城市表层土壤重金属污染分析模型

基于表层土壤重金属污染分析的数学模型摘要：随着全球经济化的迅速发展，含重金属的污染物通过各种途径进入土壤，造成土壤严重污染，而且土壤重金属污染可能导致大气和地下水质量的进一步恶化。

针对城市表层土壤重金属污染问题的研究，分析出重金属污染物的空间分布特征，并结合其传播特征建立数学模型，运用matlab等软件进行求解。

通过模型可以对城市土壤地质环境异常查证，并根据查证得到的数据资料进行城市环境质量评价，测定各区域重金属含量等，具有较强的实际应用价值。

关键词：主成分分析内梅罗指数 muller指数 spss中图分类号：o242 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2013）007-132-021 引言近些年，人类活动对城市环境影响越来越严重。

对由人类活动影响造成的城市地质环境的演变模式进行研究，逐渐成为人们关注的焦点。

通过文献[1]提供的某城市城区土壤地质环境进行调查，根据测的的数据，假设样品采集在充分考虑污染源前提下，兼顾空间分布均匀性，同时考虑地形、气候因素影响；数据的处理计算时均采用四舍五入法保留小数点后两位，与原数据保持一致；污染源的重金属浓度不再增加；取样点的数据较好的反映了该地区的污染物浓度，对城市表层土壤重金属的污染进行分析研究。

2 8种主要重金属元素的空间分布根据测得数据，采用8种元素在五个地区各自的作用单独考虑，采用excel软件绘制标准曲线，对原始数据进行标准化处理，并带入标准曲线求得各采样点的重金属浓度，然后求出平均浓度，再用muller指数进行各项计算与分析。

除此外还采用了地积累指数法和内梅罗综合指数法进行全面的分析。

muller指数法是对各重金属元素因子的单独作用在各地区进行分析，目前国内外普遍采用单因子指数法和内梅罗综合指数法等进行土壤重金属污染评价，这两种方法都能对被研究区域的土壤重金属污染程度进行较为全面的评价，但不能从自然异常中分离人为异常，判断表生过程中重金属元素的人为污染情况，但地累积指数法弥补了其他评价方法的不足。

一 、问题重述土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。

然而随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加以及人类随着经济和社会及科学的发展逐渐向原始生态环境的扩进，土壤重金属污染日益严重。

目前，全世界各类重金属的排放量居高不下，其中Ni 的排放量大约100万吨、Mn 的排放量约在1500万吨、Pb 大约500万吨、Cu 约340万吨、Hg 大约在1.5万吨。

另据我国农业部进行的全国污灌区调查显示，土壤重金属污染具有污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解的特点，并可经水、植物等介质最终影响人类的健康，总体上治理和恢复的难度较大。

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。

本文针对题目提出的几个问题，就以下四个方面展开讨论：（1） 应用点模式空间分析概念给出8种主要重金属元素在该城区的空间分布，这里不仅考虑每种重金属元素在该城区的空间分布，还考虑了不同区域中8中不同重金属元素的空间分布，从而结合不同的视角分析该城区内不同区域重金属的污染程度；（2） 重金属污染源主要来自随着大气沉降进入土壤的重金属、随污水进入土壤的重金属、随固体废弃物进入土壤的重金属和随农用物资进入土壤的重金属4个主要方面，本文结合主成分分析，给出该城区主要的污染源以及不同类型区域的污染源，进而结合实际讨论重金属污染的主要原因；（3） 针对现有数据的分布特征，包括该城区8种重金属空间分布和不同类型区域的重金属空间分布，建立数学规划模型，讨论了重金属扩散的中心位置和扩散方向，确定了污染源的位置；（4） 讨论了模型的优缺点，并分析了各类重金属污染对地质变化的前瞻性后果预测，具体给出了不同重金属对于环境污染的危害程度，提出了可能的解决方案，主要是针对预测结果的土壤重金属污染修复的可能性规划方案。

城市表层土壤重金属污染分析模型摘要：针对经济的快速发展，城市人口的不断增加和人类活动对城市环境质量的影响也日益加剧的现状，该文对某城市城区表层土壤重金属进行了分析评价。

针在单因子指数评价基础上采用内梅罗综合污染指数评价土壤的综合污染，比较该城区的各个功能区重金属的污染程度。

基于重金属在大气、水体中传播特性的不同，利用高斯扩散推广模型确定重金属污染程度较大的污染源位置。

为更好地研究城市地质环境的演变模式，还应收集的信息有该城市常年的风速、冲洗系数、亨利系数；通过对以上数据的分析，建立重金属污染物在气体和土壤中扩散模型。

关键词：指数法因子分析重金属污染高斯扩散改进模型中图分类号：tu2 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2013）03（a）-0-021 问题分析针对海量数据，应从整体上对污染程度进行评价。

