城市表層土壤重金屬污染分析-XXXX年數(shù)模國(guó)賽

1、.：.；城市表層土壤重金屬污染分析摘要本文基于從某城區(qū)劃分出的功能區(qū)：生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)、主干道路區(qū)、公園綠地域中采集的數(shù)據(jù)，建立合理的模型，分析了該城市重金屬的污染情況，并確定出污染源的位置。針對(duì)問題一，用Surfer軟件對(duì)濃度數(shù)據(jù)進(jìn)展克里格插值得出各類重金屬元素的空間分布圖。在分析城區(qū)重金屬污染程度時(shí)，首先利用Muller指數(shù)法結(jié)合污染等級(jí)的打分，確定出同一功能區(qū)內(nèi)不同元素的污染程度以及不同功能區(qū)內(nèi)同一元素的污染程度。然后基于熵權(quán)法確定的各類元素對(duì)污染影響的權(quán)重，建立多目的模糊綜合評(píng)價(jià)模型，得出各類功能區(qū)重金屬污染的總體程度：山區(qū)無(wú)污染，其他地域輕度-中等污染。按模糊評(píng)價(jià)值得到的污染程度

2、排序?yàn)椋汗I(yè)區(qū)主干道路區(qū)生活區(qū)公園綠地域山區(qū)。針對(duì)問題二，計(jì)算不同功能區(qū)內(nèi)種重金屬元素的平均Muller指數(shù)值，結(jié)合第一問中得出的各類元素對(duì)污染影響的權(quán)重，確定出各個(gè)功能區(qū)中的主要污染元素：生活區(qū)(Cd、Zn)；工業(yè)區(qū)(Hg)；山區(qū)(Cd)；主干道路區(qū)(Hg、Cd)；公園綠地域(Hg、Cd)。然后運(yùn)用變量聚類法按照重金屬元素的污染類似性進(jìn)展歸類。再結(jié)合各功能區(qū)本身的特點(diǎn)，分析產(chǎn)生重金屬污染的主要緣由。針對(duì)問題三，基于重金屬的來(lái)源和傳播途徑進(jìn)展分析，得出污染的傳播特征。綜合思索大氣分散建立高斯分散方程，土壤遷移建立一維對(duì)流彌散方程，并計(jì)入海拔對(duì)土壤中對(duì)流速度的影響，得出大氣土壤傳播模型。求解時(shí)本

3、文將某個(gè)采樣點(diǎn)假定為污染源，以其周圍間隔 最近的個(gè)采樣點(diǎn)作為傳播范圍，由模型求解值與實(shí)踐丈量值得出平均相對(duì)誤差，小于所設(shè)閾值那么將其作為污染源，依此方法在一切采樣點(diǎn)中進(jìn)展污染源的搜索。搜索得到As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 污染源的個(gè)數(shù)分別為：、 ，并得出一切污染源的位置。例如Cu的一切污染源的位置為：(,)、(,)。 針對(duì)問題四，結(jié)合實(shí)踐污染物的傳播特征，分析所建模型的優(yōu)缺陷。基于模型沒有思索水流影響、土壤中縱向深度的傳播、土壤吸附作用的主要缺陷，搜集每月不同地面位置不同土壤深度下各類污染物的濃度、每月平均降水量、土壤相關(guān)參數(shù)等信息，對(duì)模型進(jìn)展完善改良。 本文最后對(duì)各功能區(qū)污

4、染程度的評(píng)價(jià)結(jié)果和確定污染源時(shí)的誤差進(jìn)展檢驗(yàn)，分析了前兩問所建模型的優(yōu)缺陷，并就土壤重金屬污染防治問題給出詳細(xì)建議。關(guān)鍵詞： 克里格插值 Muller指數(shù) 熵權(quán)法 多目的模糊綜合評(píng)價(jià) 變量聚類 高斯分散 一維對(duì)流彌散一、問題重述隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速開展和城市人口的不斷添加，人類活動(dòng)對(duì)城市環(huán)境質(zhì)量的影響日顯突出。對(duì)城市土壤地質(zhì)環(huán)境異常的查證，以及如何運(yùn)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(píng)價(jià)，研討人類活動(dòng)影響下城市地質(zhì)環(huán)境的演化方式，日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。按照功能劃分，城區(qū)普通可分為生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)、主干道路區(qū)及公園綠地域等，分別記為類區(qū)、類區(qū)、類區(qū)，不同的區(qū)域環(huán)境受人類活動(dòng)影響的程度不

5、同?，F(xiàn)對(duì)某城市城區(qū)土壤地質(zhì)環(huán)境進(jìn)展調(diào)查。為此，將所調(diào)查的城區(qū)劃分為間距公里左右的網(wǎng)格子區(qū)域，按照每平方公里個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)表層土 厘米深度進(jìn)展取樣、編號(hào)，并用GPS記錄采樣點(diǎn)的位置。運(yùn)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，按照公里的間距在那些遠(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(規(guī)范值)。附件列出了采樣點(diǎn)的位置、海拔高度及其所屬功能區(qū)等信息，附件列出了種主要重金屬元素在采樣點(diǎn)處的濃度，附件列出了種主要重金屬元素的背景值?，F(xiàn)要求經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)建模來(lái)完成以下義務(wù)：() 給出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

6、程度。() 經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析，闡明重金屬污染的主要緣由。() 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。() 分析他所建立模型的優(yōu)缺陷，為更好地研討城市地質(zhì)環(huán)境的演化方式，還應(yīng)搜集什么信息？有了這些信息，如何建立模型處理問題？二、問題分析.問題背景分析.重金屬污染物的主要來(lái)源及危害隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，城市工業(yè)排污量急劇添加，大量重金屬污染排向了物環(huán)境中，重金屬污染日趨嚴(yán)重。在一定條件下，某些重金屬(例如汞)還能在某些微生物的作用下轉(zhuǎn)化為毒性更大的有機(jī)物質(zhì)。另外，有毒重金屬可以長(zhǎng)期停留與積累在環(huán)境中，經(jīng)過(guò)食物鏈逐級(jí)富集，最終進(jìn)入人體，甚至經(jīng)過(guò)遺傳或母乳使嬰兒受害，主要表現(xiàn)

7、為富集在人體某些器官內(nèi)構(gòu)成慢性中毒。例如日本 年的水俁病(Hg 污染)、年的骨痛病(Cd污染)以及l(fā)年四日市的哮喘病(SO和重金屬粉塵復(fù)合污染)等等事件。因此，重金屬污染問題成為學(xué)者們研討的一個(gè)焦點(diǎn)。土壤重金屬污染是重金屬污染的一個(gè)分支。土壤重金屬污染是指由于人類活動(dòng)，土壤中的微量有害元在土壤中的含量超越背景值，過(guò)量堆積而引起的含量過(guò)高，統(tǒng)稱為土壤重金屬污染。污染土壤的重金屬主要包括汞、鎘、鉛、鉻和類金屬砷等生物毒性顯著的元素，以及有一定毒性的鋅、銅、鎳等元素。污染主要農(nóng)藥、廢水、污泥和大氣沉降等。.城市功能區(qū)城市功能區(qū)是是按照城市各地域功能進(jìn)展劃分的區(qū)域。城市功能區(qū)是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)各類職能的重

