属和随农用物资进入土壤的重金属4个主要方面，结合主成分分析，给出该城区主要的污染源以及不同类型区域的污染源，进而结合实际讨论重金属污染的主要原因。 提出了基于对流—反应扩散模型的污染源确定的偏微分方程模型。考虑到重金属污染物在土壤中的运移过程和其它土壤溶质的运移过程一样，都是溶质随水在土壤中运动的过程。给出偏微分方程的解析解并在此基础之上，运用数学规划模型，对问题进行进一步的讨论。 讨论了模型的优缺点，并提出了重金属生态危害分析和地质累积污染分析及其防治模型。分析了各类重金属污染对地质变化的前瞻性后果预测，具体给出了不同重金属对于环境污染的危害程度，提出了可能的治理方案，主要是针对预测结果的土壤重金属污染修复的可能性规划方案。 关键词:信息熵，区间数判断矩阵，理想点，主成分分析，聚类分析，污染源，污染指数 一 、问题重述 土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。然而随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加以及人类随着经济和社会及科学的发展逐渐向原始生态环境的扩进，土壤重金属污染日益严重。目前，全世界各类重金属的排放量居高不下，其中Ni的排放量大约100万吨、Mn大约1500万吨、Pb大约500万吨、Cu大约340万吨、Hg大约1.5万吨。 另据我国农业部进行的全国污灌区调查显示，土壤重金属污染具有污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解的特点，并可经水、植物等介质最终影响人类的健康，总体上治理和恢复的难度较大。 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。 本文针对题目提出的几个问题，从以下四个方面展开建模和讨论： 应用点模式空间分析概念，运用matlab软件绘出8种主要重金属元素在该城区的空间分布，这里不仅考虑每种重金属元素在该城区的空间分布，还要考虑不同区域中8中不同重金属元素的空间分布，从而结合不同的视角分析该城区内不同区域重金属的污染程度。 重金属污染源主要来自随着大气沉降进入土壤的重金属、随污水进入土壤的重金属、随固体废弃物进入土壤的重金属和随农用物资进入土壤的重金属4个主要方面，本文结合主成分分析与聚类分析，给出该城区主要的污染源以及不同类型区域的污染源，进而结合实际讨论重金属污染的主要原因。 针对现有数据的分布特征，包括该城区8种重金属空间分布和不同类型区域的重金属空间分布，建立模型，讨论重金属扩散的中心位置和扩散方向，确定了污染源的位置。 讨论了模型的优缺点，并分析了各类重金属对地质变化的前瞻性后果预测，具体给出了不同重金属对于环境污染的危害程度，提出了可能的解决方案，主要是针对预测结果的土壤重金属污染修复的可能性规划方案。 二 、模型符号 ：表示第区第种重金属元素浓度的区间数； ：表示第种重金属元素浓度的区间数背景值，可称为理想点； ：表示到理想点的距离； ：表示重金属浓度的区间数判断矩阵； ：表示第种重金属元素的权重； ：表示第个指标的样本均值； ：表示第个指标的样本方差； ：表示经标准化处理