城市表層土壤重金屬污染分析

1、城市表層土壤重金屬污染分析摘要本文以土壤重金屬污染問(wèn)題為背景，以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研究某一城區(qū)的表層土壤重金屬污染問(wèn)題。建立了綜合污染指數(shù)模型、AHP 法綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)模型、灰色關(guān)聯(lián)度模型和模型解決了題目中的四個(gè)問(wèn)題。針對(duì)問(wèn)題一: 首先建立 X、Y 和重金屬濃度的三維坐標(biāo)系，對(duì)給出的 319 組數(shù)據(jù)進(jìn)行三次樣條插值，得到八種主要重金屬元素在城區(qū)內(nèi)的空間分布圖。然后利用綜合污染指數(shù)和 AHP 法綜合污染指數(shù)兩種模型分別對(duì)該城區(qū)內(nèi)五個(gè)區(qū)域的綜合污染程度進(jìn)行評(píng)估并進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。最終得到五個(gè)分區(qū)內(nèi)八種元素的濃度分布和綜合污染指數(shù)。針對(duì)問(wèn)題二：通過(guò)建立灰色關(guān)聯(lián)度模型，判斷出八種重金屬元素中哪幾種之間關(guān)聯(lián)度較

2、大，如 Ni 和 Cr 等存在明顯的正相關(guān)，說(shuō)明這些重金屬很可能來(lái)自相同污染源。同時(shí)根據(jù)每種重金屬元素在五個(gè)功能區(qū)濃度的分布差異和可能的污染來(lái)源，最終確定每種重金屬污染的主要原因。針對(duì)問(wèn)題三：首先對(duì)重金屬污染物的途徑進(jìn)行分析，確定擴(kuò)散方式。通過(guò)對(duì)條件的分析，最終利用連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模型確定特征和濃度擴(kuò)散特性，再由污染源周?chē)鷿舛确植寄嫱瞥鑫廴驹淳咭欢ㄊ歉呶廴镜貐^(qū)的濃度極值點(diǎn)的結(jié)論。置，并得到污染源位置不針對(duì)問(wèn)題四：針對(duì)問(wèn)題三模型的之處，增加風(fēng)速或土壤含水率、ph 值等條件，提高模型與實(shí)際情況的貼近程度。最后選取增加風(fēng)速一項(xiàng)信息，建立相應(yīng)的 擴(kuò)散模型，更好地研究城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式，尤其是污染物的擴(kuò)

3、散模式。：型 重金屬污染綜合污染指數(shù)AHP 法綜合污染指數(shù)灰色關(guān)聯(lián)度模1問(wèn)題重述1.1 問(wèn)題背景隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市的不斷增加，人類(lèi)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，以及如何應(yīng)用查證獲得的海量數(shù)據(jù)資料開(kāi)展城市環(huán)境價(jià)，研究人類(lèi)活動(dòng)影響下城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式，日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。1.2 問(wèn)題提出按照功能劃分，城區(qū)一般可分為生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、山區(qū)、主干道路區(qū)及公園綠地區(qū)等，分別記為 1 類(lèi)區(qū)、2 類(lèi)區(qū)、 5 類(lèi)區(qū)，不同的區(qū)域環(huán)境受人類(lèi)活動(dòng)影響的程度不同?，F(xiàn)對(duì)某城市城區(qū)土壤地質(zhì)環(huán)境。為此，將所的城區(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

4、點(diǎn)對(duì)表層土（0 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10 厘米深度）進(jìn)行取樣、景值。，并用 GPS采樣點(diǎn)的位置。應(yīng)用專(zhuān)門(mén)中元素的背附件 1 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 2 列出了 8 種主要重金屬元素在采樣點(diǎn)處的濃度，附件 3 列出了 8 種主要重金屬元素的背景值?，F(xiàn)通過(guò)數(shù)學(xué)建模來(lái)完成以下任務(wù)：(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)(3)(4)通過(guò)數(shù)據(jù)分析，說(shuō)明重金屬污染的主要原因。分析重金屬污

5、染物的特征，由此建立模型，確定污染源的位置。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(wèn)題？一、問(wèn)題分析2.1 問(wèn)題（1）的分析第一問(wèn)要求8種主要重金屬元素在城區(qū)空間分布，在附件中給出319個(gè)采樣散點(diǎn)坐標(biāo)、濃度數(shù)據(jù)。鑒于三維圖形可以直觀、形象表現(xiàn)重金屬元素在該城區(qū)的空間分布，應(yīng)用插值法把一批離散樣點(diǎn)轉(zhuǎn)化為光滑曲面。常見(jiàn)插值方法很多，如多項(xiàng)式插值（lagrange 插值）、Hermite 插值、分段插位、Newton 插值等等。但是這些插值法的總體光滑度都不高，這對(duì)于地形圖的應(yīng)用是有缺陷的?？紤]上述因作出濃度關(guān)于 X、素，選用整

6、體光滑度較高的三次樣條插值法，通過(guò)Y 的三維圖。第二問(wèn)要分析該城區(qū)內(nèi)不同區(qū)域重金屬的污染程度。題目中已明確將城區(qū)分為五區(qū)，首先要求得各種元素在五區(qū)的分布圖。然而，一種元素的污染指數(shù)無(wú)法反映該區(qū)綜合污染程度，故應(yīng)設(shè)法建立模型求各區(qū)綜合污染指數(shù)。考慮到所給8種元素濃度差異較大，而濃度的大小與元素污染貢獻(xiàn)相關(guān)，故應(yīng)建立各元素污染2與綜合污染的關(guān)系模型。最后分區(qū)求得綜合污染指數(shù)，從而解決該城區(qū)不同區(qū)域重金屬的污染程度問(wèn)題。2.2 問(wèn)題（2）的分析本問(wèn)探求重金屬污染的主要原因，即污染來(lái)源。在問(wèn)題（1）的基礎(chǔ)上，已可明確各元素分布規(guī)律和各區(qū)污染程度。知道，元素的化學(xué)性質(zhì)對(duì)元素在土壤的相關(guān)性有一定影響，如