8、要空間載體。其主要特點(diǎn)為：各類要素高度聚類、輻射帶動(dòng)效應(yīng)明顯、經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著、具有明顯的“城市名片效應(yīng)。按土地運(yùn)用類型，可將城市劃分為：生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)、主干道路區(qū)、公園綠地域。住宅區(qū)分布最為廣泛，是城市最根本的功能區(qū)，主要為人們提供便利的居住和生活條件；工業(yè)區(qū)普通分布在交通便利的地域的邊緣，是城市開展的重要功能區(qū)；山區(qū)是城市地勢(shì)較高的地方，人煙相對(duì)稀少，能夠分布一些果園或者牧場(chǎng)；主干道路區(qū)是城市是城市最為繁華的地域，交通便利，人流量大，效力產(chǎn)業(yè)分布較多。公園綠地域主要用來(lái)進(jìn)展城市綠化，改善空氣質(zhì)量，為居民提供休憩文娛的場(chǎng)所，普通分布在住宅區(qū)密集的地域。.問題一的分析問題一要求給出該城市

9、八種污染物在空間的分布情況，之后分析城區(qū)內(nèi)不同區(qū)域內(nèi)重金屬的污染程度。其中種重金屬元素為：As(砷)、Cd(鎘)、Cr(鉻)、Cu(銅)、Hg(汞)、Ni(鎳)、Pb(鉛)、Zn(鋅)。首先是如何給出直觀的污染物的空間分布。城市土壤重金屬污染分布存在顯著空間差別，由于不同的土地利用類型和頻繁的人類干擾，同一城市的土壤重金屬含量存在顯著的空間差別，即使在較短間隔 內(nèi)重金屬含量也會(huì)完全不同。標(biāo)題中給的是各個(gè)采樣點(diǎn)的離散的數(shù)據(jù)，本文思索畫出污染物分布的三維延續(xù)圖，來(lái)表現(xiàn)空間分布。在分析不同區(qū)域內(nèi)重金屬的污染程度時(shí)，思索先利用曾經(jīng)研討成熟的評(píng)價(jià)重金屬污染物濃度程度的評(píng)價(jià)方法，例如單因子指數(shù)方法，污染負(fù)

10、荷指數(shù)法等，對(duì)個(gè)功能區(qū)種污染物分別進(jìn)展分析，判別同一功能區(qū)下不同重金屬污染物的污染程度，和不同功能區(qū)下同一種元素的污染程度。然后建立綜合的評(píng)價(jià)模型，整合種污染物在某功能區(qū)的總體污染情況，經(jīng)過(guò)污染等級(jí)對(duì)不同功能區(qū)的污染程度進(jìn)展量化。鑒于評(píng)價(jià)方法種類較多，在選擇評(píng)價(jià)方法時(shí)，可以經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，選出最為適宜可行的。.問題二的分析問題二要求結(jié)合數(shù)據(jù)的分析，闡明重金屬污染的主要緣由。標(biāo)題中思索的重金屬有類，這類元素對(duì)總體重金屬污染的影響各不一樣。能夠某類元素的污染程度較高，但是綜合到整個(gè)區(qū)域污染程度的分析，其所占的比重較小。因此本文思索計(jì)算出各類元素對(duì)不同功能區(qū)重金屬污染影響的奉獻(xiàn)值，來(lái)確定呵斥不同區(qū)域污

11、染的主要元素。根據(jù)實(shí)際知識(shí)可知，重金屬化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)有些較為類似，有些污染來(lái)源能夠一樣，即污染程度能夠類似，能夠產(chǎn)生交叉污染，而且類重金屬中按照毒性也可以分為兩類：毒性顯著汞、鎘、鉛、鉻、砷，毒性普通銅、鎳、鋅。例如鎘和鋅是同族元素，往往與鋅、銅、鉛等共生，在冶煉銅、鋅及鍍鉻工廠中均有相當(dāng)量的鎘排出，呵斥環(huán)境污染。因此本文思索對(duì)每個(gè)功能區(qū)將種污染物基于污染濃度進(jìn)展聚類，將污染物濃度變化趨勢(shì)相近的元素聚為一類，即以為該類元素具有污染類似性。針對(duì)各類功能區(qū)的主要污染元素及元素間的污染類似性，結(jié)合實(shí)踐情況分析呵斥各區(qū)域污染的主要緣由。.問題三的分析標(biāo)題要求分析重金屬污染物的傳播特征，基于分析建立

12、傳播模型，確定出城市中重金屬污染源的位置。結(jié)合實(shí)踐情況可以知道，污染物的傳播過(guò)程是相當(dāng)復(fù)雜的，傳播到土壤中的重金屬的來(lái)源各有差別，經(jīng)過(guò)查詢資料可以得知，污染物主要經(jīng)過(guò)三種方式：大氣沉降、土壤分散、水流遷移進(jìn)入土壤中。這三種方式都會(huì)導(dǎo)致城市產(chǎn)生嚴(yán)重的重金屬污染。由于城市的水流分布是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜錯(cuò)綜的網(wǎng)絡(luò)，必需結(jié)合某一城市的詳細(xì)情況進(jìn)展分析，因此此題實(shí)現(xiàn)的難度很大?；谶@種情況，本文預(yù)備只思索大氣傳播與土壤遷移的過(guò)程對(duì)總金屬元素濃度的影響，建立以污染源為中心的大氣-土壤傳播模型。最后結(jié)合詳細(xì)的模型，設(shè)計(jì)算法，確定出污染源的位置。.問題四的分析問題要求分析所建的傳播模型的優(yōu)缺陷，就更好的研討地質(zhì)環(huán)境

13、的演化方式，給出需求另外搜集的信息，并重新建立改善后的模型。本文針對(duì)第三問中所建立的大氣-土壤傳播模型結(jié)合實(shí)踐生活中污染物的傳播特征進(jìn)展透徹分析，可以得出模型的優(yōu)缺陷。且在重新建立模型方面，本文計(jì)劃主要針對(duì)模型沒有思索或者由于標(biāo)題信息限制而簡(jiǎn)化的要素，進(jìn)展數(shù)據(jù)搜集，然后重新給出污染物傳播的方程。三、模型假設(shè)、假設(shè)采樣點(diǎn)覆蓋整個(gè)城區(qū)，數(shù)據(jù)能根本反映城市重金屬污染情況；、假設(shè)采樣點(diǎn)得到的數(shù)據(jù)是污染物分散到達(dá)穩(wěn)定后的值；、假設(shè)污染物不是無(wú)限分散的，有一定分散范圍；、假設(shè)各種重金屬元素之間的傳播不交叉影響；、假設(shè)土壤遷移中分子分散的作用可以小到忽略不計(jì)；、假設(shè)污染源在采樣點(diǎn)中進(jìn)展確定。四、符號(hào)闡明符號(hào)

14、闡明采集點(diǎn)j類重金屬的濃度j類污染物的背景值lgeo地累積指數(shù)值第i個(gè)采集點(diǎn)點(diǎn)第j類重金屬的lgeo值對(duì)作規(guī)范化處置后的值第j類重金屬下第個(gè)觀測(cè)點(diǎn)占污染程度的比重j類金屬的熵值j類金屬的差別系數(shù)j類金屬對(duì)污染的權(quán)重土壤中重金屬污染物的濃度經(jīng)過(guò)大氣傳播的重金屬的濃度經(jīng)過(guò)土壤分散的重金屬的濃度Q源強(qiáng)u平均風(fēng)速大氣中的分散系數(shù)v土壤中孔隙水流速度D彌散系數(shù)x、y、z地面坐標(biāo)和土壤深度坐標(biāo)h海拔降雨量函數(shù)土壤吸附作用的組織系數(shù)五、模型的建立與求解.問題一模型的建立與求解 . 模型預(yù)備：數(shù)據(jù)的處置標(biāo)題附件中給出的是種重金屬污染物在個(gè)采樣點(diǎn)的濃度值，數(shù)據(jù)量較大，不利于問題的分析，因此對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展做如下處置。

