城表层土壤重金属污染分析2.docVIP

城市表层土壤重金属污染分析 摘 要 本文首先利用Matlab编程绘制出每种重金属的三维分布图，之后利用单因子污染指数分析法对所测数据和标准数据进行数据处理，得出每个功能区对应每种重金属的污染指数，从而得到污染程度排序： 工业区 主干道路区 生活区 公园绿地区 山区 通过问题一中得到各重金属元素的污染指数和对应的等级划分的数据分析，可以分析各功能区的污染程度以及重金属污染的主要原因。在分析问题三时，首先层次分析法得到各元素的权重，继而采用灰色相关评价模型将各个金属元素综合得到一个综合评价指标，把这个综合指标看做评价一个样本点处污染程度的标准，分析可得有可能污染最严重的几个样本点为 表（一） 序号 综合指标 横坐标 纵坐标 竖坐标 115 0.90484 24631 9422 76 186 0.89491 15387 729 8 117 0.89278 25461 9834 68 212 0.88149 19501 6091 9 62 0.8698 14325 8666 23 172 0.86755 10210 2789 19 300 0.86642 23785 17643 194 229 0.86165 9296 13102 9 126 0.86015 27232 14482 150 133 0.85925 24003 15286 90 建立微分方程模型，满足Cauchy问题，解得 由方程反过来用拟合的思想求污染源。通过matlab编程得出：污染源大概在坐标点（2383，3692，7）、（1647，2728，6）、（10700，8184，50）、（8629，12086，1）附近。为了更好地研究城市地质环境的演变模式，就必须对城市土壤中各种重金属含量进行时间尺度上的预测，并建立土壤重金属积累预测模型。 关键词：单因子污染指数 层次分析 灰色相关分析 微分模型 Matlab 一、问题重述和提出问题 近年来，由于城市经济的快速发展以及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。为了能研究在人类活动影响下城市地质环境的演变模式，所以人们日渐关注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。 按照功能划分，城区一般可分为生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区等，分别记为1类区、2类区、……、5类区，不同的区域环境受人类活动影响的程度不同。 现对某城市城区土壤地质环境进行调查。为此，将所考察的城区划分为间距1公里左右的网格子区域，按照每平方公里1个采样点对表层土（0~10 厘米深度）进行取样、编号，并用GPS记录采样点的位置。应用专门仪器测试分析，获得了每个样本所含的多种化学元素的浓度数据。另一方面，按照2公里的间距在那些远离人群及工业活动的自然区取样，将其作为该城区表层土壤中元素的背景值。 附件1列出了采样点的位置、海拔高度及其所属功能区等信息，附件2列出了8种主要重金属元素在采样点处的浓度，附件3列出了8种主要重金属元素的背景值。 现要求你们通过数学建模来完成以下任务： (1) 给出8种主要重金属元素在该城区的空间分布，并分析该城区内不同区域重金属的污染程度。 (2) 通过数据分析，说明重金属污染的主要原因。 (3) 分析重金属污染物的传播特征，由此建立模型，确定污染源的位置。 (4) 分析你所建立模型的优缺点，为更好地研究城市地质环境的演变模式，还应收集什么信息？有了这些信息，如何建立模型解决问题？ 二、符号说明 是沿方向的扩散系数； 是沿方向的扩散系数； 是沿方向的扩散系数； 是所测数据中对于污染元素的分指数； 是该污染元素的实测浓度； 是该污染元素的评价标准值； 是土壤中该污染元素的背景值； 是综合指数； 是每个被测元素污染指数平均值； 是所测各元素污染中的最大值； 是时刻处物质浓度，； 是该种上壤重金属在研究区的背景值 是土壤重金属的年残留率As的分布情况，其他的元素分布见及代码见附录（附录1）。 图1表示坐标和海拔整体的三位地理图形 二、不同区域重金属污染程度的分析 单因子指数分析法可以通过对实测值与标准值运算处污染指数来反映土壤重金属污染程度，评价模式分三步进行：单因子污染评价、单因子综合污染指数和多项污染综合指数。 单因子污染指数： （1） 在（1）式中：为所测数据中对于污染元素的分指数；为该污染元素的实测浓度； 为该污染元素的评价标准值，这里采取的是国家土壤环境质量标准GB1568-1995，见表2；为土壤中该污染元素的背景值。 表（二）重金属元素的评价标准和背景值 As(μg/g) Cd(ng/g) Cr