7、Cu、Cr 性質(zhì)相似，關(guān)聯(lián)度大，故在土壤中的遷移過(guò)程很相似，所以為探求來(lái)源可以建立模型研究土壤中重金屬含量的相關(guān)性，若重金屬含量有顯著的相關(guān)性，說(shuō)明可能來(lái)源相同。因此，建立相關(guān)性模型有助于分析重金屬污染物的來(lái)源。2.3 問(wèn)題（3）的分析首先通過(guò)對(duì)八種重金屬元素海拔與濃度之間關(guān)系和表層土壤重金屬元素的形成方式與存在機(jī)理的分析，確定了重金屬污染物大氣污染擴(kuò)散模型。由于污染源是近似于連續(xù)均勻穩(wěn)定的。在無(wú) 況下，污染物勻速在大氣中向四周擴(kuò)散，污染物的擴(kuò)散服從擴(kuò)散定律，即度成正比。在這些條件下，時(shí)間通過(guò)要研究法向面積的流量與它的濃度梯是連續(xù)點(diǎn)源污染擴(kuò)散問(wèn)題，由擴(kuò)散定律、重金屬元素物質(zhì)質(zhì)量守恒定律、氣體泄

8、漏連續(xù)性定理出區(qū)域內(nèi)的拋物線(xiàn)型偏微分方程，即列出連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散方程。與之相反，要確定污染源位置，可由污染源周?chē)鷿舛确植寄嫱苾?yōu)化求解初污染源位置。具體數(shù)值實(shí)現(xiàn)方面，可以在區(qū)域極值周?chē)M(jìn)行優(yōu)化求解，來(lái)確定污染來(lái)源。2.4 問(wèn)題（4）的分析首先對(duì)第三問(wèn)所建立的模型進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)評(píng)估，然后為了更好地研究城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式，尤其是重金屬污染物模式，應(yīng)該讓所建模型更加貼近實(shí)際情況并且增加信息量。比如收集城區(qū)尤其是污染源地區(qū)的風(fēng)速分布，土壤含水率分布，地區(qū) ph 值分布等信息。針對(duì)第三問(wèn)的，在第四文中假設(shè)收集到的是城區(qū)內(nèi)（污染源附近）的風(fēng)速分布，建立相應(yīng)的擴(kuò)散模型解決問(wèn)題。二、模型假設(shè)1、采樣點(diǎn)測(cè)量準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)

9、真實(shí)反映污染程度；2、重金屬污染物的擴(kuò)散看作是空間某一連續(xù)點(diǎn)源向四周等強(qiáng)度地瞬時(shí)重金屬污染物，重金屬污染物在無(wú)窮空間擴(kuò)散過(guò)程中不發(fā)生性質(zhì)變化，且不計(jì)地形影響；3、重金屬污染物擴(kuò)散服從擴(kuò)散定律，即的濃度梯度成正比；時(shí)間通過(guò)法向面積的流量與它4、重金屬元素?zé)o法被降解，從源到采樣點(diǎn)之間，污染物在途中保持質(zhì)量守恒；5、受體污染物中某種元素是各污染源貢獻(xiàn)的線(xiàn)性組合，各污染源之間互不相關(guān)；6、由各個(gè)污染源貢獻(xiàn)的某元素的量有足夠的差別，且采樣點(diǎn)和分析期間變化不大；7、污染物濃度在 y、z 軸上的分布符合分布（正態(tài)分布）；8、在全部空間中風(fēng)速是均勻的、穩(wěn)定的。三、符號(hào)系統(tǒng)3、模型建立與求解5.1 問(wèn)題一模型建

10、立與求解首先根據(jù)附件一中 X、Y 和各采樣點(diǎn)重金屬濃度數(shù)據(jù)，通過(guò)三次樣條插值可得地形圖(5.1)。4四Pi單項(xiàng)污染分指數(shù)P綜綜合污染指數(shù)Pi max所有元素污染指數(shù)最大值Piave第 i 樣點(diǎn)的某種重金屬的平均污染指數(shù)Ci樣點(diǎn)此重金屬的實(shí)測(cè)含量Si所在土壤適用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)S一規(guī)則的球面面積Q1在(t,t t) 內(nèi)通過(guò) 的流量Q2 內(nèi)放射性物質(zhì)的增量t任意擴(kuò)散時(shí)刻C0污染源此重金屬的實(shí)測(cè)含量（x0 , y0 , z0）污染源坐標(biāo)（xi , yi , zi）樣點(diǎn)坐標(biāo)Q0污染源的重金屬物質(zhì)總量Q源強(qiáng)， kg / s x , y , z用濃度標(biāo)準(zhǔn)差表示的 x, y, z 軸上的擴(kuò)散參數(shù)i強(qiáng)度的電源函數(shù)圖

11、 5.1地形圖根據(jù)附件中 X 與 Y 坐標(biāo)和附件二對(duì)應(yīng)的 8 種重金屬元素濃度值，應(yīng)MLAB，使用三次樣條插值得到8 中主要重金屬元素在城區(qū)的空間分布，如下圖所示。圖 5.2As 濃度分布圖圖 5.3Cd 濃度分布圖5圖 5.4Cr 濃度分布圖圖 5.5Cu 濃度分布圖圖 5.6Hg 濃度分布圖6圖 5.7Ni 濃度分布圖圖 5.8Pb 濃度分布圖圖 5.9Zn 濃度分布圖7根據(jù)八種元素在城區(qū)的濃度分布圖，需要建立模型求的城區(qū)的綜合污染指數(shù)，這是因?yàn)閱我蜃游廴局笖?shù)只能反映單個(gè)污染物的污染程度。當(dāng)多種污染物在某一區(qū)域同時(shí)存在時(shí)，無(wú)法全面、綜合地反映多種污染物的整體污染水平。因此，為了分析該城區(qū)不

12、同區(qū)域重金屬的污染程度，需要計(jì)算各分區(qū)的綜合污染指數(shù)P綜 ，本文下述兩種模型計(jì)算 P綜 。5.1.1 模型一：綜合污染指數(shù)模型首先由下式確定每種元素的單因子土壤污染指數(shù)2：Pi Ci / Si（1）若 Pi 1 則表示 i 樣點(diǎn)已受到這種重金屬的污染， Si 取為附件三中 i 樣點(diǎn)背景值上限值。22 Pi m axPia v e2P根據(jù)下式計(jì)算 P ：（2）綜綜由上式得到每個(gè)測(cè)點(diǎn)的 Pi ，然后分別統(tǒng)計(jì)五個(gè)區(qū)的 Pi ，求各個(gè)區(qū)平均值，則到下表：5.1.1 重金屬元素在各分區(qū)的綜合污染柱狀圖綜合污染指數(shù)模型兼顧單因子污染指數(shù)的平均值和最高值，能較全面地反映環(huán)境質(zhì)量，而且可以突出污染較重的污染物

