20xx年數(shù)學(xué)建模優(yōu)秀論文城市表層土壤重金屬污染分析(編輯修改稿)
2024-09-04 21:34 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 中心。對于Zn,其高含量點(diǎn)也主要分布在交通繁忙的主干道路區(qū)周邊和工業(yè)區(qū)周邊, 這主要是由于汽車尾氣的排放和廠礦企業(yè)的三廢排放。對于As，該市表層土壤As基本都是輕度或中度污染，只有個別點(diǎn)富集程度較高，該富集中心的位置主要分布在工業(yè)區(qū)周邊，主要來源可能是工廠的廢水排放。綜上所述，可以認(rèn)為工業(yè)區(qū)、主干道路區(qū)和生活區(qū)的活動是造成該城區(qū)表層土壤重金屬污染的主要原因。三、問題三的求解： 模型建立：依據(jù)問題一得出的各重金屬元素在該城區(qū)的空間分布，得到濃度分布矩陣Z（Z是100100的矩陣），進(jìn)而結(jié)合MATLAB軟件建立搜索模型。Z是100100的矩陣，借鑒元胞的思想建立一個100100規(guī)模的二維網(wǎng)格，將元素濃度分布矩陣對應(yīng)放入，其中每一個元素占據(jù)其中一個格子。根據(jù)問題分析可知：污染源存在于二維網(wǎng)格中的某些格子中。并且污染源所在格子元素濃度大于周圍格子的元素濃度。二維元胞自動機(jī)(規(guī)則四方網(wǎng)格劃分)的鄰居通常有以幾種形式如圖2所示：黑色元胞為中心元胞，灰色元胞為該元胞的鄰居。（參考文獻(xiàn)[4]）圖8：元胞鄰居模型分析三種鄰居模型發(fā)現(xiàn)第二種模型最適合。第二種鄰居模型中污染源存在的格子z(i,j)應(yīng)滿足：對于與外界不相鄰的格子 （3） （4） （5） （6） （7） （8） （9） （10）對于邊界處的格子理論上應(yīng)滿足以左邊界為例 （11） （12） （13） （14） （15）對于頂角處的格子理論上應(yīng)滿足：以左邊界為例 （16） （17） （18）為了簡化模型在此不予考慮，即認(rèn)為對于邊界和頂角處不存在污染源。通過搜索模型可以求出重金屬空間分布中的極值點(diǎn)即可能的污染源，再結(jié)合國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[3]（下表5）通過MATLAB軟件對極值點(diǎn)進(jìn)行篩選出，求出重金屬的主要污染源。表5：國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)級別As (μg/g)Cd (ng/g)Cr (μg/g)Cu (μg/g)Hg (ng/g)Ni (μg/g)Pb (μg/g)Zn (μg/g)一級1520090351504035100二級2530030010050050300250三級3010004004001500200500500 模型求解： 根據(jù)問題一中得出的砷元素在城區(qū)的空間分布（見圖3）。得到濃度分布矩陣Z（矩陣較大未附出），結(jié)合MATLAB軟件建立搜索模型進(jìn)行搜索得出砷元素在空間分布極大值61個。用同樣方法得出其他7種重金屬在空間分布極大值個數(shù)（見表6）。表6：八種金屬元素空間分布極大值個數(shù)元素As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn 個數(shù)6160576263605358 運(yùn)用scatter函數(shù)畫出各重金屬元素空間分布極大值點(diǎn)的散點(diǎn)圖使數(shù)據(jù)可視化。得到各種重金屬元素空間分布極大值點(diǎn)的散點(diǎn)圖如下：圖9：砷、鎘、鉻、銅的空間分布極大值散點(diǎn)圖圖10：汞、鎳、鉛、鋅的空間分布極大值散點(diǎn)圖 結(jié)合國家土壤環(huán)境三個等級的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)通過MATLAB軟件對極值點(diǎn)進(jìn)行分級篩選：首先用國家土壤環(huán)境一級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行篩選，得出篩選結(jié)果，再用國家土壤環(huán)境二級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對一級指標(biāo)得出的點(diǎn)進(jìn)行篩選，依次類推，最終得到篩選結(jié)果如表7表7：不同國標(biāo)等級下的極大值個數(shù)元素AsCdCrCuHgNiPbZn一級個數(shù)65713453965357二級個數(shù)152320173325三級個數(shù)11125110118從篩選的結(jié)果中選出適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)作為重金屬的主要污染源，所選點(diǎn)個數(shù)和點(diǎn)坐標(biāo)如下列各表：表8：重金屬主要污染源個數(shù)元素AsCdCrCuHgNiPbZn個數(shù)61135116318表9：砷污染源二維坐標(biāo)及其濃度值A(chǔ)s (μg/g)X/m1890012900720045001830027600Y/m22003200740078001020012200表10：鎘污染源二維坐標(biāo)及其濃度值Cd (ng/g)X/m45002400240017700177005100Y/m260034003600400042005200Cd (ng/g)1024X/m5100360060004800480021600Y/m520060008600112001140011600表11：鉻污染源二維坐標(biāo)及其濃度值Cr (μg/g)X/m4800108003600Y/m480056006000表12：銅污染源二維坐標(biāo)及其濃度值Cu (μg/g)X/m24002700240027003600Y/m36003600380038006000表13：汞污染源二維坐標(biāo)及其濃度值Hg (ng/g)163851448715460154271839233313434134111143216921723X/m3000138002700270072003300153001530015600225008700Y/m2600260034003600740082009200940094001060012200表14：鎳污染源二維坐標(biāo)及其濃度值Ni (μg/g)X/m36002220027600Y/m60001220012200表15：鉛污染源二維坐標(biāo)及其濃度值Pb (μg/g
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