關(guān)于城市表層土壤重金屬污染分析

1、關(guān)于城市表層土壤重金屬污染分析摘要 本文研究了人類活動(dòng)帶來的重金屬對(duì)土壤的危害。 針對(duì)問題一，我們對(duì)附件1,2數(shù)據(jù)作圖分析，得到8種不同金屬元素分別在城區(qū)的空間分布圖及5個(gè)功能區(qū)污染最顯著的重金屬元素空間分布圖。經(jīng)分析可得出不同功能區(qū)域內(nèi)各樣本點(diǎn)上每種元素濃度大小。參照以濃度劃分土質(zhì)污染級(jí)別國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，得到各功能區(qū)在每種元素作用及8種元素共同作用下的污染級(jí)別。 針對(duì)問題二，利用上一問得到的空間分布圖及污染級(jí)別，分析每個(gè)功能區(qū)各自的人類活動(dòng)和設(shè)施環(huán)境，分析在不同級(jí)別污染程度下的主要原因，結(jié)果顯示：重金屬主要來源為：化工廠污染，汽車尾氣排放和輪胎摩擦產(chǎn)生的鋅粉；工業(yè)快速發(fā)展地區(qū)鉛高于生活區(qū)，鉛與距公

2、路遠(yuǎn)近有關(guān)。對(duì)于問題三，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)各元素在城區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)基本由西到東水平方向上濃度逐漸遞減的趨勢(shì)，依此建立濃度距離污染源越遠(yuǎn)而越小的遞減模型，在重金屬以沉淀累積為主要傳播特征的前提下，找出了以工廠為主要污染源的a,b兩區(qū)域元素濃度最大值點(diǎn)的水平方向上，y軸近乎相同范圍內(nèi)濃度隨x軸值增大而逐漸減小的的兩組樣本點(diǎn)，然后作圖和衰減模型做出的圖對(duì)比，得到污染源的位置，as，cd，cr，cu，pb污染大的位置為：工廠的x（5000-60000）y（9000-10000）和x（2000-30000）y（2000-4000）；zn、hg的位置為工廠的x（10000-120000）y（9000-10000）范圍和

3、x（10000-120000）y（2000-4000）。 最后一個(gè)問題中，從人為破壞，自然災(zāi)害兩大方面得六個(gè)影響地質(zhì)環(huán)境演變的重要因素：人口問題，水體污染，酸雨和毒霧，地震，洪水和旱災(zāi)出發(fā)建立層次模型?？梢酝ㄟ^權(quán)重比較六種因素影響其演變的快慢及程度，建立6種因素與地質(zhì)演變之間的關(guān)系或模型。關(guān)鍵詞：濃度梯度 層次分析 微分方程一、問題重述對(duì)某城市城區(qū)土壤地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查。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（010 厘米深度）進(jìn)行取樣、編號(hào)，并用gps記錄采樣點(diǎn)的位置。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)。另一方面，按照2公

4、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。(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。(2) 通過數(shù)據(jù)分析，說明重金屬污染的主要原因。(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。(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、問題分析本題主要是研究人類活動(dòng)下造成的重金屬污染。題目給出了一個(gè)城區(qū)的不同功能區(qū)利用gps定位取樣測(cè)得8種重金屬在地表層的濃度值，讓我們具體分析重金屬污染的空間分布、污染程度以及造成

5、污染的主要原因。要想清晰的找出污染原因，我們利用立體圖的形式將其8種金屬元素在空間分布及濃度大小直觀呈現(xiàn)出來，是解決問題的基礎(chǔ)和前提。在分析污染程度及原因時(shí)，是考察我們對(duì)現(xiàn)實(shí)生活形態(tài)下實(shí)質(zhì)原因的理解，所以我們應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況利用土地污染級(jí)別和不同功能區(qū)自身環(huán)境設(shè)施及人類活動(dòng)來分析其原因和污染程度。對(duì)于第三問，則是針對(duì)重金屬自身傳播途徑和特性出發(fā)，建立傳播方式與濃度下的關(guān)系。確定污染源的位置，故我們需要查找資料充分了解其特性。找出能解決實(shí)際問題的方法。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)各元素在城區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)基本由西到東水平方向上濃度逐漸遞減的趨勢(shì)，依此建立濃度距離污染源越遠(yuǎn)而越小的遞減模型。對(duì)于第四問，我們應(yīng)縱觀生活形態(tài)下各