13、的作用，然而在計(jì)算過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該模型只考慮了分指數(shù)的算數(shù)平均值和最高值，大大突出了污染最嚴(yán)重元素的貢獻(xiàn)，未考慮其他重金屬元素對(duì)綜合污染的貢獻(xiàn)。由此，引入模型二。5.1.2 模型二：綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)模型為考慮各種元素對(duì)土壤污染的影響和作用，考慮采用權(quán)重系數(shù)來(lái)突出污染指8標(biāo)在綜合污染指數(shù)中的權(quán)重。計(jì)算公式如下：cijm1 n i1 p ppijpjp i jjimcj 1(3)i 0根據(jù)附件 3，每一種重金屬元素其給出了背景值的平均值x 和標(biāo)準(zhǔn)偏差 ，規(guī)定重金屬濃度在( x - 2 ，x 2 ) 范圍內(nèi)為類(lèi)，濃度在( x 2 ，x 4 ) 范圍內(nèi)為類(lèi)，濃度在( x 4 ， x 6 ) 范圍內(nèi)為類(lèi)，濃

14、度在( x 6 ，+ ) 范圍內(nèi)為類(lèi)。為評(píng)估不同濃度元素對(duì)土壤污染的作用，可以規(guī)定其系數(shù)如下：類(lèi)為 0.2；類(lèi)為 0.5；類(lèi)為 1.0；類(lèi)為 2.0。這些系數(shù)應(yīng)該在現(xiàn)實(shí)中加以驗(yàn)證并做出改進(jìn)。若重視某些點(diǎn)污染的影響可以加重其值，否則可以減小。由上述表述可知，每種元素污染指數(shù) Pi 由平均值公式：5.2 八種重金屬元素在五分區(qū)內(nèi)濃度分布表由上表得到八種元素在五個(gè)區(qū)域分布的柱狀圖，如下:5.1.2As5.1.3Cd9分區(qū)As (g/g)Cd (ng/g)Cr (g/g)Cu (g/g)Hg (ng/g)Ni (g/g)Pb (g/g)Zn (g/g)15.311404.90574.09779.827

15、146.626.79792.959384.16428.639655.54344.368243.0061250.45013.136155.031491.39131.85384.74521.20510.17122.9328.74819.43129.76643.732574.81950.444109.160856.4557.25786.145417.91454.874372.79819.77637.316195.2174.54670.416198.215求和24.4092092.809209.889479.4812471.67240.485423.9821521.4515.1.4Cr5.1.5Cu5

16、.1.6Hg5.1.7Ni5.1.8Pb5.1.9Zn針對(duì)城市表層土壤重金屬污染的特點(diǎn),參照土壤質(zhì)量, 選擇土壤的8 種采用主要重金屬元素 As、Cd、Cr 、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 作為本次評(píng)價(jià)因子,AHP 法賦權(quán)值。依據(jù)層次分析法(AHP 法)確定權(quán)重的基本原理是構(gòu)造判斷矩陣，所謂判斷矩陣就是征詢(xún)們的意見(jiàn)，對(duì)諸因子的相互重要性給出評(píng)判，將判斷結(jié)果用數(shù)值表示出來(lái)，統(tǒng)計(jì)匯總后寫(xiě)成矩陣形式(即判斷矩陣)5。本文結(jié)合土壤污染的特征，通過(guò)相關(guān)資料的查找對(duì)每一個(gè)進(jìn)行較客觀的判斷，經(jīng)統(tǒng)計(jì)得到10之間的重要程度（即相對(duì)重要程度）的 88 A 判斷矩陣。AHP判斷用數(shù)量方式表達(dá)和處理, 實(shí)現(xiàn)了定性分析

17、和定量分析相結(jié)合,各個(gè)評(píng)判法把人的解決了評(píng)價(jià)模型中確定權(quán)重。5.1.10八種重金屬元素權(quán)重表5.1.11A 判斷矩陣表利用權(quán)重系數(shù)對(duì)五個(gè)區(qū)中的八種重金屬元素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，P綜 表，如下表：到五個(gè)區(qū)的5.1.12五分區(qū) P綜 表利用 5.1.12 得下圖;11背 景均 值A(chǔ)s 3.6Cd 130Cr 31Cu 13.2Hg 35Ni 12.3Pb 31Zn 69綜合11.4753.1152.3906.0484.1890.5532.9995.56859.68022.4005.0431.43118.41035.7271.0685.0017.122232.36630.5150.6520.6840.77

18、10.6550.7110.6270.4319.63641.0374.4221.6278.27024.4700.5902.7796.057149.67951.3542.8680.6382.8275.5780.3702.2712.87346.905AsCdCrCuHgNiPbZnAs12134112Cd1/211/21.521/21/21Cr12134112Cu1/32/31/314/31/31/32/3Hg1/41/21/43/411/41/41/2Ni12134112Pb12134112Zn1/211/21.521/21/21As (g/g)Cd (ng/g)Cr (g/g)Cu (g/g)H

19、g (ng/g)Ni (g/g)Pb (g/g)Zn (g/g)均值5.67302.4453.5455.05300.1317.2561.74201.13背景均值3.61303113.23512.33169比值1.5742.3261.7274.1708.5751.4031.9922.915權(quán)重121341125.1.13重金屬元素在各分區(qū)的平均綜合污染柱狀圖由 5.1.1 和 5.1.13，兩模型所求結(jié)果一致性很高，增強(qiáng)了結(jié)論的說(shuō)服力。問(wèn)題二模型建立與求解灰色關(guān)聯(lián)度模型建立選取參考數(shù)列：x0 x0 (k) | k 1,2, n (假設(shè)有m 個(gè)比較數(shù)列xi xi (k) | k 1,2, n (則

20、稱(chēng)0 (n)其中k 表示時(shí)刻。i (n),i 1,2, mmin | x0 (t) xs (t) | max max | x0 (t) xs (t) |(k) stst(4)i| x (k) x (k) | maxmax | x (t) x (t) |0st0is為比較數(shù)列 xi 對(duì)參考數(shù)列 x0 在k 時(shí)刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)，其中 0,1 為分辨系數(shù)。in | x0 (t) xs (t) |tmaxmax | x0 (t) xs (t) |stms稱(chēng)式中大差。、分別為兩級(jí)最小差及兩級(jí)最一般來(lái)講，分辨系數(shù) 越大，分辨率越大； 越小，分辨率越小。式定義的關(guān)聯(lián)系數(shù)是描述比較數(shù)列與參考數(shù)列在某時(shí)刻關(guān)聯(lián)程度的

