城市表層土壤重金屬污染分析建模論文-wenkub
2023-07-12 13:43:53 本頁(yè)面
【正文】 畫出5類區(qū)的8種重金屬元素所占百分比餅狀圖，由圖可明顯地看出各區(qū)域內(nèi)各種元素的污染情況。工業(yè)區(qū)中As、Ni、Cr元素屬于輕度污染，Cd、Cu、Zn、Pb元素屬于重度污染，Hg則屬于強(qiáng)度污染，綜合污染等級(jí)為重度污染。本文基于對(duì)某城市城區(qū)各區(qū)域土壤重金屬元素濃度數(shù)據(jù)的分析，建立數(shù)學(xué)模型來研究城市表層土壤重金屬污染。針對(duì)問題一：首先應(yīng)用Excel軟件篩選附件1中所給采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，將其整合到5個(gè)區(qū)域中。山區(qū)八種重金屬元素都對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境無污染，綜合污染等級(jí)為安全。最后將各區(qū)域8種重金屬元素濃度數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS軟件進(jìn)行主成分分析得出重金屬污染的主要原因。主干道路區(qū)Cd、Pb元素含量高于國(guó)家背景值，污染的主要原因是由于機(jī)動(dòng)車尾氣排放顯著。根據(jù)高斯?jié)舛饶Ｐ徒⑿拚Ｐ停玫綕舛汝P(guān)于時(shí)間和空間的表達(dá)式，最終建立綜合模型。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)。應(yīng)用專門儀器測(cè)試分析，獲得了每個(gè)樣本所含的多種化學(xué)元素的濃度數(shù)據(jù)。(2) 通過數(shù)據(jù)分析，說明重金屬污染的主要原因。由于還需要分析不同區(qū)域重金屬的污染程度，污染程度需要抽象為污染指數(shù)，通過比較污染指數(shù)與國(guó)家背景值，確定污染程度。主要因素的確定方法有很多，如聚類分析法、因子分析和主成分分析法。問題四通過對(duì)城市地質(zhì)環(huán)境的相關(guān)的資料的查閱對(duì)問題三所建立模型進(jìn)行進(jìn)一步研究，加入更多可測(cè)數(shù)據(jù)來使模型更加完善精確。（4）假設(shè)用國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值與不同功能區(qū)各種重金屬的實(shí)測(cè)平均濃度進(jìn)行對(duì)比后得出的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值能準(zhǔn)確反映土壤質(zhì)量情況。 區(qū)域三維海拔圖 As元素區(qū)域分布圖 Cd元素區(qū)域分布圖 Cr元素空間濃度分布圖 Cu元素空間分布圖 Hg元素空間分布圖 Ni元素空間分布圖 Pb元素空間分布圖 Zn元素空間分布圖 地質(zhì)累積指數(shù)模型的建立地質(zhì)累積指數(shù)不僅反映了元素的自然變化特征，而且可以判別人為活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響，是區(qū)分人為活動(dòng)的重要參數(shù)。土壤環(huán)境是一個(gè)復(fù)雜的體系，土壤污染往往是由多個(gè)污染因子復(fù)合污染導(dǎo)致。將單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法結(jié)合建立綜合污染指數(shù)模型[2]。工業(yè)區(qū)中As、Ni、Cr元素屬于輕度污染，Cd、Cu、Zn、Pb元素屬于中度污染，Hg則屬于強(qiáng)度污染。 