文档介绍：城市表层土壤重金属污染分析
摘要
重金属污染是破坏土壤环境的重要因素,并直接或间接的危害了人体健康。本文主要针对城市表层土壤重金属污染问题建立了相关模型并进行了分析。根据城市不同功能区表层土壤中金属As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn含量及其分布特征,基于这8种元素的背景值,采用了地统计法与潜在危害指数(RI)评价法描述了各元素的分布特征以及分析了不同区域的污染程度。
针对问题一中8种主要重金属元素在该城区的空间分布建立了地统计中等值线图模型,运用Excel,Matlab作出了各金属元素的空间分布图。并运用了潜在危害指数(RI)评价法分析了该城区内不同区域重金属的污染程度,分别得到1类区、2类区、……、5类区共五个功能区的8种金属的潜在生态危害系数,,,,,。>>600,则工业区、主干道路区属于很强生态危害,并且工业区生态危害大于主干道路区;又因为,则第一类、第三类区即生活区、工业绿地区属于中等生态危害;<150,则第三类区即山区属于轻微生态危害。
针对问题二中分析重金属污染的主要原因问题建立了主成分分析模型,然后对五个不同功能区分别作了主成分分析,最后得知城市的土壤重金属污染主要来自工业释放和交通排放;同时也应该看到对于城市公园绿地区和生活区,城市垃圾,市政工程等也是目前坏境污染的一个重要原因。
关键词:污染地统计法潜在危害指数(RI)评价法主成分分析
一、问题重述
随着工业发展和城市化进程的加剧,通过交通运输、工业排放,市政建设和大气沉降等造成城市土壤重金属的污染越来越严重,这直接或间接地威胁和危害人体健康,故研究土壤重金属污染具有十分重要的意义。
为了对某城市的表层土壤重金属污染问题进行分析,现在对该城市的城区土壤地质环境进行调查。按照功能将该城区分为生活区、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,将其作为该城区表层土壤中元素的背景值。调查的采样点的位置、海拔高度及其所属功能区,8种主要重金属元素在采样点处的浓度及其背景值等信息,具体调查结果有相应的数据()。
通过数学建模我们需要解决如下四个问题:
(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,如何建立模型解决问题?
二、模型假设
1、所有数据真实可靠;
2、表中所有数据都具有一定的时效性;
3、
三、符号说明
:潜在生态潜在危害指数
:重金属潜在生态危害系数
:为某种重金属的毒性影响系数
:为单项污染系数
:表示的第个指标的样本观测值矩阵
P:表示特征向量
:表示的第个指标的样本观测值的平均值
: 表示第个指标的样本观测值矩阵的标准化矩阵
:表示的第个指标的样本相关矩阵
:表示的第个指标的特征向量矩阵
:表示的第个指标的特征值矩阵
:表示的第个指标的特征值
四、问题分析
问题一: 为了得到8种主要重金属元素在该城区的空间分布,先对表中数据进分析,根据附表一采样点的位置利用Matlab作出采样点的地形图,由数据分析可知附表一和附表二中所有数据都是相对应的,则可再利用附表二中的8重金属分别进行插值。利用也可以
潜在生态潜在危害指数(RI)评价方法为瑞典科学家Hakanson于1980年建立的一套应用沉积学原理评价重金属的方法。为分析该城区内不同区域重金属的污染程度,则需要定量划分出潜在危害程度。我们可以采用潜在生态潜在危害指数(RI)评价方法,利用公式:
以Hakanson制定的标准化重金属系数为依据,8种重金属毒性系数分别为Hg=40>Cd=30>As=10>Pb=Cu=Ni=5>Cr=2>Zn=
反映特定区域的差异性,本文以附件三中8中主要金属元素的背景值中的平均值为参比值。再根据大小,参照沉积物中重金属潜在生态危害系数、生态危害指数和污染程度的关系,将土壤重金属污染的