6、種影響地質(zhì)的因素及認(rèn)為方式，從不角度結(jié)合特性建立地質(zhì)改變與影響因素之間的關(guān)系。以至于能夠采取措施來減緩，因破壞引起的壞境改變。3、 模型假設(shè)（1） 采樣點(diǎn)在距離差為s處的濃度的變化率（即單位距離的濃度減少量）與采樣點(diǎn)的濃度成正比，且記濃度變化率為常數(shù)k。（2） 濃度隨距離變化而連續(xù)變化，可看成距離的連續(xù)函數(shù)。（3） 不考慮風(fēng)力等外在因素對(duì)重金屬傳播的影響。（4） 將工廠視為主要污染源，不考慮灌溉、農(nóng)藥噴灑等因素污染4、 符號(hào)說明符號(hào)含義c(s)距離為s處的采樣點(diǎn)的濃度（ug/g）a目標(biāo)層c準(zhǔn)則層p子準(zhǔn)則層c1人為影響c2自然災(zāi)害pi表示第i個(gè)指標(biāo)的名稱（i=1,2,3.6分別表示人口問題，水體

7、污染，空氣污染，地震，旱災(zāi)，洪災(zāi)）q表示各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重5、 模型的建立與求解問題一：為了說明在基礎(chǔ)上的重金屬污染主要及原因，首先我們可通過資料查得按濃度范圍劃分的土地污染級(jí)別 表1：土壤環(huán)境質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)值元素級(jí)別自然背景一級(jí)二級(jí)三級(jí)四級(jí)as (ug/g)=30cd(ng/g)=1000cr(ug/g)=350cu(ug/g)=400hg(ng/g)=1500ni(ug/g)=200pb(ug/g)=500zn(ug/g)=500其次，調(diào)用附錄1,2通過編程，x軸表示水平距離，y表示豎直距離，顏色從綠到黃，表示海拔高度依次升高，分別獲得各種元素在城區(qū)空間分布圖及八種元素共同存在下的城區(qū)空間分布圖。

8、各種重金屬空間分布圖如下：該城區(qū)土壤as的空間分布特征 由上圖我們可看出，黃點(diǎn)表示的山林區(qū)集中在城區(qū)的東北部，海拔較高的地區(qū)。紅點(diǎn)表示的工業(yè)區(qū)則均勻分布在西部邊界范圍內(nèi)，淺藍(lán)三角點(diǎn)表示的交通區(qū)遍布城區(qū)的各個(gè)范圍。右方彩條表示由下及上逐漸增高的海拔。圖中數(shù)據(jù)具體表示就是在具體x，y，及海拔下樣本點(diǎn)上as元素的濃度。分析as程度及功能區(qū)分布特征，可得到不同功能區(qū)樣本點(diǎn)內(nèi)的污染級(jí)別。 在海拔高度高的山區(qū)由重金屬濃度的污染級(jí)別幾乎全在背景值附近，即可以認(rèn)為as沒有污染。在工業(yè)區(qū)為一級(jí)污染，總體as元素的分布沒有明顯的富集。 該城區(qū)土壤cd的空間分布特征 黃點(diǎn)表示的山林區(qū)集中在城區(qū)的東北部，海拔較高的地

9、區(qū)。紅點(diǎn)表示的工業(yè)區(qū)則均勻分布在西部邊界范圍內(nèi)，淺藍(lán)三角點(diǎn)表示的交通區(qū)遍布城區(qū)的各個(gè)范圍。右方彩條表示由下及上逐漸增高的海拔。圖中數(shù)據(jù)具體表示就是在具體x，y，及海拔下樣本點(diǎn)上cd元素的濃度。 分析as程度及功能區(qū)分布特征，可得到不同功能區(qū)樣本點(diǎn)內(nèi)的污染級(jí)別。 cd在山區(qū)的濃度接近背景值，即未被污染。主干道路區(qū)的cd濃度大部分在（3001000），即為三級(jí)污染。在工業(yè)區(qū)為二級(jí)污染，從西北向西南遞增，在主干道路區(qū)從中東到西南遞增。該城區(qū)土壤cr的空間分布特征 同樣可得，黃點(diǎn)表示的山林區(qū)集中在城區(qū)的東北部，海拔較高的地區(qū)。紅點(diǎn)表示的工業(yè)區(qū)則均勻分布在西部邊界范圍內(nèi)，淺藍(lán)三角點(diǎn)表示的交通區(qū)遍布城區(qū)的

