分析重金属污染的主要原因

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重金属原理

重金属原理

重金属原理
重金属污染原理及其影响
重金属是指相对密度大于4.5g/cm³的金属元素,如汞、铅、铬、镉、砷等。

由于其化学性质稳定,不易降解,且对环境和人体健康造成严重影响,被广泛认为是一种有害物质。

重金属的污染主要来源于工业排放、废水及废气排放等。

重金属的原理主要包括生物积累、迁移和转化。

一般情况下,重金属进入生物体后会经过一系列的转化作用,从而导致其积累在生物体内,进一步诱发各种健康问题。

重金属在土壤中的迁移主要取决于土壤pH值、含水量以及土壤中的有机质含量
等因素。

当重金属进入水体后,由于其不易挥发及分解,会沉积在河底或湖泊底泥中,对水生生物造成威胁。

重金属污染对环境和人体健康的影响是十分严重的。

重金属可以通过空气、水和食物等途径进入人体内部,对脑部、心血管系统、肝脏、肾脏等器官造成损害,并且还可能引发各种慢性病,如癌症、免疫系统疾病等。

此外,重金属还对环境的生物多样性和生态系统稳定性产生不可逆转的破坏。

为了解决重金属污染问题,需采取科学有效的措施。

首先,要加强对重金属污染的监测和预警工作,及时发现和防范重金属污染的潜在风险。

其次,应加强对工业生产过程的管控,减少重金属排放。

此外,还需加强土壤和水体的修复工作,降低重金属的含量。

对于已经受到重金属污染的区域,应采取有效的修复方法,恢复其生态系统的功能。

综上所述,重金属污染具有严重的危害性,引起了广泛的关注。

只有通过加强监测、管控和修复等措施,才能有效预防和治理重金属污染,保护环境和人体健康。

重金属污染主要原因的分析和方法以及参考文献集锦

重金属污染主要原因的分析和方法以及参考文献集锦

金属污染的原因:通过对五个区域的不同海拔高度的八种金属元素浓度的含量进行分析:在对每个区域进行分别进行横向比较可以知道,在区域一、四、五中八种金属只存在海拔范围0~120m之间。

而在区域三中金属元素存在于整个研究范围内,区域二中元素所在的海拔高度最低。

这个城区的As浓度是最低的,但在生活区和公园绿地区它的平均含量是所有区域中最高的。

As主要来自土壤母质,而生活区和公园绿地区的绿化面积比较大,一些树木的树龄也比较大,为了更好的保护树木花草的健康成长,就会常年的施一些含有As的化肥,经过常年的累积就会致使这两个区域的土壤里的As 污染比较严重。

城区的Cd浓度是最高的,在五个区域中区域一、四、五的Cd浓度相对来说是比较高的。

Cd在土壤中的主要来源有污水灌溉、垃圾堆肥以及大量使用的农药、化肥带来的污染以及工业废水。

在生活区,一些人会以务农为业,所以长年的长期耕种一些农作物,并对他们进行长年的施肥施农药以及灌溉污水,当然还有居民生活制造的大量垃圾,致使含有大量的垃圾堆肥的产生。

主干道路区以及公园绿地区的Cd含量比较高主要是因为同时公园与花园绿化过程中污水、污泥堆肥的广泛使用也明显影响到城市土壤中的重金属组成与含量[ 13 ] [ 13 ] Miguel D E, J imenezD GM, Llamas J F, et al1 The overlooked contribution of compost app lication to the trace element load in the urban soil ofMadrid ( Spain) [ J ]1 The Science of the Total Environment, 1998, 215 (1 - 2) : 113 - 1221。

城区的Cr污染还不是很严重平均浓度在22.9~75.37之间,它的污染在区域表现得最为明显,即生活区,因为Cr的含量主要受成土母质的影响。

高山湖泊重金属污染的来源与分布规律分析

高山湖泊重金属污染的来源与分布规律分析

高山湖泊重金属污染的来源与分布规律分析高山湖泊是自然环境中的瑰宝,拥有独特而美丽的景观,然而,由于人类活动与自然因素的共同影响,一些高山湖泊正面临重金属污染的威胁。

