【正文】 五類區(qū) As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn 最大單因子污染指數(shù) 平均單因子污染指數(shù) 內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù) 表 112 根據(jù)表 112 的數(shù)據(jù)，我們利用 Exce 軟件 l 做出 8 種重金屬元素在五類區(qū)中的單因子污染指數(shù)柱狀圖，如 下圖： 由上 圖 可見，在一類區(qū)中， Cd、 Cu、 Pb、 Zn 的單因子污染指數(shù)均高于 1,表明一類 區(qū)已 受污染；在二類區(qū)中， Cd、 Pb、 Cu、 Hg、 Zn 的單因子污染指數(shù)均高于 1，表明二類區(qū)已經(jīng)受到污染 ；在三類區(qū)中， 僅 Pb 的單因子污染指數(shù)略高于 1，其為 受污染區(qū)；在四類區(qū)中， Cd、 Pb、 Cu、 Hg、 Zn 的單因子污染指數(shù)均高于 1，單因子污染指數(shù) 和內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)表 6 表明其為受污染區(qū)；在五類區(qū)中， Cd、 Pb、 Zn 的單因子 污染 指數(shù)均 高 于 1， 所以五類區(qū) 均 為 受污染區(qū)。 綜合以上分析，可以 得出， 城區(qū)的不同區(qū)域均受到不同程度的污染。 b 單因子指數(shù)可以判斷出環(huán)境的主要污染因子， 但環(huán)境是 一個復(fù)雜的體系，環(huán)境污染往往由多個污染因子復(fù)合污染導(dǎo)致，故單因子指數(shù)法不能全面、綜合的反應(yīng)土壤的污染程度，基于此，我們采用內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)法進行分析。 內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法 計算公式如下： ? ?2 2111 m a x2 n iiiP P Pn ???????????????? 根據(jù)附件 中的數(shù)據(jù)及單因子污染指數(shù)，我們用 Excel 做出了城區(qū)不同區(qū)域的重金屬污染內(nèi)梅羅綜合指數(shù)，見表 112 據(jù)表 112 我們用 Excel 繪制出了重金屬內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)，如下圖： 圖 1 內(nèi)梅羅 綜合污染 指數(shù)全面反映了各污染物對土壤污染的不同程度，同時充分考慮高含量物質(zhì)對本土壤 的影響，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將土壤污染等級進行劃分（ 見表 113）。 等級 P 污染程度 污染水平 1 ≤ 安全 清潔 2 ～ 警戒線 尚清潔 3 ～ 輕污染 超過背景值，視輕污染 4 ～ 中污染 土壤開始受中度污染 5 ≥ 重污染 污染已相當(dāng)嚴重 表 113 從 上 圖 1 及表 113，可以得出三類區(qū) 的內(nèi)梅 羅污染指數(shù) 剛過警戒線，尚清潔；一類區(qū)和五類區(qū)的內(nèi)梅羅污染指數(shù)介于 ～ ，屬于輕污染；四類區(qū)的內(nèi)梅羅污染指數(shù)介于 ～ ，屬中污染 ； 二 類區(qū)的內(nèi)梅羅污染指數(shù)高于 ，屬于重污染。 土壤污染指數(shù)分級 7 c 由單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法得出的結(jié)論進行綜合的分析可以得出 ： 二類區(qū)，四類區(qū)污染程度比其他三區(qū)嚴重，尤以二類區(qū) 最 為 嚴 重；一類區(qū)，五類區(qū)屬輕污染；三類區(qū)污染程度最輕。 