21、一種指標(biāo)，由于各個(gè)時(shí)刻都有一個(gè)關(guān)聯(lián)度，因此信息顯得過(guò)于分散，不便于比較，因此出定義：稱(chēng)為數(shù)列 xi 對(duì)參考數(shù)列 x0 的關(guān)聯(lián)度給n1n i (k)ri k 1(5)由(5)易看出，關(guān)聯(lián)度是把各個(gè)時(shí)刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)集中為一個(gè)平均值，亦即把12過(guò)于分散的信息集中處理。利用關(guān)聯(lián)度4這個(gè)概念，可以對(duì)各種元素進(jìn)行分析。在利用（4）和（5）計(jì)算關(guān)聯(lián)度之前，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化處理，一般來(lái)講，實(shí)際問(wèn)題中的不同數(shù)列往往具有不同的量綱，而時(shí)，要求量綱要相同。因此，需首先對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量比較，要求所有數(shù)列有公共的交點(diǎn)。為了解決上述兩個(gè)問(wèn)題，行變換。在計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)。另外，為了易于對(duì)給定數(shù)列進(jìn)x )xn()x (, ,

22、 2( ), x(n) ，稱(chēng)x(x(給定數(shù)列數(shù)列。為原始數(shù)列的初始化5.2.2灰色關(guān)聯(lián)度模型求解依照問(wèn)題的要求，依次將每種重金屬元素在319個(gè)點(diǎn)的濃度作為原始數(shù)列，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的初始化數(shù)列，計(jì)算出八個(gè)數(shù)列兩兩之間的關(guān)聯(lián)度如下表（這里 = 0.02）。5.2.1八種重金屬元素的關(guān)聯(lián)度5.2.2 重金屬元素的相關(guān)性分析由上表易看出，與As元素相關(guān)性最大的是Ni元素，與Cd元素相關(guān)性最大的是Pb元素，與Cr元素相關(guān)性最大的是Ni元素，與Cu元素相關(guān)性最大的是Pb元素，與Hg元素相關(guān)性最大的是As 元素，與Ni元素相關(guān)性最大的是Cr元素，與Pb元素相關(guān)性最大的是Cd元素，與Zn元素相關(guān)性最大的是C

23、u元素。研究土壤中重金屬全量的相關(guān)性可以推測(cè)重金屬的來(lái)源是否相同，若重金屬含量有顯著的相關(guān)性，說(shuō)明有相同來(lái)源的可能性較大，否則來(lái)源可能不同。對(duì)表層土壤各種重金屬之間的相關(guān)性分析表明:在全部表層土壤測(cè)點(diǎn)中，Ni和Cr、As之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.914和0.899，As和Cr、Hg之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.868和0.826，均達(dá)到顯著的相關(guān)水平，說(shuō)明這些重金屬來(lái)自相同污染源的概率較大。13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)As (g/g)10.7140.8680.7240.8260.8990.7

24、510.688Cd (ng/g)10.7360.7810.6310.7270.8290.794Cr (g/g)10.7570.7400.9140.7840.725Cu (g/g)10.6360.7450.8030.801Hg (ng/g)10.6450.5010.452Ni (g/g)10.6240.568Pb (g/g)10.682Zn (g/g)1上表的結(jié)果還表明:Pb和Cu這兩種元間存在著明顯的正相關(guān)，因?yàn)檫@兩種元屬于親硫元素，它們的構(gòu)型和性質(zhì)相近，在土壤中的地球化學(xué)行為十分相似。5.2.3分析城區(qū)重金屬污染主要原因由重金屬元素在各分區(qū)的平均綜合污染柱狀圖，發(fā)現(xiàn)3區(qū)綜合污染程度最低，5區(qū)

25、其次，2區(qū)污染程度最高，結(jié)果于情理之中。為更直觀分析，作八種重金屬元素在五分區(qū)的柱狀圖，如下：5.2.2八種元素在五分區(qū)柱狀圖由上圖直出城區(qū)土壤重金屬元素分布呈現(xiàn)一定的規(guī)律，表現(xiàn)為工業(yè)區(qū)、主干道路區(qū)污染很?chē)?yán)重；生活區(qū)污染較嚴(yán)重；公園綠地區(qū)污染較輕，有六種金屬元素超過(guò)背景值；山區(qū)受人為活動(dòng)影響很少，污染最輕，各種元素均在背景值之下。整體而言，As,Ni元素的含量是最低的，其主要來(lái)自土壤本質(zhì)；Hg、Cu、Cd的濃度值很大，通過(guò)上面八種單個(gè)元素在五分區(qū)的平均污染柱狀圖與綜合污染柱狀圖對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)Cu、Hg和Cd三個(gè)柱狀圖與綜合污染柱狀圖有很強(qiáng)的相似性，表明Cu、Hg和Cd對(duì)該城區(qū)土壤污染貢獻(xiàn)最大，

26、是該城區(qū)重金屬污染的首要元素。5.2.3八種重金屬元素污染來(lái)源1主要污染物重金屬元素（Hg）鎘（Cd）銅（Cu）鋅（Zn）鉛（Pb）鉻（Cr）鎳（Ni）砷（As）制燒堿、 化物生產(chǎn)等工業(yè)廢水和污泥，含、 蒸氣冶煉、電鍍、等工業(yè)廢水、污泥和廢氣，肥料雜質(zhì)冶煉、銅制品生產(chǎn)等廢水、廢渣和污泥，含銅冶煉、鍍鋅、紡織等工業(yè)廢水和污泥、廢渣，含鋅，磷肥顏料、冶煉等工業(yè)廢水，防爆燃燒排氣，冶煉、電鍍、制革、印染等工業(yè)廢水和污泥冶煉、電鍍、煉油、等工業(yè)廢水和污泥、玻璃等工業(yè)廢水、廢氣，硫酸、化肥、14經(jīng)分析，推得：1區(qū)（生活區(qū)）含量最多污染元素為Hg、Zn、Cu，而且Cr元素在1區(qū)含量最高。 Cr元素區(qū)域明顯

27、，主要來(lái)源于母質(zhì)土壤。推測(cè)三種元素與生產(chǎn)生活廢棄物堆放和生活區(qū)內(nèi)車(chē)輛排出廢氣相關(guān)。2區(qū)（工業(yè)區(qū)）污染程度最重，重金屬元素含量幾乎均為最多。尤其以Hg元素為最高，該元素來(lái)源較單一，主要來(lái)自工業(yè)廢氣、廢水的排放。如火力發(fā)電、鋼鐵冶煉、水泥制造等工廠都很可能是排放Hg的來(lái)源。3區(qū)（山區(qū)）重金屬元素相差不大，均低于背景值。與其他區(qū)比較而言，Ni元素含量較高，此時(shí)Ni主要來(lái)自土壤本質(zhì)，不為污染所致。4區(qū)（主干道路區(qū)）Hg的含量較高，一部分來(lái)源于工業(yè)區(qū)的污染，還與燃煤燃油相關(guān)；Pb主要來(lái)源于含鉛的燃燒；Zn主要來(lái)源于汽車(chē)的輪胎磨損。5 區(qū)（公園綠地區(qū)）綜合污染程度偏小，主要污染元素為 Hg、Zn、Cd 元