15、對(duì)五類功能區(qū)的對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)展挑選、分類匯總，得到如下種重金屬含量在不同功能區(qū)的統(tǒng)計(jì)特征：表：生活區(qū)土壤重金屬含量的統(tǒng)計(jì)特征生活區(qū)重金屬污染物濃度變異系數(shù)最大值最小值平均值規(guī)范差A(yù)s (g/g).Cd (ng/g).Cr (g/g).Cu (g/g).Hg (ng/g).Ni (g/g).Pb (g/g).Zn (g/g).表：工業(yè)區(qū)土壤重金屬含量的統(tǒng)計(jì)特征工業(yè)區(qū)重金屬污染物濃度變異系數(shù)最大值最小值平均值規(guī)范差A(yù)s (g/g).Cd (ng/g).Cr (g/g).Cu (g/g).Hg (ng/g).Ni (g/g).Pb (g/g).Zn (g/g).注：其他三類功能區(qū)：山區(qū)、主干道路區(qū)、公

16、園綠地域的土壤重金屬含量的統(tǒng)計(jì)特征見附錄。對(duì)比各功能區(qū)重金屬含量的統(tǒng)計(jì)特征，可以發(fā)現(xiàn)，工業(yè)區(qū)和主干道路區(qū)各種污染物濃度的統(tǒng)計(jì)特征值均較高，這極有能夠是由于工業(yè)消費(fèi)過(guò)程中廣泛運(yùn)用重金屬元素，某些工礦企業(yè)將未經(jīng)嚴(yán)厲處置的廢水直接排放，使得它們周圍的土壤容易富集高含量的有毒重金屬。而主干道路區(qū)附近交通量大，汽車尾氣排放及輪胎磨損都能產(chǎn)生大量的重金屬污染物。生活區(qū)跟公園綠地域的重金屬含量相對(duì)較少，污染源主要于生活渣滓。山區(qū)的重金屬含量是最少的，由于山區(qū)地勢(shì)較高，不利于工業(yè)及經(jīng)濟(jì)的開展，受污染的肯能性就大大降低。每種重金屬元素在不同的功能區(qū)變異系數(shù)根本一致，且大部分都大于.，闡明重金屬的空間分布差別性較

17、大，這是與人類活動(dòng)有直接關(guān)系的。. 重金屬元素的空間分布克里格插值法本文思索給出各類元素在空間中的延續(xù)分布圖。由于標(biāo)題中所給數(shù)據(jù)是各采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，是離散型的，所以需求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展插值。查詢資料可以得知插值的方法種類較多，主要有反間隔 加權(quán)法、徑向基函數(shù)法、部分多項(xiàng)式法、挪動(dòng)平均法、以及克里格插值法。其中克里格插值法主要運(yùn)用于地統(tǒng)計(jì)學(xué)，與此題結(jié)合親密，所以本文采用克里格插值處置數(shù)據(jù)?？死锔癫逯捣ㄊ墙⒃谧儺愊禂?shù)實(shí)際和區(qū)域構(gòu)造分析的根底上，特點(diǎn)是線性，無(wú)偏，方差小，適用于空間分析?？梢詫?shí)現(xiàn)克里格插值的軟件較多，本文利用功能相對(duì)強(qiáng)大，且主要用于插值的軟件Surfer軟件分別對(duì)一切采樣點(diǎn)中同一元素濃度數(shù)

18、據(jù)進(jìn)展差值，得到空間分布三維圖。其中As、Cd元素的空間分布圖如下：圖：As元素在城區(qū)的空間分布圖中不規(guī)那么曲線為等高線圖：Cd元素在城區(qū)的空間分布注：其他元素的空間分布圖見附錄。綜合分析一切元素的空間分布圖，大致可以得出：地勢(shì)高的地方，污染物的濃度相對(duì)較低，地勢(shì)低的地方污染物濃度相對(duì)較高，但是不排除地勢(shì)高的地方出現(xiàn)某類元素濃度較高的情況。詳細(xì)分析各類元素的分布圖，可以得知As和Cd的濃度的極大值較多，分布相對(duì)分散；其他類元素分布相對(duì)集中。. 分析不同區(qū)域重金屬污染的程度由于重金屬污染物的種類較多類，本文思索針對(duì)各個(gè)功能區(qū)先分析單一污染物的污染情況，之后再總體評(píng)價(jià)各個(gè)功能區(qū)類重金屬的總體污染程

19、度，以污染等級(jí)來(lái)量化闡明。鑒于評(píng)價(jià)方法較多，故進(jìn)展對(duì)比分析確定出適宜的模型。 對(duì)比分析選擇適宜的評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)單一污染物的污染程度，目前國(guó)內(nèi)外普遍運(yùn)用單因子指數(shù)法、污染負(fù)荷指數(shù)法以、污染物濃度富集率以及地累積指數(shù)又稱Muller指數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。分析對(duì)比幾種方法，發(fā)現(xiàn)Muller指數(shù)不僅思索了自然地質(zhì)過(guò)程呵斥的背景值的影響，而且也充分留意了人為活動(dòng)對(duì)重金屬污染的影響，因此，該指數(shù)不僅反映了重金屬分布的自然變化特征，而且可以判他人為活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響，是區(qū)分人為活動(dòng)影響的重要參數(shù)。而其他方法沒法從自然異常中分他人為異常，因此本文基于Muller指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)單一重金屬元素的污染程度。綜合評(píng)價(jià)的方法有很多種，目

20、前常用的方法有：層次分析法、主成分分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、灰色聚類法。其中灰色聚類法計(jì)算比較繁復(fù)，且賦權(quán)較多的依賴客觀意見與閱歷，且適于區(qū)域較多的評(píng)價(jià)。主成分分析法，相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但是利用數(shù)據(jù)較少，不能思索區(qū)域內(nèi)采樣點(diǎn)的個(gè)別情況。層次分析法的成對(duì)判別矩陣是人為給定的，客觀性較強(qiáng)。因此本為采用基于熵權(quán)法確定權(quán)重的多目的模糊綜合評(píng)價(jià)模型來(lái)評(píng)價(jià)類城市功能區(qū)的重金屬污染程度，這樣既能防止人為設(shè)定評(píng)判權(quán)重的不合理性，又能較為簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)功能。 基于Muller指數(shù)評(píng)價(jià)單一重金屬污染程度模型的建立Muller指數(shù)是實(shí)踐年代晚期在歐洲開展起來(lái)的廣泛運(yùn)用于堆積物及其他物質(zhì)中重金屬污染程度的定量目的。Mull

21、er地累積指數(shù)表達(dá)式為： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT )其中：lgeo是地累積指數(shù)值；為j類污染物所測(cè)濃度值；為j類污染物的背景值； k為思索各地巖石差別能夠會(huì)引起背景值的變動(dòng)而取的系數(shù)(普通取值為.)，用來(lái)表示堆積特征、巖石地質(zhì)及其他影響。查詢得到Muller地累積指數(shù)分級(jí)規(guī)范為：表：地累積指數(shù)分級(jí)規(guī)范地累積指數(shù)lgeo分級(jí)污染程度lgeo極嚴(yán)重污染lgeo強(qiáng)-極嚴(yán)重污染lgeo強(qiáng)污染lgeo中等-強(qiáng)污染lgeo中等污染l