10、各個(gè)范圍。右方彩條表示由下及上逐漸增高的海拔。圖中數(shù)據(jù)具體表示就是在具體x，y，及海拔下樣本點(diǎn)上cr元素的濃度。分析cr程度及功能區(qū)分布特征，可得到不同功能區(qū)樣本點(diǎn)內(nèi)的污染級(jí)別。cr在山區(qū)的濃度幾乎均在背景值附近，即cr在山區(qū)沒有污染。主干道路區(qū)cr的濃度從西南角向東北逐漸增大，各別已達(dá)到二級(jí)污染。在山區(qū)從東北到東南逐漸增大，但都在一級(jí)以內(nèi)。 該城區(qū)土壤cu的空間分布特征 黃點(diǎn)表示的山林區(qū)集中在城區(qū)的東北部，海拔較高的地區(qū)。紅點(diǎn)表示的工業(yè)區(qū)則均勻分布在西部邊界范圍內(nèi)，淺藍(lán)三角點(diǎn)表示的交通區(qū)遍布城區(qū)的各個(gè)范圍。右方彩條表示由下及上逐漸增高的海拔。圖中數(shù)據(jù)具體表示就是在具體x，y，及海拔下樣本點(diǎn)上

11、cr元素的濃度。cu在山區(qū)的濃度基本在背景值附近，即cu在山區(qū)無污染；在主干道路區(qū)從西南到中東遞減。工業(yè)區(qū)基本在二級(jí)左右，濃度分布均勻。山區(qū)旁邊的綠地區(qū)污染小于工廠旁邊的綠地區(qū)，但都在一級(jí)污染以內(nèi)。該城區(qū)土壤hg的空間分布特征 山區(qū)都在一級(jí)污染以內(nèi)，在工業(yè)區(qū)西南角污染嚴(yán)重，部分已達(dá)四級(jí)，其他均在三級(jí)污染左右，在主干道路區(qū)，從中東到西南逐漸增大，從一級(jí)增大到二級(jí)。 該城區(qū)土壤ni的空間分布特征在各區(qū)基本都處于一級(jí)污染，只有工業(yè)區(qū)少部分達(dá)到二級(jí)污染。 該城區(qū)土壤pb的空間分布特征 在山區(qū)基本都在背景值以內(nèi)，在主干道路區(qū)，從西南到中東逐漸減小，基本處于二級(jí)污染，工業(yè)區(qū)和綠地區(qū)都基本在二級(jí)污染。該城市

12、土壤zn的空間分布特征 山區(qū)東北角處于背景值以內(nèi)，其他山區(qū)都處于一級(jí)污染；在工業(yè)區(qū)從中東向正西逐漸增大，從三級(jí)污染減小到了二級(jí)污染。在主干道路區(qū)西南角高達(dá)四級(jí)污染，沿西南角向四周依次減小。生活區(qū)和綠地區(qū)處于一級(jí)污染。 該城區(qū)八種重金元素污染狀況的分布圖注;圖中右方彩色值條從下到上依次代表：as 、ni、 cu、 cr、 pb、 hg、 zn、 cd這八種重金屬元素。分析：在x,y和海拔的三維坐標(biāo)下可以看出由不同元素，表示元素的空間區(qū)域位置和其對(duì)某一空間區(qū)域內(nèi)污染程度的大小。如山區(qū)主要受hg元素的影響，故hg在山區(qū)的分布較密集，但hg的含量并未超過背景值，故其并不是山區(qū)的污染物。交通區(qū)的污染程度

13、受zn元素的影響較大，其部分地段的污染在四級(jí)水平。通過對(duì)excel中數(shù)據(jù)的處理我們得到土壤重金屬元素含量特征參數(shù)如下：表2：土壤重金屬元素含量特征參數(shù)統(tǒng)計(jì) 元素采樣點(diǎn)（個(gè)）背景值（ug/g）最大值（ug/g）最小值（ug/g）平均值（ug/g）平均值與背景值的比值as3193.630.131.165.651.57cd3190.131.619800.040.30242.33cr31931920.8415.3253.511.73cu31913.22528.482.2955.024.17hg3190.035160.008570.299718.56ni31912.3142.54.2717.261.4p

14、b31931472.4819.6861.741.99zn319693760.8232.86201.202.92 結(jié)果與討論：該城區(qū)土壤重金屬含量分析結(jié)果見表2。從樣品土壤屬元素含量的平均值和其對(duì)應(yīng)的該地土壤背景值相比可以發(fā)現(xiàn)8種元素的平均含量都不同程度的超過了該地土壤背景值。相比而言，hg是該地土地背景值的8.56倍。從以上數(shù)據(jù)看出，該城市土壤中的as、ni 污染不明顯，cd、cr、cu,、hg,、,pb 、zn 6種元素都有不同程度的污染，其中hg最污染嚴(yán)重。 各種元素在每個(gè)功能區(qū)的污染級(jí)別元素生活區(qū)工業(yè)區(qū)山區(qū)主干道路區(qū)公園綠地區(qū)as背景值附近一級(jí)污染低于背景值背景值附近低于背景值cd一級(jí)污

