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1、城市表层土壤重金属污染分析模型摘要本文针对城市地质演变受人类活动影响所引发的土壤重金属污染问题，依据附件中给出的数据，先用surfer软件绘制出各主要重金属元素的空间分布三维曲面图，接着通过单因子指数法、内梅罗综合污染指数法与潜在生态危害指数法，对不同区域内的重金属污染程度进行分析；再通过变异系数法，结合实际，找出污染产生的主要原因；然后结合土壤溶质运移的基本理论，运用多元非线性拟合，建立模型，确定出污染源的位置及其坐标；最后将模型由二维推广至三维。针对问题1，先运用surfer软件绘制出8种主要重金属元素在该城区的空间分布三维曲面图，再从污染指数角度，通过单因子指数法
2、反映出不同区域内的重金属污染程度，并用内梅罗综合污染指数法，全面分析各污染物对土壤的不同作用，突出高浓度污染物对环境质量的影响，得到结果如下：区域第1区第2区第3区第4区第5区综合污染指数3.170613.18961.25829.42552.6600污染等级重污染重污染轻污染重污染中污染从生态危害角度，用潜在生态危害指数法得出各功能区内8种重金属元素的综合生态危害等级：第1区第2区第3区第4区第5区综合中等极强轻微极强中等针对问题2，根据问题1中所求得的不同功能区内的重金属污染程度，结合各功能区自身的特点，比较分析，得出重金属污染的主要原因为：工厂生产与交通污染。针对问
3、题3，先由土壤溶质运移的基本理论，分析重金属污染物的传播特性，由此确立传播系数，运用多元非线性拟合，建立模型，结合surfer软件绘图，从而使用matlab编程确定出污染源的位置及其坐标为：元素污染源坐标As（18367,10475）、（11965,2756.3）Cd（21391,11613）、（2100.6,2714.9）、（6423.1,1913.3）Cr（4353.1,65.015）、（4474.2,4358.4）Cu（4248.1,179.43）、（1838.1,3317.3）Hg（14901,9379.7）、（13501,2361.6）、（2766.5,246
4、9.8）、（1777,2662.2）Ni（6425.5,1914.3）Pb（2433.7,1348.5）、（4506.3,5270.5）Zn（13576,9598.3）、（9754.5,4686.8）针对问题4，评价了问题3中模型的优缺点后，确定出还应收集的信息包括土壤密度、土壤含水率、土壤的横纵向弥散系数等参数，利用土壤溶质运移方程建模求解，最终得到三维的土壤溶质运移方程。关键词：重金属surfer软件污染指数变异系数溶质运移一、问题重述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
5、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，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。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
6、作为该城区表层土壤中元素的背景值。附件1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2列出了8种主要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。现要求通过数学建模来完成以下任务：(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，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？二、问题分析人类活动对城市环境质量的影响日
7、益突出，使得对人类活动影响下城市地质环境演变模式的调查，显得日益重要。题中给出了采样点的位置、海拔、空间分布信息，8种主要重金属元素在采样点出的浓度以及各自的背景值。要求给出各重金属元素在该城区的空间分布，结合数据分析不同区域的重金属污染程度以及重金属污染的主要原因，并建立模型分析污染源的传播特征，确定污染源的位置，最终对模型加以改进与推广，以更好地研究城市地质环境的演变模式。首先，为了更加直观地表示出8种重金属元素在该城区各自的空间分布，可以运用surfer软件绘制各元素对应的三维曲面图。由污染指数角度看污染程度，通过单因子指数法与内梅
