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城市表层土壤重金属污染分析的模型 摘要 本文首先根据所给坐标位置及其功能区号,重构了整个城区地图,如图1. 针对问题一，利用MATLAB软件绘制了八种污染物在城区的浓度分布等量面图如图3—图18，从而可以清楚的看到各种污染物在城市的空间分布情况； 利用潜在生态危害指数模型对土壤重金属污染物污染程度给出了定量分析，将题目中给出的采样点重金属实测浓度按照不同功能区重新归类，结果表明，综合污染程度最高的是工业区，其次是主要道路区 、生活区 、公园绿地区，山区污染程度最少，符合常识。 针对问题二，根据主成分分析法对数据处理，可以说明不同功能区重金属污染的种类，进而分析产生污染的原因。 针对问题三，分别建立了微分方程扩散模型和梯度分析模型，并利用MATLAB求解，给出了重金属污染物的扩散规律： 运用梯度分析模型来确定污染源的位置坐标范围： As元素污染源的位置在坐标（19000,11000）附近. Cd元素污染源的位置在（970，2990）（3800,4300）(11000,5000),(14000,11000)附近. Cr元素污染源的位置在坐标（3900，5400）附近. Cu元素污染源的位置在坐标（2200,3000）（3100,6000）附近. Hg元素污染源的位置在坐标（2150,2500），（14000,2400）（15800,9100）附近Ni污染源的位置在坐标（4000,5500）附近. Pb元素污染源的位置在坐标（2300,2800），（4950,4500）附近. Zn元素污染源的位置在坐标（980,2800）,(3900,4000) ,(10000,50000),(14000,11000)附近. MATLAB 1 问题重述 随着城市经济的快速发展和城市人口的不断增加，环境地质问题以及地质环境的演变模式日益成为人们关注的焦点. 本次地质环境调查，将样品的采集区域划分成间距一公里左右的网格子区域，按照每平方公里1个采样点对表层土壤进行取样、编号，并用GPS记录采样点位置.采集的土壤样品主要包含某城市生活区、工业区、山区、主干道区及公园绿地五大功能区，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，按照两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. 题目给出了采样点的位置、海拔高度及其所属功能区等信息，并且列出了8种重金属元素在采样点的浓度以及8种重金属元素的背景值. 需要解决的主要问题有： 问题一：给出8种主要重金属在该城区的空间分布，并列出该城区内不同区 域重金属的污染程度. 问题二：通过数据分析，说明重金属污染的主要原因. 问题三：分析污染物传播的主要特征，由此建立模型，确定污染源位置. 问题四：分析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，如何建立模型. 2 模型的假设 （1）不考虑题目中所给的每个采样点所采样本的测量误差. （2）所采样本为同一时间完成. （3）重金属的污染浓度不均匀，其传播服从扩散定律，即单位时间通过单位法向量的流量与它的浓度梯度成正比. （4）重金属物质在传播扩散中不发生化学变化也不出现沉淀. 3 符号的定义和说明 ——第（）种土壤重金属实测浓度. ——单一重金属污染系数. ——土壤重金属含量的背景值. ——单一金属潜在风险因子. ——不同金属毒性响应参数. ——综合金属潜在生态风险指数. ——扩散比例系数 4 问题的分析 土壤重金属污染是指由于人类活动，使重金属在土壤中的累计量明显高于土 壤环境背景值，致使土壤环境质量下降和生态恶化的现象.其中，尤其受人们关注的是毒害性较大的元素Cd（镉）、Cr、Cu、Hg、NPb（铅）、土壤中重金属的来源是多途径的，首先是成土母质本身含有重金属，不同的母质、成土过程所形成的土壤含有重金属量差异很大.此外，人类工农业生产活动，也造成重金属对大气、水体和土壤的污染.1 问题一的分析 该问题要求给出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.题目未给出城区地图,为了直观的分析问题,首先应由所给坐标位置的功能区号,重构城区地图,如图1、图2，程序见附录1. 图1城市复原图 图2 城市复原等高线图 从图2可以看出该城市的东北部应为平原地带，西北部多为山区，而工业区大都设置在了平原区和山区的交替地带，主干道在城市的中心部位比较密集. 根据已知采样点位置的信息以及8种重金属元素在采样点的浓度，运用MATLAB绘图功能，可以给出8种主要重金属在城区的空间分布图以及污染物浓度的等量面图(见图3-18，程序见附录2). 要分析该城区内不同区域重金属的污染程度，关键是把题目给出的采样点重金属的实测浓度进行合理化处理，