15、染二級(jí)污染低于背景值二級(jí)污染低于背景值cr背景值附近一級(jí)污染一級(jí)污染二級(jí)污染低于背景值cu一級(jí)污染附近二級(jí)污染一級(jí)污染以內(nèi)二級(jí)污染一級(jí)污染hg一級(jí)污染三級(jí)污染一級(jí)污染二級(jí)污染一級(jí)污染ni二級(jí)污染一級(jí)污染一級(jí)污染一級(jí)污染低于背景值pb一級(jí)污染二級(jí)污染低于背景值二級(jí)污染二級(jí)污染zn一級(jí)污染三級(jí)污染一級(jí)污染二級(jí)污染一級(jí)污染 其次，我們又利用潛在生態(tài)危害指數(shù)法，引入毒性響應(yīng)系數(shù)，將重金屬的環(huán)境生態(tài)效應(yīng)與毒理學(xué)聯(lián)系起來，使評(píng)價(jià)更側(cè)重于毒理方面，對(duì)其潛在的生態(tài)危害進(jìn)行評(píng)價(jià)，為環(huán)境的改善提供科學(xué)參照。 問題二： 根據(jù)資料可知土壤中重金屬污染物來源與分布主要有以下四方面：1 大氣中重金屬沉降 大氣中的重金屬主

16、要來源于工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣排放及汽車輪胎磨損產(chǎn)生的大量含重金屬的有害氣體和粉塵等。它們主要分布在公路、鐵路的兩側(cè)，主要是pb、zn、cd、cr、co、cu的污染為主。它們來自于含鉛汽油的燃燒，汽車輪胎磨損產(chǎn)生的含鋅粉塵等。此外，還與城市的人口密度、城市土地利用率、機(jī)動(dòng)車密度成正相關(guān)；重工業(yè)越發(fā)達(dá)，污染相對(duì)就越嚴(yán)重。此外，大氣汞的干濕沉降也可以引起土壤中汞的含量增高。2 農(nóng)藥、化肥和塑料薄膜使用 施用含有鉛、汞、鎘、砷等的農(nóng)藥和不合理地施用化肥，都可以導(dǎo)致土壤中重金屬的污染。農(nóng)用塑料薄膜生產(chǎn)應(yīng)用的熱穩(wěn)定劑中含有cd、pb，在大量使用塑料大棚和地膜過程中都可以造成土壤重金屬的污染。3 污水灌溉城市

17、污水包括生活污水、商業(yè)污水和工業(yè)廢水 大量的工業(yè)廢水涌入河道時(shí)，使城市污水中含有的許多重金屬離子，隨著污水灌溉而進(jìn)入土壤。在分布上，往往是靠近污染源頭和城市工業(yè)區(qū)土壤污染嚴(yán)重，遠(yuǎn)離污染源頭和城市工業(yè)區(qū)，土壤幾乎不污染。污灌導(dǎo)致土壤重金屬hg、cd、cr、as、cu、zn、pb等含量的增加。4 污泥施肥 污泥中含有大量的有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，但同時(shí)污泥中也含有大量的重金屬,隨著大量的市政污泥進(jìn)入農(nóng)田，使農(nóng)田中的重金屬的含量在不斷增高。污泥施肥可導(dǎo)致土壤中cd、hg、cr、cu、zn、ni、pb含量的增加，且污泥施用越多,污染就越嚴(yán)重。 通過研究指出：cr、cu、zn、pb是由垃圾施用引起

18、的，as是由農(nóng)灌引起的，cd是由農(nóng)灌和垃圾施用引起的，hg是各種途徑都具備。研究說明，工業(yè)快速發(fā)展地區(qū)鉛高于生活區(qū)，鉛與距公路遠(yuǎn)近有關(guān)。 總的來說：工業(yè)化程度越高的地區(qū)污染越嚴(yán)重，市區(qū)高于山區(qū)，地表高于地下。又由問題一中各重金元素空間分布圖及數(shù)據(jù)分析可知：在工業(yè)區(qū)as，cd，cr，cu，hg，ni，pb，zn這七種元素濃度值使該區(qū)達(dá)到的污染級(jí)別分別為一級(jí)，二級(jí)，一級(jí)，二級(jí)，三級(jí)與部分四級(jí)，二級(jí)，二級(jí)，二級(jí)與部分三級(jí)。此可推斷造成工業(yè)區(qū)污染程度嚴(yán)重的原因是有化工廠在此，并通過上述原因一重金屬下沉的方式造成嚴(yán)重污染。 在交通干道級(jí)鐵路區(qū)cd，cr，hg，ni，pb，zn元素使該區(qū)造成的污染程度級(jí)別