22、geo輕度-中等污染lgeo無(wú)污染注：數(shù)據(jù)來(lái)源于百度百科：地累積指數(shù)。 污染物濃度的背景值根據(jù)標(biāo)題中所給數(shù)據(jù)可以得出：表：各重金屬濃度的背景值元素As (g/g)Cd (ng/g)Cr (g/g)Cu (g/g)Hg (ng/g)Ni (g/g)Pb (g/g)Zn (g/g)背景值.因此，根據(jù)計(jì)算出的重金屬污染物的lgeo值即可根據(jù)表中的分級(jí)規(guī)范來(lái)評(píng)價(jià)污染的程度。 類功能區(qū)單一重金屬元素的污染情況根據(jù)公式()利用MATLAB軟件編寫程序分別計(jì)算出類城市功能區(qū)各種污染物的lgeo值，根據(jù)lgeo值對(duì)應(yīng)的污染物等級(jí)，統(tǒng)計(jì)出各類功能區(qū)各種重金屬元素污染等級(jí)對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)，由于各功能區(qū)采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)

23、不同，本文將其轉(zhuǎn)化為與總測(cè)試點(diǎn)的比例，得出如下結(jié)果：表：生活區(qū)重金屬污染程度各個(gè)分級(jí)的比例分級(jí)分級(jí)分級(jí)分級(jí)分級(jí)分級(jí)分級(jí)As (g/g).%.%.%Cd (ng/g).%.%.%.%Cr (g/g).%.%.%.%Cu (g/g).%.%.%.%.%Hg (ng/g).%.%.%.%.%Ni (g/g)%Pb (g/g).%.%.%.%.%Zn (g/g).%.%.%.%.%.%表：工業(yè)區(qū)重金屬污染程度各個(gè)分級(jí)的比例分級(jí)分級(jí)分級(jí)分級(jí)分級(jí)分級(jí)分級(jí)As (g/g).%.%.%.%Cd (ng/g).%.%.%.%Cr (g/g).%.%.%.%Cu (g/g).%.%.%.%.%.%Hg (ng/g

24、).%.%.%.%.%.%.%Ni (g/g)%.%.%Pb (g/g).%.%.%Zn (g/g).%.%.%.%.%注：其他三類功能區(qū)：山區(qū)、主干道路區(qū)、公園綠地域?qū)?yīng)的重金屬污染程度各個(gè)分級(jí)的比例表見附錄。鑒于分級(jí)較多，部分重金屬在各個(gè)分級(jí)都占有比例，無(wú)法直接看出污染程度，因此從分級(jí)-分級(jí)按照分、分分的順序進(jìn)展打分，得到如下不同功能區(qū)不同元素污染程度對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)：分?jǐn)?shù)=求和分級(jí)比例分級(jí)分?jǐn)?shù)其中分?jǐn)?shù)越高，污染程度越嚴(yán)重。得到打分表如下：表：不同功能區(qū)不同元素污染程度打分表生活區(qū)工業(yè)區(qū)山區(qū)主干道路區(qū)公園綠地域As (g/g).Cd (ng/g).Cr (g/g).Cu (g/g).Hg (ng

25、/g).Ni (g/g).Pb (g/g).Zn (g/g).、同一功能區(qū)中不同元素的污染程度從上表中可以得出，同一功能區(qū)內(nèi)不同元素的污染程度順序?yàn)椋荷顓^(qū) ：CuZnHgCdAs=PbCrNi；工業(yè)區(qū) ：HgCuZnCdPbAsNiCr;山區(qū) ：CuNiCr=CdHgAs=PbZn；主干道路區(qū)：CuCd=ZnHgPbAsCrNi；公園綠地域：HgCuCdAsZnPbNiCr。 可以看出：生活區(qū)內(nèi)Cu、Zn和Hg的污染程度最嚴(yán)重，結(jié)合前面分級(jí)比例可知三種污染物到達(dá)強(qiáng)度污染程度的比例為：.%、.%、.%，處于輕度-中等污染中等-強(qiáng)污染的比例都在%以上。工業(yè)區(qū)中污染程度排在前三的分別為：Hg、Cu

26、和Zn，其中雖然Cu處于無(wú)污染程度的比例要大于Hg，但是Hg在各個(gè)分級(jí)都占有一定比例，且處于強(qiáng)污染程度以上的比例較大。其他功能區(qū)的詳細(xì)情況可結(jié)合比例表和打分表類比生活區(qū)和工業(yè)區(qū)的情況得出。.不同功能區(qū)內(nèi)同一元素的污染程度 從表中可以得出，不同功能區(qū)內(nèi)同一元素的污染程度排序?yàn)椋篈s：公園綠地域生活區(qū)工業(yè)區(qū)主干道路區(qū)山區(qū)；Cd：山區(qū)工業(yè)區(qū)主干道路區(qū)生活區(qū)公園綠地域；Cr：生活區(qū)主干道路區(qū)工業(yè)區(qū)公園綠地域山區(qū)；Cu：工業(yè)區(qū)主干道路區(qū)生活區(qū)公園綠地域山區(qū)；Hg：工業(yè)區(qū)主干道路區(qū)公園綠地域生活區(qū)山區(qū)；Ni：工業(yè)區(qū)生活區(qū)主干道路區(qū)山區(qū)公園綠地域；Pb：工業(yè)區(qū)主干道路區(qū)生活區(qū)公園綠地域山區(qū)；Zn：工業(yè)區(qū)主干

27、道路區(qū)生活區(qū)公園綠地域山區(qū)； 可以看出：除As、Cd、Cr三種元素外，其他類重金屬元素都是在工業(yè)區(qū)的污染程度最高；同一元素下，主干道路區(qū)內(nèi)的污染程度根本排在第二位；而污染程度普遍較低的山區(qū)，Cd的污染程度相對(duì)最高。Cr在生活區(qū)中的污染程度排名第一。根據(jù)以上結(jié)果可以大致看出各類功能區(qū)污染強(qiáng)度排序：工業(yè)區(qū)主干道路區(qū)生活區(qū)公園綠地域山區(qū)。綜合整個(gè)城區(qū)進(jìn)展分析，可以得知該城市污染情況相對(duì)良好，處于無(wú)污染和輕度-中等污染的地域占絕大部分，只需少部分地域處于中等污染以上級(jí)別。闡明該城市重金屬污染防治比較到位，但是還有待提高?；陟貦?quán)法確定權(quán)重的多目的模糊綜合評(píng)價(jià)模型的建立、熵權(quán)法確定不同元素對(duì)污染影響的權(quán)