本文将从高山湖泊重金属污染的来源和分布规律两个方面进行分析。

一、高山湖泊重金属污染的来源1. 工业排放工业活动是重金属污染的主要来源之一。

在一些位于高山地区的工业城市,许多金属加工、冶炼、制造等行业的废水和废气都会排放到周围的湖泊中。

这些废水和废气中含有高浓度的重金属物质,如铅、汞、铬等,对高山湖泊的水质造成严重破坏。

2. 农业活动农业活动也是高山湖泊重金属污染的重要来源之一。

在一些高山地区,土壤经过长期的农药和化肥施用,其中含有的铜、锌等重金属元素会随着降雨等水动力条件的变化进入湖泊中,污染水体。

3. 生活废弃物生活废弃物处理不当也是高山湖泊重金属污染的来源之一。

由于人口的不断增加以及旅游业的兴盛,高山地区的生活废弃物产生量也在不断增加。

如果这些废弃物没有经过妥善处理,其中的重金属物质就有可能进入湖泊,对水质产生负面影响。

二、高山湖泊重金属污染的分布规律1. 流域特征高山湖泊重金属污染的分布与流域特征密切相关。

在高山地区,湖泊主要依靠降水和冰雪融化水补给水量。

而降水和冰雪来自于大气中的气溶胶和降水过程中的湍流对流,它们携带着大量的微量元素,其中也包含重金属元素。

因此,降水和冰雪融化水是高山湖泊中重金属物质的主要来源之一。

2. 湖泊类型不同类型的高山湖泊对重金属污染的容忍度不同,其分布规律也存在差异。

例如,富营养化湖泊由于其较高的营养盐含量,更容易富集重金属物质。

而清澈的山区湖泊,在重金属物质经过生物吸收和沉积等作用后,其浓度较低。

3. 土壤特性土壤是高山湖泊重金属污染的重要媒介之一。

高山地区的土壤通常具有较强的固持重金属能力。

土壤中富含的有机质和矿物质能够捕捉和吸附重金属元素,减少其在水体中的迁移和扩散。

因此,土壤的特性对高山湖泊重金属污染的分布具有一定的影响。

重金属污染的分布、原因及其源头分析参考

重金属污染的分布、原因及其源头分析参考

土壤中重金属污染物来源与分布土壤中重金属的来源是多途径的,首先是成土母质本身含有重金属,不同的母质、成土过程所形成的土壤含有重金属量差异很大。

此外,人类工农业生产活动,也造成重金属对大气、水体和土壤的污染。

1.1 大气中重金属沉降大气中的重金属主要来源于工业生产、汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体和粉尘等。

它们主要分布在工矿的周围和公路、铁路的两侧。

大气中的大多数重金属是经自然沉降[2]和雨淋沉降进入土壤的。

如瑞典中部Falun市区的铅污染[3],它主要来自于市区铜矿工业厂、硫酸厂、油漆厂、采矿和化学工业产生大量废物,由于风的输送,这些细微颗粒的铅,从工业废物堆扩散至周围地区。

