20xx數(shù)學(xué)建模a題優(yōu)秀論文-城市表層土壤重金屬污染分析-在線瀏覽
2025-01-09 04:13本頁面
【正文】 ? ? ? ? ? ?? ?02020200202020CC zzyyxxCC zzyyxx j jjji iii ? ??????? ?????（ ? ?000 , zyx 和 ? ?iii zyx , 分別為污染源、觀測點(diǎn) 坐標(biāo) ， iC 0C 分別為觀測點(diǎn)、污染源濃度） 。 在問題四中，我們充分考慮了模型三的靜態(tài)特征，還應(yīng)該收集 土壤的固相、液相、氣相和 PH 值以及 重金屬元素的毒理性的相關(guān)信息 。整合以上信息，可以利用差分方程建立模型求解。 對 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)量評價(jià)，研究人類活動影響下城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式，日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。 現(xiàn) 對 某城市城區(qū)土壤地質(zhì)環(huán)境 進(jìn)行 調(diào)查。 應(yīng)用 專門儀器測試分析， 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)。 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。 (2) 通過數(shù)據(jù) 分析 ，說明 重金屬污染的主要原因。 (4) 分析所建立模型的優(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 本問 題是關(guān)于環(huán)境生物和地址學(xué)相結(jié)合的模型問題，附件給出了區(qū)域、采樣點(diǎn)的坐標(biāo)位置、海拔以及污染物濃度一系列的數(shù)據(jù)。 問題一：基于附件 1 中采樣點(diǎn)的位置和附件 2 中 8 中重金屬元素在各個(gè)區(qū)域內(nèi)的分布情況，運(yùn)用 surfer 軟件繪出下列 8 個(gè)等濃度圖。并且在此基礎(chǔ)上，我們對內(nèi)梅羅指數(shù)進(jìn)行了修正，得出比較客觀的修正值，讓結(jié)果變得更加準(zhǔn)確。 問題三：分別從不同側(cè)面進(jìn)行分析，即：縱橫坐標(biāo)、海拔、區(qū)域以及重金屬污染物固有的一些特性，然后跟確定地震源的確定方法進(jìn)行比較和借鑒，我們采用了經(jīng)典的Geiger 定位法，并且還運(yùn)用 Inglada 方法進(jìn)行初值的計(jì)算。這樣是結(jié)果更加精準(zhǔn)。利用差分方程進(jìn)行有效的解決。 由于不 好 判斷五類區(qū)的地理分布情況，我們就將問題理想化，考慮每類區(qū)的 8種重金屬污染程度； 假設(shè)附件給出的數(shù)據(jù)對于建立模型已經(jīng)足夠充分 ； 假設(shè)每個(gè)采樣點(diǎn)的采集時(shí)間相同，重金屬的含量不會因?yàn)椴杉瘯r(shí)間的差異出現(xiàn)變化 ； 忽略污染化合物之間的相關(guān)影響 ； 忽略重金屬污染物之間的交叉污染 ； 在第三問中，我們將土壤理想化成成分均勻的介質(zhì)。這樣我們利用附件一和附件二 使 用 matlab 軟件 繪出 8 種重金屬在整個(gè)區(qū)域的空間分布 等高線 （見圖 18）。 評價(jià)方法 首先采用單因子污染指數(shù)法對土壤重金屬污染進(jìn)行評價(jià)，計(jì)算公式為： ??? mi iii SCmP 1 /1 9 然后采用綜合因子指數(shù)法對土壤重金屬污染進(jìn)行評價(jià)，計(jì)算公式為： ? ?2m a x1 221inii PPnP??????????綜 式中， iP 為土壤污染物 i 的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)； iC 為土壤污染物 i 的實(shí)際測量值； iS 為土壤污染物 i 的背景值； m 是土壤污染物 i 采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)； n 為重金屬種類總數(shù)。 修正內(nèi)梅羅指數(shù)法 顯然，用此方法的計(jì)算結(jié)果會突出最大污染物產(chǎn)生的影響，但卻沒有考慮污染因子的危害性差異 [2] 。下面運(yùn)用 Excel 進(jìn)行簡單計(jì)算，結(jié)果 如下（表 4） ： 表 4 修正后的綜合污染指數(shù) 區(qū)域名 綜合指數(shù) 相對重要性比值 i? 各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重 i? 修正值 修P 生活區(qū) 工業(yè)區(qū) 1 山區(qū) 交通區(qū) 公園綠地區(qū) 修正后得到不同城區(qū)的綜合污染程度（表 5）。 11 問題二 初步分析 通過問題一中對于重金屬污染的數(shù)據(jù)表 3 和表 5，我們分別從橫向和縱向進(jìn)行分析，找出重金屬污染的主要原因。這說明工業(yè)污染導(dǎo)致重金屬污染的成分最重，交通區(qū)主要以排放 的污染氣體為主，被污染的大氣長期滯留，這樣就會污染到土壤表層。下圖給出了五類區(qū)的污染指數(shù)所占比例： 12 %%%%%生活區(qū)工業(yè)區(qū)山區(qū)交通區(qū)公園綠地區(qū) 圖 9 五類區(qū)域綜合污染指數(shù)所占比例 橫向分析可以看出，工業(yè)區(qū)的綜合指數(shù)最高，這與實(shí)際規(guī)律相符，說明工業(yè)區(qū)周圍的治理污染工作還不到位， 橫向主要原因?yàn)楣I(yè)污染。 05101520As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn單因子污染指數(shù) 圖 10 工業(yè)區(qū)單因子污染指數(shù) 由圖 10 可以看出 Hg 的污染指數(shù)最高，工業(yè)區(qū)土壤中 Hg明顯富集，這與工業(yè)區(qū)的Hg 元素及含 Hg的化合物滲透土壤的污染物比較多，下面我們采用主成分分析法進(jìn)行污染物的主要原因的確定。??? ，利用 matlab 計(jì)算結(jié)果見下表： (表 6) 表 6 特征值、貢獻(xiàn)率、累計(jì)貢獻(xiàn)率 1? 2? 3? 4? 5? 6? 7? 8? 特征值 貢獻(xiàn)率 累計(jì)貢獻(xiàn)率 表 7 特征向量 14 取累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá) 85%— 95%的特征值 m??? ??21, 所對應(yīng)的第一、第二 ? 第? ?pmm ? 的主成分，那么就 得到主成分有三個(gè)，分別為第一主成分 1F 第二主成分 2F 第三主成分 3F : 876543211 5 8 9 0 5 3 xxxxxxxxF ????????876543212 4 9 5 4 2 9 9 5 5 2 7 6 2 6 8 8 3 xxxxxxxxF ???????? 876543213 5 2 0 9 5 6 1 2 4 2 8 7 7 1 8 6 3 xxxxxxxxF ???????? 由此確定污染主要原因?yàn)椋?工業(yè)區(qū) Hg、 Cu，交通 區(qū) As、 Hg，生活區(qū) Cu，分別為重金屬污染的主要原因。 我們整合了題目給的附表一和附表二的數(shù)據(jù)，建立了表一（見附錄），有數(shù)據(jù)直觀分析出，從平面角度：以污染物濃度較高的地理位置一圓心擴(kuò)散，從區(qū)域劃分角度： 工業(yè)區(qū) 交通區(qū) 生活 區(qū) 公園綠化區(qū) 山區(qū) 。 土
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