28、重熵權(quán)法是在客觀條件下,由評(píng)價(jià)目的值構(gòu)成的判別矩陣來(lái)確定目的權(quán)重的一種方法，它可以度量數(shù)據(jù)所提供的有效信息量。信息熵越小, 系統(tǒng)無(wú)序度越小,信息的成效值越大；信息熵越大,系統(tǒng)無(wú)序度越高,其信息的成效值越小。因此,此題可以用熵權(quán)法來(lái)確定權(quán)重。本文利用熵權(quán)法基于地累積指數(shù)值lgeo計(jì)算出類重金屬元素的污染程度對(duì)功能區(qū)重金屬污染程度的權(quán)重作為模糊綜合評(píng)價(jià)中的評(píng)判權(quán)重。其詳細(xì)操作過(guò)程如下：Step：重金屬種類作為目的，共有m=個(gè)目的，n=個(gè)采集點(diǎn)的地累積指數(shù)值作為樣本數(shù)據(jù)，令表示第i個(gè)采集點(diǎn)點(diǎn)第j類重金屬的lgeo值；Step：針對(duì)熵值越小，污染程度越輕的情況，基于負(fù)向目的用極差法對(duì)數(shù)據(jù)做規(guī)范化處置：

29、 MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT )Step：計(jì)算第j項(xiàng)目的下第個(gè)觀測(cè)點(diǎn)占污染程度的比重： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT )Step：計(jì)算第j類金屬的熵值： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * M

30、ERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT ) 其中，；。Step：計(jì)算第j類金屬的差別系數(shù)。對(duì)于第j項(xiàng)目的，目的值的差別越大，對(duì)方案評(píng)價(jià)的作用就越大，熵值就越小，定義差別系數(shù)： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT )其中，；。Step：計(jì)算權(quán)值： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SE

31、Q MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT )、模糊綜合評(píng)價(jià)確定功能區(qū)污染程度 模糊綜合評(píng)價(jià)方法，是運(yùn)用模糊關(guān)系合成的原理，從多個(gè)要素目的對(duì)被評(píng)價(jià)事物隸屬度等級(jí)情況進(jìn)展綜合性評(píng)判的一種方法。結(jié)合此題的實(shí)踐情況，將熵權(quán)法計(jì)算出的各類重金屬元素對(duì)功能區(qū)污染程度的權(quán)重作為模糊評(píng)價(jià)中的權(quán)重，進(jìn)展綜合評(píng)價(jià)，詳細(xì)步驟為：Step：將類元素作為評(píng)判對(duì)象的要素論域U，U=u,u,u；Step：將Muller指數(shù)的污染等級(jí)作為評(píng)語(yǔ)等級(jí)論域V，V=v,v,v；Step：進(jìn)展單要素評(píng)判，基于各功能區(qū)類重金屬污染程度對(duì)應(yīng)的Muller指數(shù)分級(jí)比例建立模糊關(guān)系矩陣R： MACROBUTTON MT

32、PlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT )Step：基于熵權(quán)法計(jì)算出的權(quán)重，建立評(píng)判要素權(quán)向量A=a,a，a；Step：為了能客觀評(píng)價(jià)各個(gè)要素，采用型模糊算子，將A與R合成得到某一功能區(qū)對(duì)污染等級(jí)的隸屬度： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT ) 其中，為選取的模糊算子；k=、。Step：將模糊評(píng)語(yǔ)量化

33、，計(jì)算各對(duì)象的優(yōu)先度。選取Muller地累積指數(shù)分級(jí)規(guī)范對(duì)應(yīng)的中間值作為模糊評(píng)價(jià)語(yǔ)量化集S，即S=-.,.,.,.,.,.，.，那么各功能區(qū)的優(yōu)先度，即綜合評(píng)價(jià)目的為： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT ) 其中，。 各類功能區(qū)重金屬的污染程度、計(jì)算結(jié)果根據(jù)公式-公式計(jì)算出類重金屬元素的污染對(duì)功能區(qū)重金屬污染程度的權(quán)重為：W=.,.,.,.,.,.，.,.；根據(jù)多目的模糊綜合評(píng)價(jià)的方法計(jì)算出生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)、主干道路區(qū)、公園綠

34、地域污染程度的模糊評(píng)價(jià)目的分別為：.、.、-.、.、.。、結(jié)果分析 根據(jù)計(jì)算出的各類功能區(qū)重金屬污染程度的綜合評(píng)價(jià)目的，可以得出污染情況排序?yàn)椋汗I(yè)區(qū)主干道路區(qū)生活區(qū)公園綠地域山區(qū)。這與實(shí)踐情況相符。結(jié)合表的地累積指數(shù)分級(jí)規(guī)范，可以得到對(duì)應(yīng)的污染程度：除山區(qū)無(wú)污染外，其他地域均為輕度-中等污染。綜合各類功能區(qū)的污染情況可以得知該城市重金屬污染相對(duì)不是很嚴(yán)重，與前文分類討論種重金屬元素在城市污染的情況根本一致。.問題二模型的建立與求解 本文思索首先計(jì)算出各類重金屬對(duì)各個(gè)功能區(qū)污染程度的奉獻(xiàn)值，之后再用變量聚類法分析不同區(qū)域各種污染物之間能否存在污染類似性，對(duì)類似性高的進(jìn)展歸類，并分析不同功能區(qū)產(chǎn)

35、生污染的主要緣由。.模型預(yù)備統(tǒng)計(jì)出類城市功能區(qū)中元素Muller地累積指數(shù)的平均值，作為判別污染各種元素污染程度的一個(gè)基準(zhǔn)，詳細(xì)結(jié)果見下表：表：各功能區(qū)重金屬元素Muller指數(shù)平均值A(chǔ)sCdCrCuHgNiPbZn生活區(qū).-.工業(yè)區(qū).山區(qū)-.-.-.-.-.-.-.-.主干道路區(qū).-.公園綠地域.-.-. 由上表可以看出，山區(qū)的重金屬根本處于無(wú)污染的一個(gè)形狀，生活區(qū)Cu和Zn的污染程度較高。其他功能區(qū)的主要污染元素都可以類比分析得出。.重金屬污染的主要緣由 各功能區(qū)內(nèi)種重金屬對(duì)污染程度的奉獻(xiàn)值八類元素對(duì)總體重金屬污染的影響各不一樣，并不是某一元素污染濃度大其對(duì)應(yīng)的區(qū)域污染程度就很高，因此有必

36、要確定出某一功能區(qū)中哪些元素對(duì)污染影響較大。模型預(yù)備里曾經(jīng)計(jì)算出各類功能區(qū)中中元素對(duì)應(yīng)的Muller地累積指數(shù)值的平均值，第一問中求出了各種重金屬元素對(duì)整個(gè)城區(qū)污染程度評(píng)價(jià)的權(quán)重，因此，在以上根底上，可以分別計(jì)算出種元素對(duì)各類城市功能區(qū)重金屬污染程度的奉獻(xiàn)值。詳細(xì)結(jié)果如下：表：重金屬元素對(duì)各功能區(qū)污染程度的奉獻(xiàn)值A(chǔ)sCdCrCuHgNiPbZn生活區(qū).工業(yè)區(qū).山區(qū).主干道路區(qū).公園綠地域. 注：其中由于計(jì)算出的奉獻(xiàn)值與Muller指數(shù)對(duì)應(yīng)，所以會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，針對(duì)這種情況做了極差歸一化處置，得到表中的數(shù)值。對(duì)應(yīng)的圖像如下：圖：各類功能區(qū)不同重金屬對(duì)污染的奉獻(xiàn)值結(jié)合圖表可以得出種元素對(duì)不同功能區(qū)的重