19、分別為：三級(jí)，二級(jí)，一級(jí)與部分二級(jí)，一級(jí)，二級(jí)，二級(jí)與部分三級(jí)，四級(jí)?？赏葡胗绊戣F路區(qū)受到這五中元素的嚴(yán)重污染主要由于汽車尾氣的排放與與輪胎摩擦過程中產(chǎn)生的鋅粉通過上述原因一重金屬元素下沉形成。 生活區(qū)與綠地區(qū)cu，ni，pb，zn元素是該區(qū)造成的污染級(jí)別分別為一級(jí)，一級(jí)，一級(jí)可見污染程度不是很嚴(yán)重，且由上述原因4可知，造成污染的原因可能是生活廢水及化肥農(nóng)藥的噴灑。 ni使任何功能區(qū)的污染程度均處在背景值范圍內(nèi)，故不考慮由ni造成的環(huán)境污染。as只在工業(yè)區(qū)造成污染，在其它功能區(qū)基本無污染。山區(qū)基本不受污染，故不考慮污染原因。問題三：通過資料查知,重金屬污染物在空氣中下浮沉聚為其主要傳播特征。由

20、題目二可知，重金屬污染主要原因是化工場(chǎng)在城區(qū)內(nèi)的建設(shè)。由問題一中元素空間分布圖可知，每種元素在整個(gè)區(qū)域內(nèi)的分布大致服從由西向東逐漸遞減的趨勢(shì)，找出了以工廠為主要污染源的a,b兩區(qū)域元素濃度最大值點(diǎn)的水平方向上，y軸近乎相同范圍內(nèi)濃度隨x軸值增大而逐漸減小的的兩組樣本點(diǎn)，利用作圖法畫出其除ni以外各元素遞減趨勢(shì)圖。在做圖中，我們?nèi)軸在近乎相同區(qū)域范圍內(nèi)上，x軸橫坐標(biāo)均勻增大分布的一組樣本點(diǎn)，得到在污染物濃度逐漸減小的衰減趨勢(shì)圖。以下為我們據(jù)此所作的趨勢(shì)圖：選擇的樣本點(diǎn)元素編號(hào)x(m)濃度（ug/g）y(m)功能區(qū)cd(a)2236395967.71044322348622417.8106384

21、24210398229.310360424511563230.110298425615198120.31010048418134743.9100464992021534.5995149223664114.39790311725461129.798343cd(b)616471092.927282927081123.9229541647771044.5489711607100203.8244941689469156.32286418213694357.52357418715810204.923071 圖1 圖2 由圖1、2可知，在a和b區(qū)域內(nèi)cd元素濃度都在（6000,1000）樣本點(diǎn)附近取得最大

22、值，就意味著在此附近污染程度較大。元素編號(hào)x(m)濃度（ug/g）y(m)功能區(qū)cr(a)223639536.41104432233777657.88106132234862235.711063842421039832.691036042511273447.85103443851719837.0498104932230429.171052741172546126.8398343cr(b)13242780.3539711204592744.464603115506291.9743391162790659.4539784170909554.47397841711022543.63382141771

23、273442.12401521901508716.3135125 圖3 圖4 由圖三四可以看出，a區(qū)域在(6000,60)樣本點(diǎn)附近取得cr元素濃度的最大值，b區(qū)域在（5000,750）樣本點(diǎn)附近取得cr元素濃度的最大值。元素編號(hào)x(m)濃度（ug/g）y(m)功能區(qū)hg(a)223299115601841607100872449422676122601193822328629180112086226116440199120684hg(b)823831350036922151402613839134153543811239942176116491103515118313855853345118

24、8160322630614 圖5 圖6元素編號(hào)x（m）濃度y（m）功能區(qū)as(a)22888668.23131432231921210.74113052254154675.2120801242190414.38157694289164403.37120684123273442.91133313as(b)6164714.0827282150402082990431859857.562567416071004.582449416894694.7922864171102254.1738214185148961.6116032 由五六圖可知，a區(qū)域在(7000,1800)樣本點(diǎn)附近取得hg元素濃度的最

25、大值。b區(qū)域在(4000,1400)樣本點(diǎn)附近取得hg元素濃度最大值。 圖6 圖7由圖七八可知，a，b區(qū)域分別在（6000,11）(2000,14)樣本點(diǎn)附近分別取得as元素濃度的最大值。元素編號(hào)x（m）濃度y（m）cu(a)2247405132.0510981231921297.05113052441152944.73112432051406522.1109872601626719.0111058972010118.710774942141817.28107211182481314.2110799119260869.411094cu(b)61647308.61272892708151.642

26、2951616837113.4634901638045121.1230521781269643.6130241821369443.8923571911687224.972789 圖9 圖10 由九，十圖可知，a ，b區(qū)域分別在(6000,130 )，（4000,350）樣本點(diǎn)附近分別取得cu元素濃度的最大值。元素編號(hào)x（m）濃度y（m）功能區(qū)pb(a)2236395119.35104432234862294.931063842421039262.621036042491420759.2299802851719854.4598104992021558.05995141172546128.8498