該城區(qū)不同區(qū)域8種重金屬的污染程度生活區(qū)重金屬元素AsCdCrCu地積累指數(shù)0＜≤10＜≤10＜≤11＜≤2污染程度輕度污染輕度污染輕度污染中度污染工業(yè)區(qū)地積累指數(shù)0＜≤11＜≤20＜≤12＜≤3污染程度輕度污染中度污染輕度污染中強(qiáng)度污染山區(qū)地積累指數(shù)≤0 ≤0≤0≤0污染程度無污染無污染無污染無污染主干道路區(qū)地積累指數(shù)0＜≤10＜≤10＜≤11＜≤2污染程度輕度污染輕度污染輕度污染中度污染公園綠地區(qū)地積累指數(shù)0＜≤10＜≤1≤00＜≤1污染程度輕度污染輕度污染無污染輕度污染生活區(qū)重金屬元素HgNiPbZn地積累指數(shù)0＜≤1≤00＜≤11＜≤2污染程度輕度污染無污染輕度污染中度污染工業(yè)區(qū)地積累指數(shù)3＜≤40＜≤11＜ ≤21＜≤2污染程度強(qiáng)度污染輕度污染中度污染中度污染山區(qū)地積累指數(shù)≤0≤0 ≤0≤0污染程度無污染無污染無污染無污染主干道路區(qū)地積累指數(shù)3＜≤4≤00＜≤11＜≤2污染程度強(qiáng)度污染無污染輕度污染中度污染公園綠地區(qū)地積累指數(shù)1＜≤2≤00＜≤10＜≤1污染程度中度污染無污染輕度污染輕度污染綜合污染指數(shù)模型。該方法在消除量綱和數(shù)量級(jí)影響的同時(shí)，保留了各變量取值差異程度上的信息，差異程度越大的變量對(duì)綜合分析的影響也越大。 工業(yè)區(qū)8種重金屬元素所占百分比，生活區(qū)Hg元素所占比例最高，Cu元素次之，是重金屬污染的主要原因。 主成分分析模型的建立確定主要因素的方法有很多，如聚類分析、因子分析和主成分分析法。設(shè)法將原來的變量重新組合成一組新的互相無關(guān)的幾個(gè)綜合變量，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要從中可以取出幾個(gè)較少的綜合變量盡可能多地反映原來變量的信息的統(tǒng)計(jì)方法叫做主成分分析或稱主分量分析，也是數(shù)學(xué)上用來降維的一種方法[3]。然后根據(jù)權(quán)重系數(shù)值大小降序排列，系數(shù)大的對(duì)應(yīng)的重金屬元素就是主要污染的主要原因。重金屬污染的主要原因是工業(yè)區(qū)“三廢”排放，采礦和冶煉會(huì)增加這些元素在土壤中的含量。由于機(jī)動(dòng)車尾氣排放既是城市大氣的主要污染源，也顯著引起公路兩側(cè)土壤的重金屬污染，汽車汽油、發(fā)動(dòng)機(jī)、輪胎、潤(rùn)滑油和鍍金部分都能燃燒或磨損而釋放出Hg、Zn元素。不難發(fā)現(xiàn)每個(gè)區(qū)域都受到不同程度的Cd元素的污染，這是因?yàn)殒k元素主要以硫化鎘形式儲(chǔ)存于鋅礦、鉛鋅礦和銅鉛鋅礦中，土壤鎘主要來源于鋅礦、鉛礦的冶煉、合金、電鍍、化工廠等排放的廢水，工業(yè)固廢堆放，含有廢舊電池的生活垃圾滲濾，污泥施肥以及過量或不恰當(dāng)?shù)厥褂没兽r(nóng)藥等。類似的，沒有給定地表水的情況，也無法分析水流對(duì)無污染物擴(kuò)散的影響，因此此時(shí)僅僅考慮污染物隨空氣擴(kuò)散的模型，仿照高斯擴(kuò)散模型建立模型[3]。為一待定函數(shù)。由于風(fēng)向隨機(jī)變化的不定性，在水平面上任一瞬間每一塵粒可以隨意左右前后擺動(dòng)。結(jié)果分析：通過求解模型。缺點(diǎn)：重金屬污染物傳播特征模型只考慮空氣傳播有些片面，有很多重金屬污染物不能通過風(fēng)擴(kuò)散，比如一些離子，只能溶在土壤的水份中，靠土壤擴(kuò)散。因此，我們只需要求出空間中任意一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的污染物濃度與時(shí)間的關(guān)系表達(dá)式即可。設(shè)在時(shí)刻，瞬時(shí)注入污染溶質(zhì)質(zhì)量，得積分得當(dāng)時(shí)考慮該模型時(shí)，定義z=0為污染源的海拔高度，求其周
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