28、素，施用肥料如磷肥、含鋅肥料等會(huì)帶來(lái) Cd、Zn 的污染，故推測(cè)這些元素主要來(lái)源于含這三種元素的化肥的使用。經(jīng)整理、分析后得 5.2.4 表：5.2.4各分區(qū)污染來(lái)源分析表5.3 問(wèn)題三模型建立與求解5.3.1模型思路引入由于重金屬污染源為點(diǎn)源，而且無(wú)法向上擴(kuò)散，故重金屬污染物的可以看作模型。由于擴(kuò)散相當(dāng)于稀釋?zhuān)岳碚撋夏睦镂廴疚餄舛却缶褪俏廴驹?。但?wèn)題比較復(fù)雜，比如一個(gè)地方本身不是污染源，但周?chē)教幨俏廴驹?，那周?chē)奈廴疚锒紩?huì)“擴(kuò)散”到這里并集中起來(lái)，這種地區(qū)土壤污染程度也很高，所以模型中，本地用地類(lèi)型和周邊用地類(lèi)型都要考慮；地勢(shì)高低也要考慮。初步估計(jì)此城市城區(qū)表層土壤重金屬污染物可能的氣

29、沉降、土壤遷移。途徑大致有三種：地表水、大15AsCdCrCuHgNiPbZn生活區(qū)母質(zhì)土壤堆肥、污水母質(zhì)土壤含 Cu 化肥、受 2、4 影響母質(zhì)土壤受 2、4 影響受 2、 4、5 影響工業(yè)區(qū)母質(zhì)土壤冶煉、電鍍等母質(zhì)土壤冶煉廠、廢水廢渣工業(yè)三廢，火力發(fā)電等母質(zhì)土壤顏料、冶煉等廢水廢渣冶煉、鍍鋅山區(qū)母質(zhì)土壤受周?chē)绊?不大母質(zhì)土壤受周?chē)绊懖淮笫苤車(chē)绊懖淮竽纲|(zhì)土壤受周?chē)绊懖淮笫?周?chē)?影響 不大主道路區(qū)母質(zhì)土壤受 2、5 區(qū)影響母質(zhì)土壤受 2 區(qū)影響汽車(chē)等燃燒母質(zhì)土壤含鉛 燃燒、交通運(yùn)輸汽 車(chē)輪 胎磨損公園綠地區(qū)含 As化肥綠化過(guò)程堆 肥、污染灌溉母質(zhì)土壤含 Cu 化肥、含母質(zhì)土壤受 2、

30、4 影響含 Zn、 磷肥地表水污染物的特點(diǎn)是污染濃度較大的地區(qū)一般屬于附近區(qū)域內(nèi)的地勢(shì)較低點(diǎn)，而且重金屬污染物屬于守恒污染物質(zhì)，大多數(shù)具有生物可給性，在水環(huán)境中不易為微生物所降解，而且能被水生生物積累富集。因此確定是否有重金屬元素方式為地表水首先應(yīng)該確定重金屬元素濃度分布與高程的關(guān)系。以下給出每種重金屬元素濃度最高的十個(gè)采樣點(diǎn)在地形圖上的位置：5.3.1每種重金屬元素濃度最高的十個(gè)采樣點(diǎn)在地形圖上的位置由上圖可知，每種重金屬濃度較大的位置雖然地勢(shì)一般較低但并不是周?chē)欢▍^(qū)域內(nèi)地勢(shì)最低的地方，而且濃度較大的位置相對(duì)集中，不符合污染物由地表水的特點(diǎn)。同時(shí)，污染物在土體及和非飽和條件。污染物在土體及

31、水中遷移轉(zhuǎn)化相當(dāng)復(fù)雜，其水分狀況可分為飽與水中遷移轉(zhuǎn)化系統(tǒng)可分為系統(tǒng)內(nèi)污染物遷移過(guò)程、系統(tǒng)內(nèi)各相間交換過(guò)程(污染物固相液相濃度之間、污染物固相濃度之間、污染物液相濃度之間)、系統(tǒng)內(nèi)污染物轉(zhuǎn)化過(guò)程、系統(tǒng)內(nèi)與系統(tǒng)外部污染物交換以及污染物在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生物理、化學(xué)及生物作用的結(jié)果。而土壤遷移中橫向影響的計(jì)算主要是考慮含水層內(nèi)向擴(kuò)散比，它是控制污染溶質(zhì)擴(kuò)散形態(tài)的重要。隨著擴(kuò)散比的減小，二維擴(kuò)散流速形態(tài)亦隨之成為細(xì)長(zhǎng)形狀如下圖所示。因?yàn)樗⊥寥罏槊科椒焦镆粋€(gè)采樣點(diǎn)的表層土（010 厘米深度），因此土壤遷移可以忽略不計(jì)。5.3.2 隨擴(kuò)散比的減小，二維擴(kuò)散流速形態(tài)變化圖16最后將重金屬污染物的途徑定為大氣。

32、大氣擴(kuò)散的基本問(wèn)題，是研究湍流傳輸與污染物濃度衰弱的關(guān)系問(wèn)題。為了推斷各種條件下污染物傳輸及濃度時(shí)空分布規(guī)律，必須將各種污染源、氣象參數(shù)以及下墊面條件下的大氣污染過(guò)程模式化。研究模式中的參數(shù)，以模式計(jì)算的形式給出空氣污染濃度的時(shí)空分布規(guī)律。大氣擴(kuò)散模式很多。這里采取適用于開(kāi)闊平坦地形條件下，續(xù)點(diǎn)源在正態(tài)分布假設(shè)下的擴(kuò)散模式模型。5.3.2此模型建立模型首先是不考慮風(fēng)速的，以重金屬元素污染源正下方的地面為坐標(biāo)0 0,原點(diǎn)，平均風(fēng)向?yàn)?X 軸，鉛直方向?yàn)?Z 軸，水平垂直于風(fēng)向軸（X 軸）為Y 向，建立空間坐標(biāo)系，則污染源距有效地面的高度為 H ，則金屬元素污染源0,0）。位置坐標(biāo)為時(shí)刻記作 t=

