【正文】 城市表層土壤重金屬污染分析摘要本文在分析某市大量土壤采樣數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，研究了城市表層土壤重金屬的污染評(píng)價(jià)問題、原因分析問題、源反演問題，并分析了地質(zhì)環(huán)境演化模式。為了分析城市表層土壤的重金屬分布情況，我們建立了雙三次插值模型對(duì)給定的采樣點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)內(nèi)插加密，而后利用做出等值線型的重金屬空間分布圖，并且結(jié)合的分布直方圖，觀察并分析各種重金屬的分布情況。矚慫潤(rùn)厲釤瘞睞櫪廡賴。矚慫潤(rùn)厲釤瘞睞櫪廡賴賃。為了評(píng)價(jià)污染情況，我們應(yīng)用“基于地質(zhì)累積和內(nèi)梅羅指數(shù)的污染評(píng)價(jià)模型”， 分別計(jì)算不同功能區(qū)的污染指數(shù)，得到結(jié)果按污染程度由弱到強(qiáng)依次是山區(qū)公園區(qū)居民區(qū)交通區(qū)工業(yè)區(qū)。聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛氌譴凈。聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛氌譴凈禍。在上一步評(píng)價(jià)模型的基礎(chǔ)上，我們計(jì)算出五個(gè)功能區(qū)中八種元素各自的污染指數(shù)，并對(duì)各組元素做相關(guān)性分析，結(jié)合對(duì)重金屬污染原因的實(shí)際認(rèn)識(shí)，綜合分析出造成重金屬污染的主要原因，按影響程度由大到小依次為：工業(yè)生產(chǎn)和交通運(yùn)輸主要造成了、污染，居民生活活動(dòng)造成了污染，綜合影響程度由大到小依次為工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、居民生活活動(dòng)。礦藏也是造成地表金屬富集的一大原因。殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟婭。我們根據(jù)重金屬污染物的傳播特征，建立起點(diǎn)污染源的高斯函數(shù)分布模型；通過高斯模型建立污染源范圍的反演模型。我們將污染源看做一個(gè)有面積的圓，圓心向外的強(qiáng)度輻射滿足高斯分布，定義出源邊界的“閾值條件”，假設(shè)采樣極值點(diǎn)在污染源的半徑內(nèi)，利用采樣極值點(diǎn)和周圍采樣點(diǎn)推算高斯分布的參數(shù)，并依據(jù)得出的參數(shù)進(jìn)行對(duì)污染源中心點(diǎn)范圍和半徑的反演計(jì)算。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐顧。我們將實(shí)際污染源分為復(fù)合源（影響周圍土壤多種元素含量）和單項(xiàng)源（影響周圍土壤單一元素含量）兩種，通過變成計(jì)算，得到兩個(gè)復(fù)合污染源和若干單項(xiàng)污染源，部分結(jié)果見下表：彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡詒。復(fù)合污染源中心范圍和半徑復(fù)合污染源中心范圍污染源半徑采樣點(diǎn)以()為中心半徑米范圍內(nèi)550m采樣點(diǎn)以()為中心半徑米范圍內(nèi)520m單項(xiàng)污染源中心范圍和半徑（詳見正文表八）各元素污染源中心范圍污染源半徑以(，)為中心附近390m………為了綜合研究地質(zhì)環(huán)境演化模式，我們提出了對(duì)采集信息的多樣化和動(dòng)態(tài)化要求，構(gòu)建環(huán)境點(diǎn)、污染物、關(guān)聯(lián)事件的環(huán)境空間，利用時(shí)間序列分析法、污染累積指數(shù)模型和多線性回歸模型綜合分析三者之間的相互關(guān)系，得出了預(yù)測(cè)污染物發(fā)展、評(píng)價(jià)關(guān)聯(lián)事件影響的方法，并通過例子展示了構(gòu)建的演化模式模型在污染物含量報(bào)警和污染責(zé)任確定中的實(shí)際應(yīng)用。謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔點(diǎn)。關(guān)鍵字：地質(zhì)累積指數(shù) 高斯分布模型 源項(xiàng)反演 時(shí)間序列分析 多線性回歸城市表層土壤重金屬污染分析的數(shù)學(xué)模型一、問題重述隨著人類社會(huì)的發(fā)展，人類活動(dòng)對(duì)城市環(huán)境質(zhì)量的影響日益凸顯。對(duì)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(píng)價(jià)，研究人類活動(dòng)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(diǎn)。城區(qū)按照功能一般劃分為生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)、主干道路區(qū)及公園綠地區(qū)等，不同的區(qū)域環(huán)境受人類活動(dòng)影響的程度不同。廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷。廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷巹?，F(xiàn)在有對(duì)某市土壤地質(zhì)環(huán)境的調(diào)查資料，包括不同功能區(qū)若干采樣點(diǎn)土壤主要的種重金屬含量，要求我們根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，求解以下問題：煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚鍍。() 給出種主要重金屬元素在該城區(qū)的空間分布，并分析該城區(qū)內(nèi)不同區(qū)域重金屬的污染程度。() 通過數(shù)據(jù)分析，說明重金屬污染的主要原因。() 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。