第 三 部分：問題二模型的建立與求解 1 根據(jù) 附錄中所給數(shù)據(jù)及查證獲得的數(shù)據(jù)信息 ，我們首先計算出了土壤 污染累積指數(shù)， 見表 211： 土壤累積污染 指數(shù)計算公式： i i iN C M? 全區(qū)平均值 背景平均值 標(biāo)準(zhǔn)偏差 范圍 污染物累積指數(shù) As (μg/g) ~ Cd (ng/g) 130 30 70~190 Cr (μg/g) 31 9 13~49 Cu (μg/g) ~ Hg (ng/g) 35 8 19~51 Ni (μg/g) ~ Pb (μg/g) 31 6 19~43 Zn (μg/g) 69 14 41~97 表 221 各區(qū)重金屬比值圖 根據(jù)上表中給出的污染累積指數(shù)， 及上圖 我們可以推斷，城區(qū)的重金屬污染，與人類的生產(chǎn)、生活有密切關(guān)系，通過 上圖將 全區(qū)金屬濃度平均值 與背景值做 比較，可以初步得出此城區(qū)的重金屬污染物主要為 Cd、 Cu、 Hg、 Pb、 Zn。 基于此，該城區(qū)的污 染可能為工業(yè)排放和交通尾氣排放。 據(jù)的分析，我們繪制出了各元素在各區(qū)的單因子污染指 8 數(shù)柱狀圖，見下圖： 據(jù)上圖分析，該城區(qū)不同功能區(qū)土壤中重金屬污染貢獻不同， 從圖中可以清晰的得出， Pb 的污染范圍最廣，基本對各個區(qū)都有影響 ， Cd、Zn 影響 4 個區(qū)， Cu 影響 3 個區(qū)， Hg 影響 2 個區(qū)， As、 Cr、 Ni 對各個區(qū)基本沒有影響。 由問題一得出的結(jié)論繪制圖表如下： 各區(qū)單因子污染指數(shù)分布圖 各區(qū)主要污染元素 污染 貢獻元素 主要污染 貢獻元素 一類區(qū) Cd、 Cu、 Pb、 Zn Zn 二 類區(qū) Cd、 Pb、 Cu、 Hg、 Zn Hg 三類區(qū) Pb Pb 四類區(qū) Cd、 Pb、 Cu、 Hg、 Zn Hg 五類區(qū) Cd、 Pb、 Zn Pb 據(jù)上圖 和表 分析，該城區(qū)不同功能區(qū)土壤中重金屬污染貢獻具有一定的差別，在一類區(qū)中， Zn、 Pb 的污染貢獻最大， Cd、 Cu 居其次， 根據(jù)查閱到的文獻資料 ， Cd、 Cu、 Pb、 Zn 來源主要為工業(yè)廢水的排放和農(nóng)藥的使用，由于 一類區(qū) 9 屬于生活區(qū)， 故可判斷 其污染的主要原因 可能為生產(chǎn)活動中化肥施用過量 ，或是城市垃圾的焚燒，燃煤等 。在二類區(qū)中， Hg、 Cu、 Zn、 Pb 的污染貢獻最大， Cd居 次， Hg、 Cu、 Zn、 Pb 的主要來源于工業(yè)廢水，污泥，農(nóng)藥等，由于二類區(qū)為工業(yè)區(qū)，可基本判斷為工業(yè)污染，主要原因可能為顏料廠，冶金廠，電鍍廠等工業(yè)廢水、廢渣處理不合格，亂排亂放。在三類區(qū)中，僅 Pb 具有一定的污染貢獻，且其含量很低， 與背景值最為接近，鑒于三類區(qū)為山區(qū)，其 Pb 污染可能為氣流運動，沉降累計。在四類區(qū)中， Cd、 Pb、 Cu、 Hg、 Zn 的污染貢獻普遍很大，由于四類區(qū)為主干道路區(qū)，其污染原因最為可能是汽車尾氣的排放，以及汽車輪胎的磨損。在五類區(qū)中， Cd、 Pb、 Zn 的污染貢獻大， 五類區(qū)為公園綠地區(qū)，其污染 原因最為可能是通過氣流運動，降水等沉降積累。 綜合以上分析，該城區(qū)的重金屬污染主要原因在于 工業(yè)釋放及交通排放。 第 四 部分：問題 三 的重金屬傳播特征的模型 1 模型的建立和 求解 此模型的主要目的是根據(jù)測得的污染數(shù)據(jù) ,得到一個關(guān)于重金屬污染物傳播的偏微分方程 ,進而確定污染源位置的計算方法。 