城市土壤表层重金属污染分析

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1、城市表层土壤重金属污染分析摘要：本文主要分析了城市表层土壤重金属污染情况。基于所给数据，画出重金属元素在该城区空间分布。通过熵值法、内梅罗污染指数法，得到城区不同功能区的污染程度。并利用微分方程的数学分析方法，确定污染源的位置。最后利用灰色模型理论，分析该地区的地质演变模式。问题一首先对所给数据进行整理，筛选出不同功能区的各种重金属元素的通过Matlab编程，并通过等高线法表示海拔高度。并通过熵值模型、内梅罗模型计算得到，工业区污染最为严重，交通区次之，接下来依次是生活区、公园绿地区，山区的污染程度最小。问题二由分布图可以知道，工业区的主要污染金属为Hg、Cd

2、，交通区内的主要污染元素为Pb，生活区内的主要污染元素是As，公园绿地区和山区的污染较小。问题三针对污染源位置的问题，考虑到重金属污染的传播特征，采用了偏微分方程模型。主要分析了扩散和衰减这两种因素的影响，先通过分布图大致得到分布范围，并通过非线性拟合得到污染源的位置。对于不同重金属元素，我们共得到了八个位置。问题四可以收集过去年份里重金属元素的浓度，运用灰色模型理论，进行预测。关键词：城市重金属污染、熵值法、内梅罗综合指数、偏微分方程模型、灰色模型理论1问题重述这是一个分析城市表层土壤重金属污染程度的问题。随着城市的飞速发展，人类活动对城市环境质量的影响日益

3、突出。根据城区不同区域所受人类活动影响程度不同，城区一般可分为生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区。在对某城市城区土壤地质环境进行调查时，将所考察的城区划分为间距1公里左右的网格子区域，按照每平方公里1个采样点对表层土壤（0~10厘米深度）进行取样、编号，并用GPS记录采样点的位置，获得了每个样本所含的多种化学元素的浓度数据。另一方面，将按照2公里的间距在那些远离人群及工业活动的自然区取样作为背景值。根据附件所给资料，建立数学模型，完成以下任务：(1)给出8种主要重金属元素在该城区的空间分布，并分析该城区内不同区域重金属的污染程度。(2)通过数据分析，

4、说明重金属污染的主要原因。(3)分析重金属污染物的传播特征，由此建立模型，确定污染源的位置。(4)分析你所建立模型的优缺点，为更好地研究城市地质环境的演变模式，还应收集什么信息？有了这些信息，如何建立模型解决问题？2基本假设1）土壤深度不影响其海拔高度；2）土壤中仅含有As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn八种重金属，其他元素忽略不计；3）重金属在土壤中的分布由扩散和衰减所确定，而忽略其它因素，并认为土壤是均匀的；4）重金属元素扩散服从扩散定律，即单位距离通过单位法向面积的流量与它的浓度梯度成正比；3符号说明：污染源在x轴方向的扩散系数；：污染源在y轴

5、方向的扩散系数；：污染源在z轴方向的扩散系数；：金属的浓度；：衰减系数；：污染点源的质量。4问题分析重金属元素在不同区域有不同分布，其分布与人类活动有关，且不同重金属分布不尽相同。问题一分别考虑八种重金属元素在城区的分布，并与背景值进行比较，可以分析各种重金属元素在城区各个区域的污染程度。问题二由各种重金属元素在各个区域的污染程度，对比分析指出重金属元素污染原因。问题三建立金属扩散的非线性微分方程，并用Matlab对其规划处理，得出污染源的坐标。问题四收集历年该地区的重金属浓度数据，运用灰色模型预测将来地质环境的演变模式。1模型的建立和求解5.1分布模型分布模

6、型的建立主要是通过Excel和Matlab软件处理，将各重金属元素浓度展现在二维图像里。利用Matalb程序（见附件一），分别表示中八种元素的浓度分布。1.根据Excel的自动筛选功能，筛选出各个功能区的坐标x、y、z，并新建附件4，将数据复制到其中。2.利用Matlab读取Excel表格中的表示x,y,z,污染物种类及浓度的数据。3.利用Matlab的plot3函数将不同取样区用不同的符号表示在图上，并用view(2)命令使之体现为二维的图像点。其中，星号*表示生活区、加号+表示工业区、菱形◇表示山区、五角星☆表示交通区、叉号×表示公园绿化区。4.接着利用M

7、atlab的surf函数，将x,y,z以及污染物的浓度表现出来。其中颜色的深浅表示污染物的浓度大小，并且引入等高线来表示海拔高度。5.采用jet函数为表示不同程度的金属污染上色，并使用colorbar将旁边的色图条体现。程序运行后在图像中的Edit菜单中选择colormapeditor命令，调节colordatamin为0，（将不符合实际的污染程度小于0的颜色除去，使之表现为污染程度为0的点的颜色），调节colordatamax的数值，使颜色的变化更加明显，具体的colordata的调节值见表1。表1程序一中的colordata调节值元素种类As(μg/g)C

8、d(ng/g)Cr(μg/g)Cu(μ