33、0，時(shí)刻 t 無(wú)窮空間中任意一點(diǎn)坐標(biāo)將重金屬元素從污染源為,zyz,t的濃度記為，若將重金屬元素污染源的擴(kuò)散看作是空間某污染物質(zhì)，放射性物質(zhì)在無(wú)窮空間擴(kuò)散過(guò)程一連續(xù)點(diǎn)源向四周等強(qiáng)度地瞬時(shí)中不發(fā)生性質(zhì)變化，且不計(jì)地形影響。梯度成正比，則：q i g adC時(shí)間通過(guò)法向面積的流量與濃度（1）i (i x, y, z) 是擴(kuò)散系數(shù)， grad 表示梯度，負(fù)號(hào)表示由濃度高向濃度低的地方擴(kuò)散?？臻g域 ，其體積為V ，包圍 的曲面為S ，S 為一規(guī)則的球面, Sn (- x , - y ,1)zz(t,t t)內(nèi)通過(guò) 的流量為：外法線(xiàn)向量為。則在t t nd dt（2）s 內(nèi)重金屬元素的增量為：Q2 C(

34、 x,Vy, z,t t)C(x,y,z,t) d V（3）從污染源的重金屬污染物的總量為：t tQ p0dVdt（4）0t根據(jù)“質(zhì)量守恒定律”和“氣體泄漏連續(xù)性原理”，時(shí)間內(nèi)通過(guò)所選曲面 S 的向外擴(kuò)散的重金屬污染物的量與S 曲面內(nèi)重金屬污染物增量之和，等于污染源在時(shí)間內(nèi)向外的重金屬污染物。則：171 Q2（5）即：t tVC(x, y, z, t t) C(x, y, z, t)dV q nd dt t t tp dVdt（6）0ts又根據(jù)曲面積分的 Gauss 公式： q nd divqdV(其中div 是散度記號(hào))（7）sV t) C(x, y, z, t)C(x, y, z, t t

35、 tt tV tdV divqdVdt p dVdttt0tVt t lim C(x, y, z,t t) C(x, y, z,t) lim tkdiv(gradC)dt Ctttt0t0由以上兩式得： C dV t divqdV t p dV t0tVV即為：C t dV divqdV p0dV（8）VVV由以上公式并利用積分中值定理得：C 2C 2C z2 ), t0,x, y, z 2Cidiv(gradC) i ( x2（9）tyy2z這是區(qū)域的拋物線(xiàn)型偏微分方程，根據(jù)假設(shè)擴(kuò)散過(guò)程中濃度在 y 、 z 軸上的變化分布是分布，初始條件為作用在坐標(biāo)原點(diǎn)的電源函數(shù)，記作C(x, y, z,

36、0) Q0 (x, y, z)（10）方程（9）滿(mǎn)足方程（10）的解為：222x y e 4itzQC( x, y, z, t) 0, i( x, y, z)（11）( 4 t3) / 2i設(shè)檢測(cè)時(shí)，t 已趨于無(wú)窮大，即污染已相對(duì)穩(wěn)定，取 t=1000000s。且設(shè)污染源的坐 x y zi 標(biāo)為（xy z0）,濃度為C0 ,假定此時(shí)的 0.0001 。對(duì)于任意一測(cè)量點(diǎn)，均有, 濃度為Ci ,則22004it2z0Q0exyz 222 z 2( x 2 )( y ) ( z z 2 )( t2Ci 00 0 i 0 i 0 i 0 4it4it4it e eOiz 2Ci Qi4it0 e( t

37、2i18則污染源的濃度可以表示為：( xi x0 )2 ( yi y0 )2 ( zi z0 )24itC C e（12）0i那么，對(duì)于任意假設(shè)的污染源，分別求出由在大區(qū)域內(nèi)的各測(cè)量點(diǎn)而得到的濃度， C0 C01C02 C0m , m 1,2,其中 m 為大區(qū)域內(nèi)測(cè)量點(diǎn)的個(gè)數(shù)。假設(shè)該區(qū)域內(nèi)的極值點(diǎn)即為污染源，此時(shí)C0極 C01C02 C0m , m 1,2, ，對(duì)于污染源，真實(shí)的C0 將大于等于C極 ，且對(duì)于真實(shí)污染源的C0真里各數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差將小于等于極值點(diǎn)做污染源的 C0極 里各數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。故在極值點(diǎn)周?chē)?00m100m 的網(wǎng)格，對(duì)于有限范圍的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)進(jìn)行窮舉求解，若滿(mǎn)足ma x(C j

38、) C ，且jC ，其中 j 為網(wǎng)格點(diǎn)序號(hào)，j=1,2,，則第 j 個(gè)網(wǎng)格（C ）O極0極點(diǎn)將比極值點(diǎn)更接近污染源。這樣依次進(jìn)行比較，最后確定污染源的坐標(biāo)為，濃度為C0 。此時(shí)，將污染源作為已知點(diǎn)再次進(jìn)行三次樣條插值，繪制地形，濃度三維分布圖。求得每種元素的前十個(gè)最有可能的污染源的數(shù)據(jù)制成表格放到附錄二。As 的 10 個(gè)可能污染源19Cd 的 10 個(gè)可能污染源Cr 的 10 個(gè)可能污染源Cu 的 10 個(gè)可能污染源20Hg 的 10 個(gè)可能污染源Ni 的 10 個(gè)可能污染源Pb 的 10 個(gè)可能污染源21Zn 的 10 個(gè)可能污染源的數(shù)值模擬，效果和建立的模型基本吻合，污染源出現(xiàn)在極值點(diǎn)附

39、近，但并是通過(guò)不是全部是在極值點(diǎn)上。將每種元素的可能污染源畫(huà)在同一幅圖上，進(jìn)行比較，如圖：5.4 問(wèn)題四解答5.4.1 所建模型優(yōu)點(diǎn)：（1）前提假設(shè)比較符合實(shí)際，即污染物的濃度符合正態(tài)分布模型經(jīng)大量小尺度擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)證明粗略近似。（2）模式物理概念反映湍流擴(kuò)散的隨機(jī)性，其數(shù)算比較簡(jiǎn)單。（3）圖表。模型具有堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，擴(kuò)散參數(shù)的求取有比較可靠的經(jīng)驗(yàn)公式或（4）對(duì)基本擴(kuò)散模式作一些地形修正，便可以直接將其處理一些特殊條件下的大氣擴(kuò)散問(wèn)題。（5）5.4.2 所建1、第三問(wèn)所建擴(kuò)散模式具有形式，因此其數(shù)學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)單，計(jì)算量相對(duì)較少。模型缺點(diǎn)：模型濃度公式是建立在無(wú)風(fēng)條件下，沒(méi)有考慮到風(fēng)場(chǎng)的改變。在風(fēng)場(chǎng)改