37、金屬污染的奉獻(xiàn)情況如下：生活區(qū) ：ZnCdHgCuPbCrAsNi；工業(yè)區(qū) ：HgCuZnCdPbAsCrNi；山區(qū) ：CdCuPbCrHg=NiAsZn；主干道路區(qū)：HgCdZnCuPbCrAsNi；公園綠地域：HgCdZnPbCuAsCrNi?？梢钥闯鯤g、Zn、Cu對(duì)城區(qū)污染情況的影響較大，即這三類元素的污染程度可以根本反映出該城市重金屬污染的總體程度。其中山區(qū)中Pb的影響也較大，主要是由于山區(qū)中礦石含量較多，礦石中Pb的含量較為重要地反映了山區(qū)的重金屬情況。Ni對(duì)各區(qū)污染的奉獻(xiàn)均較小，且在各區(qū)內(nèi)差別性較小，闡明該元素的來(lái)源比較復(fù)雜。 基于變量聚類法確定具有污染類似性重金屬元素模型的建立

38、本文為了分析種污染物的污染類似性，選用變量聚類法來(lái)基于采集點(diǎn)的污染物濃度分析各種污染物污染情況的類似關(guān)系，按類似關(guān)系把它們聚為一類。詳細(xì)操作如下：Step：用樣本的相關(guān)系數(shù)作為變量的類似性度量，即： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT )其中，為某功能區(qū)內(nèi)第i個(gè)采集點(diǎn)第j種元素的濃度；為對(duì)應(yīng)采集點(diǎn)第k種元素的濃度；為對(duì)應(yīng)功能區(qū)內(nèi)污染物濃度的平均值。Step：用最大系數(shù)法定義兩類元素的間隔 為： MACROBUTTON MTPlace

39、Ref * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT )此時(shí)，S等于兩類元素中最類似的兩變量間的類似性度量值。之后用編寫程序基于元素的類似性進(jìn)展聚類。 聚類結(jié)果根據(jù)以上變量聚類法的操作過(guò)程，本文根據(jù)聚類效果圖，將功能區(qū)中種重金屬元素按污染的類似性分別進(jìn)展歸類。其中生活區(qū)和工業(yè)區(qū)的聚類效果圖結(jié)果如下：圖：生活區(qū)和工業(yè)區(qū)重金屬元素聚類 注：其他功能區(qū)的聚類效果圖見附錄。根據(jù)以上聚類效果，將生活區(qū)和工業(yè)區(qū)重金屬元素進(jìn)展歸類，生活區(qū)和工業(yè)區(qū)的重金屬元素聚為類，其他地域聚為類，得到如下結(jié)果：表：各

40、區(qū)重金屬元素聚類生活區(qū)工業(yè)區(qū)山區(qū)主干道路區(qū)公園綠地域類Cr、ZnAs、NiAs、CuHgHg類As、Cd、Cu、Hg、Ni、Pb、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、ZnCd、Ni、ZnAsAs、Cr、Ni類Cr、Hg、PbCd、Cr、Cu、Ni、Pb、ZnCd 、Cu、Pb、 Zn 從上表可以看出：生活區(qū)內(nèi)Cr和Zn的污染情況具有類似性，結(jié)合圖也可以看出兩者對(duì)生活區(qū)重金屬污染程度的奉獻(xiàn)值均較大，電池的運(yùn)用和紙質(zhì)印刷都會(huì)產(chǎn)生較多的Zn和Cr；工業(yè)區(qū)中As和Ni的類似性較高，某些工業(yè)用兩者來(lái)作為添加劑，例如煙草和香精產(chǎn)業(yè)。相對(duì)來(lái)說(shuō)兩種產(chǎn)業(yè)在總工業(yè)中的比例較小，所以As和Ni對(duì)工業(yè)區(qū)的污染程度的影響較小

41、，這點(diǎn)可以從圖中得到驗(yàn)證。山區(qū)中重金屬元素的類似性不是特別明顯，主要能夠由于巖石，土壤的組成成分及自然作用構(gòu)成的。公園綠地域中Hg的污染情況相對(duì)獨(dú)立，能夠是由于公園中某些設(shè)備任務(wù)產(chǎn)生Hg污染。 城市產(chǎn)生重金屬污染的主要緣由 結(jié)合實(shí)踐情況，查詢相關(guān)資料可以知曉各類功能區(qū)導(dǎo)致重金屬污染的主要緣由，分別如下： 生活區(qū)中生活渣滓是產(chǎn)生重金屬污染的主要來(lái)源：大量廢舊電池的不合理處置，產(chǎn)生重金屬Hg、Cd、Pb、Zn；生活渣滓的熄滅或掩埋產(chǎn)生較多的Pb、Cd、Zn；大量塑料包裝及油漆和顏料的運(yùn)用產(chǎn)生重金屬污染。 工業(yè)區(qū)主要是由于廢水廢渣的超標(biāo)排放導(dǎo)致重金屬污染程度較高：礦產(chǎn)冶煉加工、電鍍、塑料、電池、化工

42、等行業(yè)是排放重金屬的主要工業(yè)源，其排放的重金屬可以氣溶膠方式進(jìn)入到大氣，經(jīng)過(guò)干濕沉降進(jìn)入土壤；另一方面污染治理不到位，含有重金屬的工業(yè)廢渣隨意堆放或直接混入土壤，潛在地危害著土壤環(huán)境。 山區(qū)由于人煙稀少，經(jīng)濟(jì)不興隆，相對(duì)污染源較少，重金屬的含量主要是由于巖石地質(zhì)及土壤組成產(chǎn)生的。這里不進(jìn)展詳細(xì)分析。 主干道路區(qū)交通興隆，第三產(chǎn)業(yè)分布較多，交通工具運(yùn)用的數(shù)量急劇添加，汽車輪胎磨損及排放的廢氣中含有Pb、Zn、Cu等多種重金屬元素，進(jìn)入周圍的土壤中，成為土壤重金屬污染的主要來(lái)源之一。道路上由于突發(fā)事故導(dǎo)致的化學(xué)藥品的泄露也成為重金屬污染的一個(gè)隱患。 公園綠地域也是人類經(jīng)?；顒?dòng)的場(chǎng)所，渣滓等必然成為

43、污染的一個(gè)要素，但是公園中一些公共設(shè)備及環(huán)境治理也會(huì)產(chǎn)生較多的重金屬，例如肥料和殺蟲劑的運(yùn)用，會(huì)直接導(dǎo)致該地域土壤重金屬含量的添加。.問題三模型的建立與求解 .分析污染物的傳播特征重金屬污染物主要經(jīng)過(guò)三種方式：大氣沉降，土壤遷移，水流運(yùn)移進(jìn)入土壤。 各類方式的傳播特征如下：、大氣沉降：由于于工業(yè)消費(fèi)、汽車尾氣排放及汽車輪胎磨損產(chǎn)生的大量金屬的有害氣體和粉塵進(jìn)入大氣，而大氣中的大多數(shù)重金屬污染物是經(jīng)過(guò)自然沉降和雨淋沉降進(jìn)入到土壤中,這些產(chǎn)生的重金屬污染物主要以工礦煙囪、廢物堆和公路為中心，向周圍及兩側(cè)分散。、土壤遷移：重金屬污染物在土壤中很難降解也不易被土壤中的其它微生物分解，是耐久性污染物，其