27、343pb(b)61647434.82728292708172.36229541638045171.14305241781269673.27302441881603231.77306141911687234.0927984 圖11 圖12 由十一和十二圖可知，a，b區(qū)域分別在（6000,120）（2000,430）樣本點(diǎn)附近取得pb元素濃度的最大值。元素編號(hào)x（m）濃度y（m）功能區(qū)zn(a)2368307254.8927642359237247.049872461137973760.82962148418234182.041004649920215170.7199514922366463.8

28、8979031172546168.1698343zn(b)61647966.732728292708936.8422954143526853.98435741616837399.934904178126961635.92302441881603294.083061419116872101.7327984 圖13 圖14 由十三，十四圖可知，a區(qū)域b區(qū)域分別在（15000,3800）（13000,1600）樣本點(diǎn)附近取得zn元素濃度的最大值。 綜合a區(qū)域的七種元素最大濃度時(shí)所處樣本點(diǎn)位置可知： 1、在a區(qū)域的x軸位置處于6000范圍內(nèi)除zn，hg元素外的其余元素濃度均處于最大值左右，由此可知，a

29、區(qū)域主要受來自于化工廠區(qū)在as，cd，cr，cu，pb五種重金屬元素下的污染，且化工廠主要在x（5000-60000）y（9000-10000）的區(qū)域位置中。 2、zn，hg元素的最大濃度主要在12000范圍內(nèi)，則a區(qū)域受zn和hg兩種重金屬污染的化工廠位置主要在x（10000-120000）y（9000-10000）范圍內(nèi)。 3、由問題一的元素空間分布圖可知，ni元素濃度基本維持在自然背景值范圍內(nèi)，顧不考慮它確定污染源位置的影響。綜合b區(qū)域的七種元素最大濃度時(shí)所處樣本點(diǎn)位置可知：1、在b區(qū)域的x軸位置處于2000范圍內(nèi)除zn元素外的其余元素濃度均處于最大值左右，由此可知，b區(qū)域主要受來自于化

30、工廠區(qū)在as，cd，cr，cu，pb，hg六種重金屬元素下的污染，且化工廠主要在x（2000-30000）y（2000-4000）的區(qū)域位置中。 2、hg元素的最大濃度主要在12000范圍內(nèi)，則a區(qū)域受zn和hg兩種重金屬污染的化工廠位置主要在x（10000-120000）y（2000-4000）范圍內(nèi)。 3、由問題一的元素空間分布圖可知，ni元素濃度基本維持在自然背景值范圍內(nèi)。由以上其中元素的趨勢(shì)圖我們可以明確看出重金屬污染物傳播時(shí)是由高濃度向低濃度轉(zhuǎn)移，且濃度變化率與污染源的位置成反比即里污染源越遠(yuǎn)濃度越低。我們將重點(diǎn)考慮cr，cd，pb，cu，zn，hg這些污染較嚴(yán)重的重金屬元素。建立距

31、離與濃度變化之間的微分模型，從而求解出每種重金屬元素濃度變化率k。在求解k的過程中，我們按與上述作圖時(shí)相同方法取點(diǎn)，即從每種元素的污染源著手，選取在大致相同的y軸范圍內(nèi)，橫坐標(biāo)上x值均勻增大的樣本點(diǎn)。 根據(jù)每種元素在整個(gè)區(qū)域內(nèi)的分布大致服從由西向東逐漸遞減的趨勢(shì)，我們又建立了衰減模型。 假設(shè)采樣點(diǎn)在距離差為s處的濃度的變化率（即單位距離的濃度減少量）與采樣點(diǎn)的濃度成正比，且記濃度變化率為常數(shù)k。 在到的濃度減少量為兩端除以，得令 得以下微分方程解得： 采用本題中作圖時(shí)找出的一組樣本點(diǎn)，對(duì)該樣本點(diǎn)中最大濃度值與其他樣本點(diǎn)濃度一一做差，再與相對(duì)應(yīng)距離差做商，最后取平均值，即為k值，cd、cr、cu