40、變情況下無(wú)法使用上述模型。2、模型適用于不太復(fù)雜的地形條件，有局限性。5.4.3 還需收集的信息為更好地研究城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式，還應(yīng)收集城區(qū)尤其是污染源地區(qū)的風(fēng)速分布，土壤含水率分布，地區(qū) ph 值分布等信息。這里假設(shè)收集到了城區(qū)的22X(*100m)Y(*100m)Z(*100m)162241061721619153731風(fēng)速分布，建立模型解決問(wèn)題。收集風(fēng)速的信息，更符合實(shí)際情況，也可以更好地研究城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式，尤其是重金屬污染物模式。5.4.4 在考慮風(fēng)速下的模型建立當(dāng)風(fēng)速為u m/s 時(shí)，利用連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模型分析重金屬污染源周邊污染物濃度的變化情況。此污染點(diǎn)源是有邊界點(diǎn)源，污

41、染點(diǎn)源的實(shí)際高度為 H 。以污染點(diǎn)源在地面的投影點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)以風(fēng)向方向?yàn)?x 軸，鉛直方向?yàn)?z 軸，與x 軸水平面垂直方向?yàn)?y 軸建立三維坐標(biāo)系，由于擴(kuò)散過(guò)程中濃度在 y、z 軸上的變化分布符合分布，所以下風(fēng)向的任一點(diǎn)C(x, y, z) 的濃度函數(shù)為：22C(x, y, z) A(x)eayebz（12）根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)可以得出方差的表達(dá)式為：22y C(x, y, z)dyz C(x, y, z)dz y z 2 200（13）00C(x, y, z)dyC(x, y, z)dz進(jìn)而源強(qiáng)的積分公式可以根據(jù)假設(shè)得出：Q uC(x, y, z)dydz把（12）式代入（13）積分可以得出：（1

42、4）a 12 y 212 z 2（15）b 將（12）式和（15）式代入（14）式可以得出：Q2 u y zA(x) （16）最后再將把（15）、（16）式代入（12）式可以得出：y2z2QC(x, y, z) exp 2 u y2 z （17）2y z由上，則得到在考慮風(fēng)速下的重金屬污染物模型，而確定污染源位置，即由污染源周?chē)鷿舛确植寄嫱瞥跷廴驹次恢玫耐茖?dǎo)過(guò)程同問(wèn)題三。六、 模型分析23模型評(píng)價(jià)模型優(yōu)點(diǎn)綜合污染指數(shù)：突出污染較重的污染物的作用，考慮了分指數(shù)的算數(shù)平均值和突出了污染最嚴(yán)重元素的貢獻(xiàn)率，克服了平均值法各個(gè)污染物分擔(dān)的缺陷。綜合污染指數(shù)：用 AHP 法對(duì)各分指數(shù)對(duì)綜合污染的影響貢獻(xiàn)

43、賦權(quán)AHP 法值，能更加全面的反映環(huán)境質(zhì)量。不僅克服了模型一缺陷，同時(shí)又通過(guò)權(quán)重使主要污染因子對(duì)環(huán)境的突出影響得以體現(xiàn)?；疑P(guān)聯(lián)度：可求出八種重金屬元素兩兩之間哪些關(guān)聯(lián)度最大，在通過(guò)數(shù)據(jù)得到每種重金屬元素污染程度嚴(yán)重的地區(qū)在哪個(gè)功能區(qū)后，確定元性便于探討污染來(lái)源。間的相關(guān)模型：物理概念清晰，具有很好的可植性，具有很高的計(jì)算效率和空間分辨率。既可以得到連續(xù)點(diǎn)源出污染源位置。6.1.2 模型缺點(diǎn)擴(kuò)散方程，又可以由污染源周?chē)鷿舛确植寄嫱凭C合污染指數(shù)：未考慮各分指數(shù)對(duì)綜合污染的影響貢獻(xiàn)的差異。這種通過(guò)直接平均計(jì)算得出的綜合值只有在所有評(píng)價(jià)元素超低或比較一致的情況下還不至于偏差太大，如果在不同評(píng)價(jià)元素污

44、染指數(shù)分散的情況下，就會(huì)得出錯(cuò)誤信息，掩蓋真實(shí)污染情況。AHP 法綜合污染指數(shù)：只是從每種重金屬含量的角度加以評(píng)價(jià)，均化了和忽略了重金屬毒性差異，實(shí)際生態(tài)效應(yīng)。另外，權(quán)重的確定問(wèn)題一直是學(xué)者的熱點(diǎn)，權(quán)重選擇根據(jù)具體情況差別較大，不具有一定的普遍性?；疑P(guān)聯(lián)度：當(dāng)在評(píng)價(jià)指標(biāo)較多的情況下數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量大，易出現(xiàn)很多指標(biāo)間相關(guān)度相似的情況，不利于問(wèn)題分析。模型：適用于開(kāi)闊平坦地形不復(fù)雜條件下，設(shè)下的擴(kuò)散模式，有局限性。6.2 模型改進(jìn)續(xù)點(diǎn)源在正態(tài)分布假1、鑒于綜合污染指數(shù)和 AHP 法綜合污染指數(shù)兩缺點(diǎn)，在設(shè)置不同金屬元素權(quán)重時(shí)，可以通過(guò)濃度和毒性相結(jié)合來(lái)尋找各元素的最佳權(quán)重。這樣更真實(shí)的反映不同金屬的

45、污染狀況。2、城市土壤重金屬污染實(shí)際上是一個(gè)全面而又復(fù)雜的過(guò)程，來(lái)源可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是土壤本身性質(zhì)決定的重金屬富集，一類(lèi)是由人類(lèi)活動(dòng)造成。故還需對(duì)多種(如土壤樣品、大氣干濕沉降樣品、水樣、植物樣、有機(jī)樣品等)進(jìn)行綜合分析研究，這樣可以更全面反映土壤重金屬污染情況。七、 結(jié)論1、對(duì)城區(qū)內(nèi)的 319 個(gè)土壤采樣點(diǎn)按照不同功能區(qū)對(duì)八種重金屬元素含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，城區(qū)的五個(gè)功能區(qū)中工業(yè)區(qū)和主干道路區(qū)重金屬元素相對(duì)含量較高。這可能由兩方面的原因造成:一是重金屬元素的濃度與地形有關(guān)，高濃度經(jīng)常出現(xiàn)于地勢(shì)較低處，這兩個(gè)功能區(qū)地勢(shì)相對(duì)較低。另一方面，與人類(lèi)活動(dòng)有關(guān)，這兩個(gè)地區(qū)中工業(yè)區(qū)排放的廢水、廢氣較多，