44、在土壤中的運(yùn)移過(guò)程主要是遭到對(duì)流、分散、彌散和吸附作用等要素的影響。在重金屬污染物進(jìn)入土壤的早期主要是受對(duì)流和彌散作用的影響，分散和吸附作用都較弱。但是隨著時(shí)間的推移，對(duì)流作用的影響不是那么明顯，而分散和吸附的作用在這些污染物進(jìn)入土壤的后期起主要作用。經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后，重金屬污染物在一定范圍內(nèi)的濃度趨于均勻。、水流中的重金屬的傳播： 大氣中沉降的重金屬一部分直接進(jìn)入土壤中，一部分進(jìn)入水流中；排放的廢棄或渣滓導(dǎo)致部分重金屬溶于水溶液，隨著水的流動(dòng)浸透到土壤中，特別是地標(biāo)水及地下水的流動(dòng)對(duì)污染物的傳播有較大影響。.污染物傳播模型重金屬污染物主要經(jīng)過(guò)大氣沉降、土壤遷移、水流運(yùn)移主要三種方式進(jìn)入土壤。

45、物針對(duì)重金屬污染物傳播特征的分析，結(jié)合此題的詳細(xì)情況，建立大氣-土壤傳播模型，分析污染物物在傳播過(guò)程中濃度的變化以此確定出污染源的位置。 大氣傳播模型高斯模型的建立大氣中的重金屬主要來(lái)源于工業(yè)消費(fèi)、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。重金屬經(jīng)過(guò)大氣沉降進(jìn)入土壤對(duì)土壤呵斥污染。大氣分散的方式有很多種，運(yùn)用最為普遍的是高斯正態(tài)煙云方式。對(duì)于延續(xù)均勻排放的點(diǎn)源，源強(qiáng)為Q，離地面的有效排放高度為he,假定平均風(fēng)速u沿x軸方向，在y、z方向上濃度C呈正態(tài)分布，那么分散公式為： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h *

46、 MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT ) 其中，C為欲求的下風(fēng)向恣意位置的污染濃度； 為分散參數(shù)，表示y方向上的規(guī)范差； 為分散參數(shù)，表示z方向上的規(guī)范差； a、b、c、d均與大氣穩(wěn)定度有關(guān)，在一定的穩(wěn)定度條件下，分別是常量。 本文要思索的是城市表層土壤的重金屬污染的傳播過(guò)程，因此選擇以地面源作為污染源的地面重金屬經(jīng)過(guò)大氣傳播的模型，即he=，z=的情況，代入公式()得到適用模型： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c

47、 * Arabic * MERGEFORMAT ) 其中，x、y為地面的坐標(biāo)。 土壤遷移模型對(duì)流彌散傳輸模型的建立 污染物在地標(biāo)土壤中遷移主要是對(duì)流，分子的分散作用很弱，本文忽略不計(jì)。污染物在土壤中運(yùn)移屬于土壤中溶質(zhì)的運(yùn)移。不同的污染物進(jìn)入土壤環(huán)境后，可發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)反響。土壤中污染物的運(yùn)移實(shí)踐上是土壤溶液中溶質(zhì)隨土壤水分的遷移，因此土壤溶液中的污染物的濃度很大程度上決議了污染物在土壤中的遷移。其中對(duì)流彌散傳輸模型CDE是最常見的、最根本的描畫溶質(zhì)運(yùn)移的數(shù)學(xué)模型。它思索由對(duì)流、彌散引起的溶質(zhì)運(yùn)移，包括在對(duì)對(duì)流彌散中伴隨有溶質(zhì)被吸附或分解過(guò)程。其中非穩(wěn)態(tài)、伴有吸附或分解的一維對(duì)流彌散土壤溶

48、質(zhì)運(yùn)移方程可表述為： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT )其中，C為土壤中污染物的濃度；為土體含水率；為土壤干容重；G為污染物在吸附相中的濃度；為彌散系數(shù)；q為土體水流速度；t為時(shí)間；為由植物根系引起的溶質(zhì)吸收或排放出率。 由于公式()較為復(fù)雜，且某些參數(shù)在此題中無(wú)法得知，因此對(duì)模型做簡(jiǎn)化處置。假定彌散系數(shù)D、土壤含水量為常量，土壤水流是穩(wěn)定的，且不思索土壤溶質(zhì)吸附及植物根系的分級(jí)才干，即，得到如下適用模型： MACROBUTTO

49、N MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT )其中，為土壤孔隙水流速；r為采樣點(diǎn)到污染源的間隔 。 上式是一個(gè)偏微分方程，在普通情況下很難求的解析解。因此需求設(shè)置一些特殊的初始條件和邊境條件來(lái)進(jìn)展求解。假設(shè)采樣點(diǎn)所測(cè)污染物濃度為分散到達(dá)穩(wěn)態(tài)后的濃度，那么污染物濃度與時(shí)間沒有關(guān)系，得到初始條件：；假設(shè)污染源的坐標(biāo)為,，可以得到邊境條件：C，=C。C表示污染源的濃度。由于海拔高度對(duì)土壤中溶液的對(duì)流速度有一定影響，海拔越高，對(duì)流速度相對(duì)越低，相反，海拔越低，對(duì)流速度

50、越高。兩者的關(guān)系近似呈一個(gè)負(fù)指數(shù)的關(guān)系，因此假定該關(guān)系的方程為： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT )其中，為海拔為時(shí)的對(duì)流速度；h為海拔高度。在以上根底上，可以求得污染物濃度C的表達(dá)式為： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT ) 大氣土壤傳播模型 綜合思索大氣沉降和土

51、壤遷移對(duì)污染物濃度的影響，建立基于大氣沉降和土壤遷移的重金屬大氣土壤傳播模型，污染物濃度的變化方程如下： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT )系數(shù)確實(shí)定：a、b、c、d均與大氣穩(wěn)定度有關(guān),普通情況下位常量，根據(jù)文獻(xiàn)，將系數(shù)分別確定為:.、.、.、.；u為平均風(fēng)速，目前資料中設(shè)定為m/s；v為海拔為時(shí)的土壤對(duì)流速度，D為彌散系數(shù)，查詢文獻(xiàn)，將兩者設(shè)定為：/d、/d.d表示天。Q、分別根據(jù)污染源周圍污染濃度的變化進(jìn)展擬合得到。.污染源

52、確實(shí)定由于本文建立的污染傳播模型，是基于以污染源為中心分散的濃度的變化方程，所以部分系數(shù)需求確定出污染源的濃度后方可求得。但是此題中污染源的濃度是未知的。所以要確定出污染源的位置難度很大。但是有一點(diǎn)可以確定，即本文建立的傳播模型只適用于以污染源為中心進(jìn)展分散，周圍地域的污染物濃度的變化。所以可以以為以某一采樣點(diǎn)為中心，當(dāng)周圍一定范圍內(nèi)按照模型計(jì)算出的濃度值與實(shí)踐丈量值的誤差在一定范圍內(nèi)時(shí)，即可以為該采樣點(diǎn)為污染中心。所以本文選擇在一切采樣點(diǎn)中進(jìn)展污染源的搜索，分別確定出類重金屬元素的污染源。 設(shè)計(jì)算法算法的根本思想：首先選取某個(gè)采樣點(diǎn)為分散中心，以其某類元素的濃度作為污染源濃度，選取該中心附近