而内梅罗综合污染指数法评价土壤的综合污染，以突出最高一项污染指数的作用。

在土壤中有很多重金属元素有相似的存在形式和传播途径，并且有相同的污染源，因此在进行通过数据分析，说明重金属污染的主要原因时，基于统计原理建立起来正态模型，不同的重金属有不同的传播方式，其大体分为大气传播、水体传播、固体传播，因金属元素在土壤中大部分以稳定形态存在，故忽略重金属元素在固体土壤中的传播。

根据收集的信息和题目中的有关资料对重金属污染物的传播特征的分析，可将8种重金属污染物分为两类。

一类是在大气中传播，而大气传播的污染物最终经空气沉降进入土壤；一类是在土壤中传播。

对于在大气中传播的重金属污染物，文章建立重金属污染物在气体中扩散模型，根据所在的空间任意位置土壤表面的重金属污染物浓度的多少来确立污染源的位置，函数的最大值即为污染源的位置；同理建立了重金属污染物在土壤中的传播模型。

2 模型建立及求解2.1 土壤的环境质量评价与分级2.1.1 单因子指数法2.1.3 评价分级标准该文采用gb15618-1995《土壤环境质量标准》。

城市表层土壤重金属污染分析一、引言随着城市化进程的加快，城市土壤受到重金属等污染物的威胁问题日益凸显。

城市表层土壤是城市生态环境中的重要组成部分，受到重金属污染的影响会对人类健康和生态系统造成重大影响。

因此，对城市表层土壤中重金属污染的分析具有重要意义。

二、重金属在城市表层土壤中的来源城市表层土壤中重金属主要来源于工业排放、交通尾气、生活垃圾填埋和农药施用等活动。

这些活动导致了土壤中重金属含量的逐渐积累，从而引发了土壤污染问题。

三、常见的城市表层土壤重金属污染物种城市表层土壤中常见的重金属污染物种包括铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）、汞（Hg）等。