46、而主干道路區(qū)中車(chē)輛尾氣排放較多 2、從污染程度上來(lái)看，城區(qū)內(nèi)表層土壤的重金屬污染順序?yàn)? HgCu Zn Cd PbCrAs;從污染區(qū)域來(lái)看，污染程度順序?yàn)?工業(yè)區(qū)主干道路區(qū)生活區(qū)24公園綠地區(qū)山區(qū)。3、本文中運(yùn)用了灰色關(guān)聯(lián)度分析并發(fā)現(xiàn)了在城區(qū)內(nèi)表層土壤中，除了 Hg 與 Zn兩種元素間關(guān)聯(lián)度較低外，八種重金屬元素間均存在較為顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。另外，As 與 Cr、Hg、Ni 有極顯著的相關(guān)性;Cd 與 Pb 有顯著關(guān)系;Ni 與 As、 Cr 之間均存在極顯著的關(guān)系。Pb 和 Cu、Zn 和 Cu 呈顯著的相關(guān)性。4、對(duì)重金屬污染物的途徑進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)排除確定為大氣擴(kuò)散。通過(guò)對(duì)條件的分

47、析，最終利用連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模型確定特征和濃度擴(kuò)散特性，再由污染源周?chē)鷿舛确植寄嫱瞥鑫廴驹次恢?，并且污染源位置不一定是高污染地區(qū)的濃度極值點(diǎn)。5、增加風(fēng)速或土壤含水率、ph 值等條件，都可以提高模型與實(shí)際情況的貼近程度，更好地研究城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式，尤其是污染物的擴(kuò)散模式。參考文獻(xiàn)12新，環(huán)境污染化學(xué)，：化學(xué)工業(yè)，2003，吉林市城市表層土壤中重金屬污染狀況研究，吉林大學(xué)學(xué)位論文，20093，崇明島土壤重金屬污染的空間分析，華東師范大學(xué)，2009及污染評(píng)價(jià)4社，2005 5，環(huán)境系統(tǒng)模型及數(shù)值模擬，：中國(guó)環(huán)境科學(xué)，土壤重金屬污染的非線(xiàn)性可拓綜合評(píng)價(jià)，土壤， 2004,36(2):151-156

48、,20046才，大氣污染擴(kuò)散的煙羽模型及其 GIS 集成研究J，環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2008，20（5）：17-1925附錄一問(wèn)題 3 程序%yuan_as.m求極值周?chē)奈廴驹磍oad load loadloadx.txt y.txt z.txtas.txt%讀入數(shù)據(jù)，若算其他重金屬，替換就好me=as;x=x./100;y=y./100;z=z./100;% 將坐標(biāo)縮小100倍，使后面的計(jì)算（標(biāo)準(zhǔn)差，窮舉）方便 m_me l=max(me);x0=x(l);y0=y(l);z0=z(l);me0=m_me;me00=m_mexl=x0-20 x0-10 x0+10 x0+20;% 以最大值

49、為中心分別向外延伸2000米，為大區(qū)域，求得大區(qū)域內(nèi)的測(cè)量點(diǎn)yl=y0-20 y0-10 y0+10 y0+20;% 以極大值為中心的2000米以?xún)?nèi)的正方形為小區(qū)域，對(duì)其海拔和濃度進(jìn)行三次樣條插值，以便尋找污染源n=zeros(1,319); for i=1:319if(x(i)xl(2)if(x(i)yl(2)if(y(i)0)no(j)=i;% j=j+1;endendfor i=1:n_no2=no;yyy=no;zzz=no;meee=no;j=1;測(cè)量點(diǎn)的序號(hào)(i)=x(no(i);yyy(i)=y(no(i);zzz(i)=z(no(i);meee(i)=me(no(i);% 將小

50、區(qū)域測(cè)量點(diǎn)的x,y,z,濃度重新組end新的矩陣n=zeros(1,319); for i=1:319if(x(i)xl(1)26if(x(i)yl(1)if(y(i)0)no(j)=i;%j=j+1;測(cè)量點(diǎn)的序號(hào)endendfor i=1:n_nos2(i)=(x(no(i)-x0)2+(y(no(i)-y0)2+(z(no(i)-z0)2;xx(i)=x(no(i);yy(i)=y(no(i);zz(i)=z(no(i);mee(i)=me(no(i);% 將大區(qū)域的測(cè)量點(diǎn)的x,y,z,濃度重新組end新的矩陣xxi=xl(2):1:xl(3);yyi=yl(2):1:yl(3);% 將小

51、區(qū)域分劃網(wǎng)格 zzi=griddata(xx,yy,zz,xxi,yyi,V4);% 在小區(qū)域內(nèi)進(jìn)行關(guān)于海拔的三次樣條插值 c0=mee.*exp(s2/400);max_c0=max(c0);std_c0=std(c0);yuan=x0 y0 z0 me0;nn=11;mm=11;f=1; %定義判斷指針，判斷污染源是否為已知極值點(diǎn)for i=1:10%向外分層循環(huán)，確定每一層的個(gè)點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo) n1=ones(1,i*4)*i;m1=ones(1,i*4)*i;for j=1:2*in1(j)=i+1-j;m1(j+2*i)=i+1-j;endn2=-1*n1;m2=-1*m1; n=n1

52、n2;m=m1 m2;yuan_x=x0+n;yuan_y=y0+m;yuan_z=zzi(11+n,11+m); %將相對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為真實(shí)坐標(biāo) for k=1:8*i%對(duì)第i層的格點(diǎn)窮舉，找出最優(yōu)點(diǎn)for ii=1:n_nos2(ii)=(x(no(ii)-yuan_x(k)2+(y(no(ii)-yuan_y(k)2+(z(no(ii)-yuan_z(k)2;%距離平方endc01=mee.*exp(s2./400);max_c1=max(c01);std_c1=std(c01);%求c0，最大值，標(biāo)準(zhǔn)差27if(std_c1=me0)x0=yuan_x(k);y0=yuan_y(k);z0=yuan_z(k);me0=max_c1;nn=n(k)+11;mm=m(k)+11;%判斷最優(yōu)點(diǎn) f=0;%若更改則污染源不是極值點(diǎn)endendend end if(f)fpr elsefpr xx=endf(原極值點(diǎn))f(非原極值點(diǎn))0;yy=yy y0;zz=zz z0;mee=mee me0;zzi=griddata