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时间:2021-02-02
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1、摘要中国城市表层土壤重金属污染的主要来源是工业“三废”排放,金属采矿和冶炼,家庭燃煤,生活垃圾,汽车尾气排放。重金属在城市表层土壤中的分布规律表现为城市表层土壤重金属含量高于郊区,人类活动密集区和交通主干道路区重金属含量较高;人类活动的干扰导致土壤剖面重金属污染特征不明显。关键词:城市土壤;重金属污染;中国§1问题的重述一、背景知识随着城市经济的快速发展和城市人口的不断增加,人类活动对城市环境质量的影响日显突出。对城市土壤地质环境异常的查证,以及如何应用查证获得的海量数据资料开展城市环境质量评价,研究人类活动影响下城市地质环境的演变模式,日益成为人们关注的焦点。按照功能划分
2、,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等,分别记为1类区、2类区、……、5类区,不同的区域环境受人类活动影响的程度不同。二、相关数据现对某城市城区土壤地质环境进行调查。为此,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(0~10厘米深度)进行取样、编号,并用GPS记录采样点的位置。应用专门仪器测试分析,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,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,将其作为该城区表层土壤中元素的背景值。列出了采样点的位置、海拔高度及其所属功能区等信息(附件1)列出了8种主要
3、重金属元素在采样点处的浓度,附件3列出了8种主要重金属元素的背景值(附件2)。三、要解决的问题(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,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§2问题的分析一、对问题(1)的分析已知给出8种主要重金属,我们首先处理给定的数据,(1)以海拔高度为Z轴建立空间坐标系X-Y-Z,用二维散部点内插的方法利用数学软件绘制
4、出该城市的空间曲面图、俯视分布图以及等高线图(见图1、2)。在空间曲面图上描绘319个样本点图(见图3)。再用空间曲面图中不同的颜色来由浅向深表示该城市五个地区(生活区、工业区、山区、主干道路区以及公园绿地区),同样二维散部点内插的方法绘制出该城市五个地区的平面图(见图4)。,从这两个图形中可以看出该城市这五个主要地区的分布情况。(2)通过数学软件,在这曲面图中标注了给定的319个样本点的位置,从中可以观察到是如何进行取样点的。其次将该8种重金属元素(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn)的浓度值依次替换海拔高度Z,利用数学软件画出图形,又得到8个图像,从中我们可
5、以观察到重金属污染的分布:As主要分布在工业区和交通主干道路区;Cd主要分布在交通主干道路和生活区;Cr主要分布在交通道路区、生活区和公园绿地区;Cu主要分布在生活区和工业区;Ni主要分布在生活区和公园绿地区;Pb主要分布在交通主干道路区和生活区;Zn主要分布在山区、交通主干道路区和公园绿地区。一、对问题(2)的分析为了分析和考察该城市重金属污染的主要原因,根据问题一分析所得出的结论和绘制的图像中我们可以发现,城市表层重金属污染的主要原因可能有以下几个方面:工业污染,交通污染和生活垃圾污染。工业污染大多通过废渣、废水、废气排放环境中,矿产冶炼加工、电镀、塑料、电池、化工等行
6、业都是排放重金属的主要工业源,它们以“三废”形式不断向城市土壤排放重金属。交通污染主要是汽车尾气的排放,汽车轮胎的磨损,汽油的燃烧。生活污染主要是一些生活垃圾的污染,如:废旧的电池、破碎的照明灯、一些没有用完的化妆品,残留下的饮料等,堆放的垃圾在雨水淋洗下会向土壤中释放有毒元素,释放到土壤中的主要是其有效态部分,且由于在表生条件下以有效态形式存在的金属元素几乎不可能再结合到残渣态去,这会使重金属在土壤中迁移能力增加,污染地下水。一、对问题(3)的分析为了进一步分析重金属污染物的传播特征、确定污染源具体的位置,我们认为重金属污染物的传播特征为:被污染的地区的重金属浓度会随着离
7、污染源的距离增大而变小。首先假设一点为污染源,在该点建立了一个简单类似反比例函数的模型,其函数表达式为:,利用模型计算出的理论数据与样本点测得实际数据的方差来线性拟合,我们认为方差越小就说明该假设点越接近实际污染源点,再利用搜索法在污染浓度较高的区域中进行寻找最佳污染源点的位置,并进一步来确定模型的参数。在此模型的基础上,为了更精确的确定污染源的具体位置,我们建立了类似衰减的模型,指数函数模型:。首先以一个重金属元素分布图为例,从图中可以看出哪个区是主要的污染区,在这个污染区中找个点当做原点,以点与点之间的距离为半
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