这些重金属对人体健康和环境造成严重危害，需要引起重视。

四、城市表层土壤重金属污染的影响1.对人体健康的影响–长期暴露于重金属污染土壤中会导致慢性中毒，严重影响身体健康。

–儿童和孕妇更容易受到重金属污染的影响，引起神经系统和生殖系统的损伤。

2.对生态系统的影响–土壤中的重金属会影响土壤微生物的活性，破坏土壤生态系统平衡。

–重金属还会进一步污染地下水，威胁周围生态环境的稳定性。

五、城市表层土壤重金属污染分析方法1.采样方法–选择合适的采样点位，并采用土壤钻孔或其它方法获取土壤样品。

2.实验分析–利用化学分析方法，对土壤样品中的重金属进行检测和分析，包括原子吸收光谱等技术手段。

3.数据处理–对实验数据进行统计分析和处理，得出城市表层土壤中重金属的含量及分布情况。

六、城市表层土壤重金属污染治理建议1.减少污染源–减少工业废气排放、加强交通管理，从源头减少重金属排放。

2.土壤修复–利用植物吸收、土壤修复技术等手段，对污染土壤进行修复和改良。

3.加强监测–定期对城市表层土壤进行监测，及时发现并处理重金属污染问题。

结论城市表层土壤中的重金属污染是一个严重的环境问题，对人类健康和生态系统造成威胁。

因此，开展城市表层土壤重金属污染的分析研究具有重要意义，可以为环境保护和城市可持续发展提供科学依据。

免费自行车交通系统服务网点布局规划摘要免费自行车公共交通系统是近几年来我国在交通领域开展的一项重要工作，国内在这方面的理论研究尚处于探索阶段。

本文针对某城区免费自行车服务系统进行分析研究。

针对问题一，我们能够得到两个模型。

在模型一中，我们考虑到地铁站A,B,C,D,E和超市S1,S2,S3的人流量比较大，于是我们以这些点为圆心，以人步行所能承受的最大距离为半径画圆（如图2）。

结果我们发现在地铁站C和D 以及超市S3周围没有自行车服务网点，故在这些区域自行车安排是不合理的。

在模型二中我们主要是通过克拉克人口预测模型对各个区域以及各网点服务范围内的人口进行预测。

通过分析，我们把城区内的人口分为固定人口和流动人口。

然后我们利用克拉克人口密度函数以及编写MATLAB程序计算出各给网点服务范围内的固定人口数，同时根据题给信息计算出城区的流动人口数。

在建立评价标准时，我们从个体评价标准和整体评价标准两个方面考虑的，最终我们发现这17个服务网点的分布以及各个网点分配的自行车数量是不合理的。

针对问题二，我们求解的方法是建立在模型二的基础之上的。

通过模型二中的克拉克人口预测模型，我们可以计算出各个区域的人口分布密度，显然在人口密度大的区域，其所分布的自行车服务网点也应该相应的增加。

同时在分布网点时应该考虑到使网点的分布尽量避免在十字路口，网点的服务区域面积尽可能的大，以及网点设置范围尽量不重叠。

针对问题三，总结常规选址的因素，设立自行车服务网点，并从自行车需求量，方便程度和建设费用三方面因素评价所设点的合理性。

最终通过求解，得到该城区最多布置的自行车服务网点为91个，安排的自行车数量为2150辆。

关键词：自行车服务网点，克拉克人口预测模型，固定人口，流动人口一、问题的重述1.1问题背景及信息某城区推行免费公共自行车服务，已知地区基本信息如下（如图所示）图1此城区现有人口15 万，地域面积约22.9平方公里(如图长4.68公里，高4.89公里)，含两座小山和一个湖泊（如图）。

环 境 科 学为加强对城市土壤重金属污染和城市地质环境演变研究及土壤修复方案提供理论依据,现以某城市城区土壤地质环境调查数据为目标进行建模研究,将所考察城区划分为间距1公里左右网格子区域,按照每平方公里1个采样点对表层土进行取样、编号,用GPS记录采样点的位置。

用专门仪器测试分析,获得每个样本所含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背景值。

1 符号及假设1.1符号及说明(如表1)1.2模型假设重金属元素污染物在土壤中的浓度变化主要是受到重金属元素在土壤中传播的影响,通过空气沉降的很小,可以忽略。

重金属污染物的空间分布状况能够利用已知的采样数据进行推测出。

各污染源附近的地方,其重金属污染物的浓度主要受到该污染源的影响,其他污染源对其的影响可以忽略不计。

2 模型建立与求解2.1基于三次样条的空间分布模型在问题中我们将根据该所谓的样条插值是一种改进的分段线性插值方法,是按照一定光滑性要求“装配”起来的分段多项式。

为了避免高次函数可能带来的龙格现象,我们采用三次样条插值,将该城市的采样调查的样本数据进行插值计算,方法如下:假设三次样条函数)(3x S 在节点处有连续的一阶和二阶导数,必须附加3(n-1)个光滑性约束条件,即对1,,2,1 n i 成立:)0()0()0()0()0()0(333333i ii i i i x S x S x S x S x S x S (1)110103)()()()()( i iii i i i i i i i i i i m h x x h m h x x h y h x x y h x x x S (2)其中i i i x x h 1,1 i i x x x ,而)1()(,)1()(),32()(),12()1()(21202120 x x x x x x x x x x x x (3)通过matlab编程计算得到:8种主要重金属元素在该城区的空间分布,其中三维图表现的是每种重金属在该城区不同位置取样点测得的浓度(Z 轴代表浓度),图上的不同颜色表示区域(区域1-5分别用深蓝、浅蓝,浅绿,棕黄、红色表示),二维平面图表现的是每种重金属在不同区域的平均浓度,由此空间分布图可以较直观的观察8种主要重金属元素在不同区域的分布。

城市土壤表层重金属污染分析模型摘要本文通过运用Mathmatica软件对问题中预先给定的数据进行查找，图像生成，拟合等处理后进行相关分析，得到相应的定性结果，从而完成对问题的解答。

首先，通过城市主要表层土壤中的重金属As、Cd 、Cr 、Cu 、Hg 、Ni、Pb、Zn的含量，利用单因子污染指数法，结合该城市近几年土壤表层重金属背景值及国家标准，进行重金属污染评价。

对问题一：为了确定重金属元素在该城市的空间分布，我们先对给定的数据进行分析并通过三维数据插值(反距离加权平均法)、数据的转换、数据的拟合得到每种元素在城区的分布，再通过计算、比较，从而得出该城区内不同类区重金属的污染程度。