32、、zn、pb、hg的濃度變化率分別為k=0.1675、0.0083、0.01715、0.6938、0.04160、0.1037。通過運(yùn)算解得每種元素對(duì)應(yīng)的方程元素對(duì)應(yīng)方程cdcrcuznpbhg 將k值其帶入微分方程，求得衰減表達(dá)式，即可畫出上述表達(dá)式的圖像，分析此圖像可知，它們與取點(diǎn)畫出圖像變化趨勢(shì)相吻合。既證實(shí)上述所求污染源位置符合實(shí)際情況。問題四：?jiǎn)栴}三中模型的優(yōu)缺點(diǎn):針對(duì)問題三我們建立的污染物濃度隨距離增大而減小的微分衰減模型，我們可以很好的確定污染源頭，有利于人們從本質(zhì)出發(fā)采取措施進(jìn)而解決污染問題。然而存在缺點(diǎn)，我們只考慮了重金屬元素對(duì)某個(gè)地區(qū)的污染，并以此為標(biāo)準(zhǔn)給土質(zhì)劃分級(jí)別，片面

33、化，不準(zhǔn)確。所以，要想真正了解環(huán)境污染區(qū)的實(shí)質(zhì)問題，必須從多方面出發(fā)采集更多的有關(guān)信息，綜合考慮各種因素對(duì)環(huán)境的影響，充分研究地質(zhì)環(huán)境的演變模式。首先，我們將利用層次分析法比較出各種重要因素對(duì)城市地質(zhì)環(huán)境演變的影響利害程度，以便于我們更有針對(duì)性的采取措施減緩因破壞而導(dǎo)致的地質(zhì)演變。 其次，對(duì)于以上各種因素采集與土地環(huán)境演變有重要作用的信息因子。分別建立各因素與土地演變之間的某種關(guān)系和模型。達(dá)到減緩因破壞而造成的土地演變。影響地質(zhì)環(huán)境演變的因素主要包括人為破壞與自然災(zāi)害兩方面。首先，我們了解主要的人為破壞與自然災(zāi)害，它們分別包括：人口問題、 水體污染、空氣污染（毒霧和酸雨），以及地震、旱災(zāi)、洪澇

34、等。 由于影響地質(zhì)環(huán)境演變的這幾種主要人為因素及自然災(zāi)害，相對(duì)來說各有利害之分。所以，選擇最主要的人為影響和自然災(zāi)害作為評(píng)價(jià)要素。同時(shí)以土壤污染、空氣污染、水體污染和地震、旱災(zāi)、洪澇作為這兩種主因素的子因素。建立層次分析模型人為影響c1自然災(zāi)害c2人口問題p1水體污染p2空氣污染p3地震p4洪澇p6旱災(zāi)p5城市地質(zhì)環(huán)境演變模式目標(biāo)層a 準(zhǔn)則層c子準(zhǔn)則層p我們給出準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層的比較判斷矩陣形式：ac1c2c1c11c12c2c21c22以及指標(biāo)層對(duì)準(zhǔn)則層的比較判斷矩陣形式：cnp1p2p3p4p5p1p11p12p13p14p15p2p21p22p23p24p25p3p31p32p33p34p

35、35p4p41p42p43p44p45p5p51p52p53p54p55p6p61p62p63p64p66通過比較判斷矩陣求出它們的最大特征值和特征向量。最后計(jì)算得出下表（其中cn表示準(zhǔn)則層的特征向量的第n個(gè)數(shù)值，pm表示指標(biāo)層的特征向量的第n個(gè)準(zhǔn)則對(duì)第j個(gè)指標(biāo)的數(shù)值）層次總排序權(quán)值表層次c層次pc1c2c3lcnp層次總排序權(quán)值c1c2c3lcnp1p11p12p13lp1np2p21p22p23lp2np3p31p32p33lp3nlllllllpjpj1pj2pj3lpjn 我們定義()為矩陣a的一致性指標(biāo)，為了確定a的不一致性程度的容許范圍，需要找出衡量a的一致性指標(biāo)ci的標(biāo)準(zhǔn)，我們引

36、入隨機(jī)一致性指標(biāo)ri對(duì)于不同的n,得出隨機(jī)一致性指標(biāo)ri的數(shù)值如下：n1234567891011ri000.580.961.121.321.411.451.491.491.51令cr=ci/ri,稱為cr為一致性比率，當(dāng)cr0.1時(shí)，我們判斷矩陣具有滿意的一致性。層次總排序的一致性檢驗(yàn)方法： 若cr0.1時(shí)，我們認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性。由上表我們即可得出權(quán)重： 由此很容易看出各種子因素對(duì)地質(zhì)環(huán)境改變影響的相對(duì)重要程度。進(jìn)而能更好的根據(jù)各項(xiàng)子因素研究城市地質(zhì)環(huán)境的演變模型，從而針對(duì)它們影響地質(zhì)環(huán)境的輕重及程度大小來采取不同方案及力度為更好的城市地質(zhì)環(huán)境演變采取措施。我們就從人為破壞與自然災(zāi)