53、個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)元素的濃度值，來(lái)擬合傳播模型，確定出未知系數(shù)，利用海拔值確定土壤溶液的對(duì)流速度，之后用確定的模型計(jì)算出個(gè)點(diǎn)某類元素的計(jì)算值，將計(jì)算值與實(shí)踐丈量子進(jìn)展對(duì)比，計(jì)算相對(duì)誤差。假設(shè)相對(duì)誤差在%以內(nèi)，那么判別該采集點(diǎn)是該類元素的一個(gè)污染源。其中由于模型簡(jiǎn)化部分較多，能夠?qū)е抡`差相對(duì)較大，所以將誤差閾值設(shè)定為%。然后選取其他元素的濃度用同樣的方法確定。最后完成一切采樣點(diǎn)的搜索過(guò)程。其中一類元素的污染源判別的流程圖如下：圖：算法流程圖 污染源的位置 根據(jù)以上算法，對(duì)個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)展全局搜索，確定出污染源，并得到整個(gè)城區(qū)污染源的坐標(biāo)，詳細(xì)結(jié)果如下:表：污染源位置坐標(biāo)編號(hào)xy對(duì)應(yīng)功能區(qū)四四二二二一一四一

54、二編號(hào)xy對(duì)應(yīng)功能區(qū)五二四一二三一四四四編號(hào)xy對(duì)應(yīng)功能區(qū)四一三一二五四一四二注：一、二、三、四、五分別表示功能區(qū)：生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)、主干道路區(qū)、公園綠地域。整個(gè)城區(qū)污染源的分布圖如下：圖：城區(qū)污染源分布圖其中，各類元素的污染源對(duì)應(yīng)的編號(hào)分別為:As：、； Cd：、；Cr：、；Cu：、；Hg：、；Ni：、；Pb：、；Zn：、。As和Cr的污染源較多，結(jié)合前文對(duì)兩種污染物的污染程度分析，可以知道這兩種元素的污染情況相對(duì)較輕，而且分布的空間差別較小，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)污染源較多，且分布比較集中；Ni元素的來(lái)源比較復(fù)雜且污染程度低，分布范圍較為有限，所以污染源個(gè)數(shù)較少；其他類元素：Cr、Cu、Hg、P

55、b和Zn都是工業(yè)消費(fèi)、汽車尾氣、生活渣滓產(chǎn)生的主要污染物，分布相對(duì)集中，對(duì)應(yīng)的污染源個(gè)數(shù)較少。從上表和圖可以看出，本文總共確定出個(gè)污染源。分析污染源所在功能區(qū)可以看出：生活區(qū)有個(gè)污染源；工業(yè)區(qū)有個(gè)污染源；山區(qū)有個(gè)污染源；主干道路區(qū)有個(gè)污染源；公園綠地域有個(gè)污染源。結(jié)合問題一中元素的空間分布圖可以看出，污染源根本分布在污染濃度極大值附近。這能夠是由于地域海拔不同而導(dǎo)致的。.問題四模型的建立與求解.重金屬污染傳播模型的優(yōu)缺陷 模型優(yōu)點(diǎn)、模型思索了大氣中的重金屬污染物的沉降與土壤中的重金屬污染物遷移兩方面的要素，思索較為全面；、利用目前研討比較成熟的高斯分散模型與一維對(duì)流彌散傳輸模型相結(jié)合，確定出以

56、污染源為中心的一定空間范圍內(nèi)重金屬的濃度情況。實(shí)際根據(jù)比較充分有力，所得結(jié)果相對(duì)合理。、求解污染源的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)將計(jì)算值與實(shí)踐值進(jìn)展對(duì)比，驗(yàn)證了模型的合理性與準(zhǔn)確性，模型準(zhǔn)確度較高。 模型缺陷、由于只在地表層cm深度進(jìn)展采樣，縱向差別不明顯，所以建立的土壤傳播模型只思索了橫向范圍內(nèi)的傳播。而實(shí)踐情況中，重金屬在土壤中隨深度的縱向遷移對(duì)地質(zhì)演化同樣具有重要的作用。、在思索重金屬污染物在空氣中傳播的時(shí)候,本文采用了經(jīng)典的高斯分散方程,由于地表以上重金屬的傳播途徑較多并且情況要聯(lián)絡(luò)詳細(xì)的實(shí)況地形,因此本文對(duì)要素進(jìn)展了簡(jiǎn)化，選取了對(duì)重金屬傳播影響較大的風(fēng)速進(jìn)展求解。這其中本文忽略了其他的一些要素，例如

57、降雨、河流的沖擊、地勢(shì)的海拔等。.采集信息重新建立模型 需求采集的信息 經(jīng)過(guò)分析所建重金屬污染物傳播模型的特點(diǎn)，針對(duì)其缺乏之處，提出需采集如下數(shù)據(jù)來(lái)完善模型：、由于重金屬在土壤中存在著縱向深度的傳播，因此需求搜集縱向深度的采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，可采集cm深度的數(shù)據(jù)。、由于本文第三問是在假設(shè)城市重金屬污染物的濃度分布到達(dá)穩(wěn)態(tài)進(jìn)展的處置，而實(shí)踐的情況是隨著時(shí)間所變化的，因此他們需求采集每個(gè)月采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)。、由于重金屬污染物在空氣中的傳播不僅僅是受風(fēng)速的影響，還和城市的季節(jié)性的降水有著比較親密的關(guān)系，因此需求搜集該城市每個(gè)月的降水量。、由于重金屬在土壤有吸附解析的作用，所以需求搜集城市的一些土壤的要素，來(lái)確

58、定重金屬在土壤中的阻滯系數(shù)。 完善模型、基于降雨量對(duì)大氣污染傳播模型進(jìn)展改良一旦降雨，大氣中的重金屬元素分散的速度會(huì)相應(yīng)降低，且某些元素會(huì)適量的溶于雨珠,雨珠會(huì)帶著大氣中的重金屬沉降。經(jīng)過(guò)對(duì)降雨量的數(shù)據(jù)，進(jìn)展多項(xiàng)式的擬合，可得到降雨量隨時(shí)間的函數(shù)。由于降雨的存在，大氣中重金屬橫向分散的系數(shù)會(huì)隨著降雨量的添加而減小?？梢源笾碌呐袆e出它們的關(guān)系，對(duì)原先的分散系數(shù)添加關(guān)于降水量的污染負(fù)指數(shù)因子，得出： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT

59、)、根據(jù)縱向深度的采樣點(diǎn)與每月采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)土壤傳播模型進(jìn)展改良 降雨會(huì)對(duì)污染物在土壤中的傳播呵斥影響，雨珠從空中落入土壤中的時(shí)候，會(huì)改動(dòng)土壤中橫向與縱向的對(duì)流速度，直接影響污染物的傳播。將對(duì)流速度的數(shù)據(jù)與降雨量的數(shù)據(jù)進(jìn)展擬合，得到思索降雨影響下的對(duì)流速度表達(dá)式： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT )由于前文建立的是土壤一維對(duì)流彌散模型，且沒有思索土壤的吸附作用，現(xiàn)基于重新搜集的數(shù)據(jù)，建立綜合思索污染物濃度隨時(shí)間，橫向間隔 ，縱向

60、深度、降雨及土壤吸附作用對(duì)污染物影響的傳播方程： MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT )其中，為阻滯因子；為土壤的密度；為土壤的含水量；為土水的分配率；z表示的是縱向間隔 ；是橫向上與污染源的間隔 ；、是表示在r、z方向上的彌散系數(shù)，、表示在r、z方向上的對(duì)流速度。經(jīng)過(guò)所搜集的數(shù)據(jù)可以求解出重金屬的污染濃度與時(shí)間、間隔 、深度的函數(shù)表達(dá)式。綜合以上兩個(gè)步驟對(duì)模型進(jìn)展改善，所得到的重金屬污染物的傳播模型，根天性反映出污染的大致情況。六