() 分析你所建立模型的優(yōu)缺點(diǎn)，為更好地研究城市地質(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？鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴縈。二、問題分析第一、二問要求我們給出種主要金屬元素在該城區(qū)的空間分布，分析不同功能區(qū)的污染程度，并且通過數(shù)據(jù)說明造成污染的主要原因。首先我們利用繪制出中元素在不同功能區(qū)的平均值柱狀圖做簡(jiǎn)單分析，而后我們利用讀取采樣數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值和網(wǎng)格化，分別以種元素的含量作為第三維變量，分別繪制出種元素的平面等值線含量圖和平面彩色圖。在分析各個(gè)功能區(qū)重金屬的污染程度時(shí)，我們采用基于地質(zhì)累積與內(nèi)梅羅指數(shù)的重金屬污染評(píng)價(jià)法，設(shè)定了重金屬污染級(jí)別的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，并通過編程得到各個(gè)功能區(qū)的重金屬污染等級(jí)綜合評(píng)價(jià)。在此方法的基礎(chǔ)上，我們計(jì)算了不同功能區(qū)各個(gè)重金屬元素污染指標(biāo)，從中分析得各個(gè)功能區(qū)主要的污染元素，依此結(jié)合實(shí)際考慮污染原因?；[叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)?；[叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)櫧。第三問要求我們考察重金屬污染物的傳播特征，并由此建立模型，確定污染源的位置。我們根據(jù)參考資料分析出重金屬污染物的傳播特征，確定了土壤污染物的高斯分布模型和相應(yīng)的傳播函數(shù)。在高斯分布函數(shù)的基礎(chǔ)上，我們結(jié)合第一、二問中關(guān)于種重金屬含量的分布情況分區(qū)分元素考察關(guān)于污染源位置的問題。集合第一問中所作圖形，對(duì)于某種重金屬元素富集區(qū)域進(jìn)行獨(dú)立考察，通過統(tǒng)計(jì)學(xué)方法得到相應(yīng)這個(gè)區(qū)域的傳播函數(shù)參量，而后設(shè)定一個(gè)重金屬含量閾值來(lái)確定污染源的邊緣，在這里采用常用的值作為邊緣閾值，在峰值采樣點(diǎn)附近做一個(gè)污染源區(qū)。分別確定不同種元素、不同富集位置的污染源概況后，綜合考慮各元素相關(guān)性和實(shí)際情況，確定污染源性質(zhì)和大體位置。預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴買。三、基本假設(shè)() 采樣點(diǎn)分布均勻且全面，能夠體現(xiàn)重金屬含量的基本趨勢(shì)。() 污染源在整個(gè)分布區(qū)間可以被看作點(diǎn)源，污染源內(nèi)部空間重金屬含量變化不明顯。礦產(chǎn)資源在本次研究中也看作污染源。滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦鋇。() 研究區(qū)域中存在若干明顯污染源，其他較遠(yuǎn)、較小污染源的影響相對(duì)于明顯污染源的影響近似可忽略。() 重金屬主要通過大氣進(jìn)行傳播，前三問中不考慮風(fēng)向、地面徑流、地下水等情況的影響。() 點(diǎn)污染源周圍的重金屬含量分布滿足高斯分布函數(shù)，不明顯的海拔因素不影響分布函數(shù)。() 假設(shè)軸增大的方向?yàn)闁|方，軸增大的方向?yàn)楸狈?，設(shè)定方向只為敘述方便，方向不影響重金屬含量分布情況。鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡縫。() 假設(shè)題目所給的數(shù)據(jù)真實(shí)可信。四、符號(hào)說明：第個(gè)采樣點(diǎn)樣品中元素的含量；：第種元素的背景值；：第個(gè)采樣點(diǎn)樣品中元素的地質(zhì)累積指數(shù)；：第個(gè)采樣點(diǎn)樣品的綜合污染指數(shù)；：第種重金屬元素的綜合污染指數(shù)；:第個(gè)功能區(qū)的綜合污染指數(shù)；五、問題一：重金屬含量分布情況與污染評(píng)價(jià)模型 重金屬元素的城市空間分布和污染程度分析 重金屬功能區(qū)分布直方圖基于題目給出的表格，通過對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和整理，分別做出各個(gè)元素在不同功能區(qū)的平均分布量如下所示。擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。擁締鳳襪備訊顎輪爛薔報(bào)。圖 重金屬功能區(qū)分布直方圖圖中、、分別代表生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)、交通區(qū)、公園區(qū)、和相應(yīng)元素的背景值。由上圖可知，在所有重金屬元素中，、在工業(yè)區(qū)和交通區(qū)的含量較高，、在工業(yè)區(qū)和生活區(qū)含量較高，的含量都低于或者接近背景值。贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷鯛。 雙三次插值法原理為了直觀顯示重金屬元素的空間分布，我們首先要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行三次樣條插值和網(wǎng)格化，以采樣點(diǎn)種元素的含量作為第三維變量，結(jié)合采樣點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)，分別繪制出種元素的平面等值線含量圖和平面彩色圖，用等值線密度和色彩來(lái)表示不同的重金屬含量。壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚躋。在插值方法的選擇上，最合適地質(zhì)系統(tǒng)的插值方法應(yīng)該是格里金插值法，但是鑒于需要插值的數(shù)據(jù)較多，我們選擇采用其他近似的插值方法，綜合比較了臨近點(diǎn)插值、線性插值和三次樣條插值在插值速度和光滑度上的影響，確定了基于雙三次插值的插值方法，插值原理