城市表層土壤重金屬污染分析建模論文-展示頁(yè)
2025-07-06 13:43本頁(yè)面
【正文】 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(lái)使模型更加完善精確。題干研究的是城市表層土壤重金屬的污染源，重金屬進(jìn)入土壤的主要方式有空氣擴(kuò)散、重力沉積，水流滲透。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。問題二中所給元素濃度單位不統(tǒng)一，在進(jìn)行重金屬污染的主要原因分析時(shí)會(huì)受到量綱和數(shù)量級(jí)的影響，因此對(duì)附件2各區(qū)域8種重金屬元素濃度進(jìn)行處理。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。(4) 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？二、問題分析問題一想要得到重金屬元素在該城區(qū)的空間分布，并研究該城區(qū)內(nèi)不同區(qū)域重金屬的污染程度。(2) 通過數(shù)據(jù)分析，說明重金屬污染的主要原因。附件1列出了采樣點(diǎn)的位置、海拔高度及其所屬功能區(qū)等信息，附件2列出了8種主要重金屬元素在采樣點(diǎn)處的濃度，附件3列出了8種主要重金屬元素的背景值。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)?，F(xiàn)對(duì)某城市城區(qū)土壤地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查。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)。同樣可以推廣應(yīng)用于確定如噪聲源、地震源頭、輻射擴(kuò)散源的位置。根據(jù)高斯?jié)舛饶Ｐ徒⑿拚Ｐ?，得到濃度關(guān)于時(shí)間和空間的表達(dá)式，最終建立綜合模型。針對(duì)問題三：根據(jù)環(huán)境地學(xué)的思維方式，仿照高斯擴(kuò)散模型建立污染物只隨空氣擴(kuò)散的重金屬污染物傳播特征模型和污染物隨空氣擴(kuò)散和重力沉降的重金屬污染物傳播特征模型，通過Matlab軟件求解模型，得到該地區(qū)各元素濃度的分布情況，最后利用Matlab軟件求解，得到各元素的污染源坐標(biāo)。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。工業(yè)區(qū)Zn、Cr、Cd、Pb、As、Ni元素含量高，污染的主要原因是工業(yè)區(qū)“三廢”排放增加了這些元素在土壤中的含量。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。公園綠地區(qū)只有Hg為中度污染，大部分元素為輕度污染和無(wú)污染，綜合污染等級(jí)為警戒。山區(qū)八種重金屬元素都對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境無(wú)污染，綜合污染等級(jí)為安全。最后應(yīng)用地質(zhì)累積指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法得出生活區(qū)中As、Cd、Cr、Hg、Pb元素屬于輕度污染，Ni元素屬于無(wú)污染元素，Cu、Zn屬于中度污染，綜合污染等級(jí)為輕度污染。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。城市表層土壤重金屬污染分析 —西安理工大學(xué)2017年數(shù)學(xué)建模訓(xùn)練題第（五）套指導(dǎo)老師： 冉占軍 完成日期： 2017 年8月26日成 員： 自151 馮鑫濤 電信151 王 洋 儀153 王麗娜題目：城市表層土壤重金屬污染分析摘 要隨著人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量重視程度的加強(qiáng)，城市土壤重金屬的污染問題也成為重要的研究課題。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(lái)研究城市表層土壤重金屬污染。然后運(yùn)用Matlab軟件中三次樣條插值擬合函數(shù)繪制出5類區(qū)的區(qū)域地圖、三維海拔圖和8種主要重金屬元素在該城區(qū)的區(qū)域分布圖。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。主干道路區(qū)只有Hg為強(qiáng)度污染,其他元素為輕度污染，綜合污染等級(jí)為輕度污染。針對(duì)問題二：首先對(duì)附件2各區(qū)域8種重金屬元素濃度進(jìn)行無(wú)量綱化處理，然后應(yīng)用Excel軟件畫出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。生活區(qū)Zn、Cr元素含量偏高，污染的主要原因是公路兩側(cè)含鉛汽油的燃燒。山區(qū)只有Cu元素含量較高，是由于礦山的開采。公園綠地區(qū)中Pb元素含量較高，其污染的主要原因是由于使用公園綠地區(qū)農(nóng)藥化肥。 針對(duì)問題四：首先分析問題三所建模型的優(yōu)缺點(diǎn)，然后根據(jù)地質(zhì)環(huán)境的演變模式，在已有信息的基礎(chǔ)上，收集不同時(shí)間內(nèi)的樣點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的濃度、各污染源重金屬的產(chǎn)生率和空氣、土壤擴(kuò)散比。 本文所建立的模型簡(jiǎn)單易懂，與實(shí)際緊密聯(lián)系，有很好的通用性和推廣性。關(guān)鍵詞：地質(zhì)累積指數(shù)法 綜合污染指數(shù)法 主成分分析 高斯擴(kuò)散模型 一、問題重述隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市人口的不斷增加，人類活動(dòng)對(duì)城市環(huán)境質(zhì)量的影響日顯突出。按照功能劃分，城區(qū)一般可分為生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)、主干道路區(qū)及公園綠區(qū)域等，分別記為1類區(qū)、2類區(qū)、……、5類區(qū)，不同的區(qū)域環(huán)境受人類活動(dòng)影響的程度不同。為此，將所考察的城區(qū)劃分為間距1公里左右的網(wǎng)格子區(qū)域，按照每平方公里1個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)表層土（0~10 厘米深度）進(jìn)行取樣、編號(hào)，并用GPS記錄采樣點(diǎn)的位置。另一方面，按照2公里的間距在那些遠(yuǎn)離人群及工業(yè)活動(dòng)的自然區(qū)取樣，將其作為該城區(qū)表層土壤中元素的背景值。建立數(shù)學(xué)建模來(lái)完成以下任務(wù)：(1) 給出8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。(3) 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。由于所給采樣點(diǎn)不是位于同一個(gè)區(qū)域，這就需要對(duì)所給采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)域篩選和整合。通過查閱重金屬污染程度評(píng)價(jià)方法的相關(guān)資料，主要方法有單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅指數(shù)法、地質(zhì)累積指數(shù)法[1]。經(jīng)過數(shù)據(jù)的分析，重金屬污染的主要原因取決于重金屬在各個(gè)區(qū)域中的含量，由于每個(gè)區(qū)域的重金屬含量不同，我們首先需要確定哪些重金屬元素為污染環(huán)境的主要因素。問題三為了確定污染源的位置，可以根據(jù)污染源的傳播特征建立模型來(lái)尋找局部最高點(diǎn)。通過地質(zhì)變化原理可假設(shè)濃度最大的點(diǎn)是污染源的的位置，因此確定污染源位置即尋找濃度最高點(diǎn)。三、問題假設(shè)（1）假設(shè)不考慮元素間的相互作
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