我們根據(jù)給出的各個觀測點的位置坐標(biāo)和污染數(shù)據(jù)利用對重金屬污染的線性插值，畫出了重金屬污染圖，將附件三給出的的八種重金屬元素的值作為重金屬污染物的 背景 濃度 （ bC ）， 觀測點的處理如下 ：第一，光滑插值后如果有不光滑數(shù)據(jù)出現(xiàn)，考慮到計算機處理數(shù)據(jù)的誤差，予以忽略。第二，分別對八種元素處理，得到各元素的污染坐標(biāo)，對于相對誤差不超過 5%的坐標(biāo)予以合并，取其平均值。第三，單個元素分析時，只考慮權(quán)重達到 以上的污染數(shù)據(jù)，其他數(shù)據(jù)因其影響太小，予以忽略。 考慮到污染物在土壤中的運動狀態(tài)，我們忽略了重金屬污染的垂直擴散，假設(shè)重金屬均勻擴散且是一維的，以污染源為原點，觀測坐標(biāo) X軸方向作為 X軸，設(shè)污染物在原點的污染為連續(xù)過程，選用一維場中污染物質(zhì)的二維擴散微分方程為： 2222d d L d T dC C C CR V a V a Vt X Y X? ? ? ?? ? ?? ? ? ? 初始條件為 ： ( , , 0) 0 。 ( , ) ( 0 , 0)C x y x y?? 邊界條件為： 0( 0 , 0 , ) 。( , , ) ( , , ) 0 , 0C t CC y t C x t t?? ? ? ? ? ? ? 當(dāng) =0t 處瞬時點源的解析解： ( , , ) e xp( 2 ) [ ( 0 , ) ( , ) ]LC x y t S x a W b W t b?? 10 其中012 。4 ( )d L TmS m C qV a a??? =(u,b)W 是 hantush函數(shù)，且 21222e xp[ ]2( , )44L L TbyyW u t dyyxyba a a??????? 常量參數(shù)： ,L T da a V 以污染源位置 00( , )xy 、 0t 、 S 為變量，結(jié)合格點搜索算法，反復(fù)調(diào)整變量的值，直到收斂函數(shù)39。39。2[( ) ]ib iC C C???的值最小，其中 iC 為 i 個 測量點的污染值 ； bC 為背景值。 此模型預(yù)測結(jié)果表明： As的污染源在第 84個和第 178個測量點附近； Cd的污染源在第 22個和第 95個測量點附近； Cr的污染源在第 22個測量點附近； Cu的污染源在第 8個和第 22個測量點附近； Hg的污染源在第 9個和第 182個和第 257個測量點附近； Ni的污染源在第 22個測量點附近； Pb的污染源在第 6個和第 16個測量點附近； Zn的污染源在第61個測量點附近； 分析結(jié)果： 6 : 。 8 : 。 9 : 。22 : , , , 。 61 : 。84 : 。 95 : 。178 : 。182 : 。257 : 。P b Cu H gCd Cr Cu Ni Z nA s CdA s H gHg號 ( 工 業(yè) 區(qū) ) 號 ( 工 業(yè) 區(qū) ) 號 ( 主 干 道 路 區(qū) )號 ( 主 干 道 路 區(qū) ) 號 ( 主 干 道 路 區(qū) )號 ( 主 干 道 路 區(qū) ) 號 ( 主 干 道 路 區(qū) )號 ( 主 干 道 路 區(qū) ) 號 ( 主 干 道 路 區(qū) )號 ( 主 干 道 路 區(qū) ) 可看出：主要污染來自于工業(yè)區(qū)和交通區(qū)，且在交通區(qū)測得的第 22個測量點污染 最嚴重，說明 22號附近的區(qū)域是主要污染源，與前文分析結(jié)果一致，說明模型正確。 ： 我們使用 matlab軟件的 griddata命令下的 39。cubic39。（ 以三角形為基礎(chǔ)的三次方程內(nèi)插 ）插值的方式對海量數(shù)據(jù)進行了處理和繪圖，得到了各元素的分布圖，經(jīng)過matlab的計算，可得到污染最嚴重處的坐標(biāo)，從圖中的位置可判斷污染源的位置如下： As分布圖： 11 可得 1824010001xy??? ??和 127053000xy??? ??兩個點