37、害兩方面出發(fā)，尋找每種情況中的主要因素與地質(zhì)環(huán)境改變的聯(lián)系。1，對(duì)于人口問題，我們應(yīng)該采集城市總?cè)丝谂c城市自然資源和環(huán)境條件所能容納最大人口數(shù)量，利用人口模型中的logistic模型，擬合城市人口數(shù)，為城市合理規(guī)劃與控制人口，經(jīng)濟(jì)提供很好的依據(jù)，從而獲得人口問題對(duì)地質(zhì)環(huán)境演變的影響。 2，對(duì)于水體污染。由于水體污染物包含金屬、非金屬物質(zhì)和有機(jī)物，種類繁多，其中許多對(duì)人體有害甚至是劇我們應(yīng)該采集水中生物的成活率及水體成分?jǐn)?shù)據(jù)，通過化學(xué)分析成分，針對(duì)各種成分自身性質(zhì)，研究對(duì)地質(zhì)環(huán)境改變的影響。 3，對(duì)于空氣污染，我們以毒物和酸雨為代表，可以通過測(cè)得大氣中二氧化硫，二氧化氮等有毒氣體含量，以及土地酸

38、堿度的ph值，建立二者之間的關(guān)系模型，求so2對(duì)土質(zhì)演變的影響。及no2，so2對(duì)大氣的污染。4，針對(duì)自然災(zāi)害，我們可以建立根據(jù)影響地震的因素，采集震后地區(qū)的地形變化數(shù)據(jù)，建立一些預(yù)測(cè)地震的模型。最后，我們可以根據(jù)各個(gè)方面因素的特性，采取一些補(bǔ)救及防御措施，戰(zhàn)略措施1：監(jiān)測(cè)預(yù)警，依靠科技在防災(zāi)減災(zāi)中堅(jiān)持“預(yù)防為主”的基本原則，高度重視和做好面向全社會(huì)，包括社會(huì)弱勢(shì)群體的預(yù)警信息發(fā)布。氣象災(zāi)害是可以有較長(zhǎng)預(yù)警時(shí)效、較高預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的一類突發(fā)公共事件，加強(qiáng)災(zāi)害性天氣的短時(shí)、臨近預(yù)報(bào)，加強(qiáng)突發(fā)氣象災(zāi)害預(yù)警信號(hào)制作工作。要依靠科技，提高防災(zāi)減災(zāi)的綜合素質(zhì)。人工影響天氣已成為一種重要的減災(zāi)科技手段。在

39、合適的天氣形勢(shì)下，組織開展人工增雨、人工消雨、人工防雹、人工消霧等作業(yè)，可以有效抵御和減輕干旱、洪澇、雹災(zāi)、霧災(zāi)等氣象災(zāi)害的影響和損失。戰(zhàn)略措施2：風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，未雨綢繆 自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指未來若干年內(nèi)可能達(dá)到的災(zāi)害程度及其發(fā)生的可能性。自然災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估包括災(zāi)情監(jiān)測(cè)與識(shí)別、確定自然災(zāi)害分級(jí)和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)、建立災(zāi)害信息系統(tǒng)和評(píng)估模式、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與對(duì)策等。綜上所述，我們通過建立模型分析地質(zhì)演變因素與地質(zhì)環(huán)境之間關(guān)系，并采取一些能夠?qū)崿F(xiàn)的措施，使其在一定程度上減輕因污染及破壞造成的城市地質(zhì)環(huán)境演變，盡可能在自然條件下更好的發(fā)生地質(zhì)環(huán)境演變，形成一種有利于人類與社會(huì)和諧共存，經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的環(huán)境演變模式 。6、

40、 模型評(píng)價(jià)1. 模型可以比較準(zhǔn)確的找到污染源的大致范圍。2. 問題四中層次分析法可以準(zhǔn)確分析出哪些因素主要影響城區(qū)地質(zhì)環(huán)境演變。3. 我們考慮重金屬傳播的時(shí)候，忽略局部地區(qū)工廠或其他的因素影響。只是描繪出城區(qū)大致的變化趨勢(shì)。7、 參考文獻(xiàn)【1】姜啟源，謝金星，葉俊.數(shù)學(xué)模型（第三版） 高等教育出版社【2】趙靜，但琦。數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)（第二版） 高等教育出版社【3】鄭漢鼎，刁在筠，數(shù)學(xué)規(guī)劃m，山東：山東教育出版社，1997.12【4】 李慶揚(yáng)，王能超，易大義，數(shù)值分析（第四版），北京：清華大學(xué) 出版社，2001.88、 附錄附錄1clcclearclose all d=xlsread(e:zuobiao.xls,附件1,a4:e322);m=xlsread(e:zuobiao.xls,附件2,a4:i322);x=d(:,2);y=d(:,3);z=d(:,4);c=d(:,5);xi=linspace(min(x),max(x),100);yi=lin