对问题二：先通过数据分析，采用Granger因果关系检测法，通过变量的变化来说明重金属污染的主要原因。

对问题三：通过对生活中的一些规律及其各种重金属污染物传播的相关了解和对一些有关重金属污染物传播的资料进行分析并处理，通过有关软件建立数学模型并分析，再分析该城区各种重金属的空间分布和比较，利用该城区不同区域对重金属污染程度的各种值和各区域不同元素的污染指数分布柱形图分析，从而能够准确确定污染源的位置。

对问题四：为了能保证回答的完整性，应该从各方面收集相关信息。

关键词：三维数据插值；数据拟合；单因子污染指数法；内梅罗综合污染指数法；数据转换法。

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。

都市表层土壤重金属污染阐发摘要本文基于从某城区分别出的成果区：生活区、产业区、山区、主干门路区、公园绿地区中收罗的数据，创建公道的模型，阐发了该都市重金属的污染情况，并确定出污染源的位置。

针对问题一，用Surfer软件对浓度数据进行克里格插值得出种种重金属元素的空间漫衍图。

在阐发城区重金属污染水平时，首先利用Muller指数法结合污染品级的打分，确定出同一成果区内差别元素的污染水平以及差别成果区内同一元素的污染水平。

然后基于熵权法确定的种种元素对污染影响的权重，创建多目标模糊综合评价模型，得出种种成果区重金属污染的总体水平：山区无污染，其他地区轻度-中等污染。

按模糊评代价得到的污染水平排序为：产业区>主干门路区>生活区>公园绿地区>山区。

针对问题二，盘算差别成果区内8种重金属元素的平均Muller指数值，结合第一问中得出的种种元素对污染影响的权重，确定出各个成果区中的主要污染元素：生活区(Cd、Zn)；产业区(Hg)；山区(Cd)；主干门路区(Hg、Cd)；公园绿地区(Hg、Cd)。

然后运用变量聚类法凭据重金属元素的污染相似性进行归类。

再结合各成果区自身的特点，阐发产生重金属污染的主要原因。

针对问题三，基于重金属的来源和流传途径进行阐发，得出污染的流传特征。

综合考虑大气扩散创建高斯扩散方程，土壤迁移创建一维对流弥散方程，并计入海拔对土壤中对流速度的影响，得出大气～土壤流传模型。

求解时本文将某个采样点假定为污染源，以其周围距离最近的20个采样点作为流传范畴，由模型求解值与实际丈量值得出平均相对误差，小于所设阈值则将其作为污染源，依此要领在所有采样点中进行污染源的搜寻。

搜寻得到As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 污染源的个数分别为：7、6、3、2、3、2、3、4 ，并得出所有污染源的位置。

例如Cu的所有污染源的位置为：(2427,3971)、(3299,6018)。

城市表层土壤重金属污染分析模型孙少龙;蔡宏强;王冲【期刊名称】《数学理论与应用》【年(卷),期】2012(032)001【摘要】This paper gives a mathematical model to analyse the topsoil pollution by heavy metals. Firstly, we use Matlab to get a scatter diagramto show the heavy metal contaminations in soil and the spatial distribution of the con- centration of the heavy metal elements. And then the most polluted areas are spotted by using the Nemerow pollution index and principal component analysis method. Finally a mathematical model by integrating the gray - disaster model and the regression model is set up to forecasting the evolution of the geological enviroment.%本文先利用Matlab 做出各种重金属元素浓度的空间分布图，初步得到土壤重金属污染的状况。

接着用内梅罗污染指数法定量的确定土壤重金属污染最严重的地区，并用主成分分析法进行了验证。

最后利用灰色一灾变与回归预测的组合模型解决了地质环境的演变问题。

【总页数】6页(P71-76)【作者】孙少龙;蔡宏强;王冲【作者单位】青海大学,西宁 810016;青海大学,西宁 810016;青海大学,西宁810016【正文语种】中文【中图分类】X53【相关文献】1.城市表层土壤重金属污染的因子分析--重庆市不同区域的重金属污染浓度分析[J], 令狐云龙;寇恩华2.城市表层土壤重金属污染分析模型 [J], 陈伟娜;李维;葛丹丹3.基于MATLAB的城市表层土壤重金属污染分析 [J], 郭舒; 张玲; 刘富坤; 魏众4.基于MATLAB的城市表层土壤重金属污染模型优化分析 [J], 刘富坤;张玲;郭舒;魏众5.基于GIS的城市表层土壤重金属污染分析 [J], 邵禹豪;薛顺奎因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。