南京某生产铬的重工业厂[4]铬污染叠加已超过当地背景值4.4倍,污染以车间烟囱为中心,范围达1.5 km2,污染范围最大延伸下限1.38 km。

俄罗斯的一个硫酸生产厂[5]也是由工厂烟囱排放造成S、V、As的污染。

公路、铁路两侧土壤中的重金属污染,主要是Pb、Zn、Cd、Cr、Co、Cu的污染为主。

它们来自于含铅汽油的燃烧,汽车轮胎磨损产生的含锌粉尘等。

它们成条带状分布,以公路、铁路为轴向两侧重金属污染强度逐渐减弱;随着时间的推移,公路、铁路土壤重金属污染具有很强的叠加性。

在宁—杭公路南京段[6]两侧的土壤形成Pb、Cr、Co污染晕带,且沿公路延长方向分布,自公路向两侧污染强度减弱。

在宁—连一级公路淮阴段[7]两侧的土壤铅含量增高,向两侧含量逐渐降低,且在地表0~30 cm铅的含量较高。

在法国索洛涅地区A71号高速公路[8]沿途严重污染重金属Pb、Zn、Cd,其沉降粒子浓度超过当地土壤背景值2~8倍,而公路旁重金属浓度比沉降粒子中高7~26倍。

在斯洛文尼亚[9]从居波加到扎各瑞波公路两侧,铅除了分布在公路两侧以外,还受阶地地貌和盛行风的影响,高铅出现在低地,公路顺风一侧铅含量较高。

经过自然沉降和雨淋沉降进入土壤的重金属污染,主要以工矿烟囱、废物堆和公路为中心,向四周及两侧扩散;由城市—郊区—农区,随距城市的距离加大而降低,特别是城市的郊区污染较为严重。

水环境重金属元素污染现状分析

水环境重金属元素污染现状分析

水环境重金属元素污染现状分析水环境重金属元素污染是当前环境保护领域的一个重要问题,其对人类健康和生态系统产生了严重的影响。

我将在这里对水环境重金属元素污染的现状进行分析。

一、重金属元素污染的来源重金属元素污染主要来源于工业生产、采矿活动、废弃物处理、农业活动等人类活动。

工业生产中的排放、废弃物处理中的渗滤液、废水、垃圾填埋场渗滤液中的重金属元素,以及农业活动中的化肥、农药等在雨水冲刷下渗入水体,成为重金属元素污染的重要来源。

自然界中也存在一定量的重金属元素,但通常在地壳中,不会对环境造成严重影响。

二、重金属元素对水环境的影响重金属元素对水环境的影响主要表现在以下几个方面:首先是对水质的影响。

重金属元素一旦进入水体,就会对水体的生物可用性和适宜性造成影响,导致水体污染,破坏水生生物的栖息地,甚至会影响生态系统的平衡。

其次是对水生生物的影响。

重金属元素一旦进入水体,会对水生生物的生长、繁殖、健康等造成严重损害,甚至引起生物大量死亡。

重金属元素还会经过食物链传递,最终危害人类健康。

三、重金属元素污染的现状1. 重金属元素污染的程度:随着工业化和城市化进程的加快,重金属元素污染已经成为全球性的环境问题。

在我国,重金属元素污染主要集中在工业发达地区和矿产资源区。

华北、华东、中南地区以及重庆、贵州等地区是重金属元素污染的重点地区。

铅、镉、汞、砷等重金属元素的超标污染问题尤为严重。

2. 水环境重金属元素污染源头:我国工业化和城市化过程中,排放的废水中含有大量重金属元素,而废水处理设施的建设和管理还存在一定的短板,导致重金属元素无法得到有效处理和控制。

农业活动和采矿活动也是重金属元素污染的重要来源之一。

3. 水环境重金属元素污染影响范围:水环境重金属元素污染影响范围广泛,除了直接影响水体和水生生物的生态系统外,还可能通过降雨、地表径流、地下水下渗等传播途径,影响到周边的土壤、植被和农产品,对人类健康产生潜在的威胁。

重金属污染

重金属污染

重金属污染的特点?
• 重金属在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用, 重金属在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用, 使它们失去活性,也可能在人体的某些器官中富集, 使它们失去活性,也可能在人体的某些器官中富集,如果 超过人体所能耐受的限度,会造成人体急性中毒、 超过人体所能耐受的限度,会造成人体急性中毒、亚急性 中毒、慢性中毒等,对人体会造成很大的危害,例如, 中毒、慢性中毒等,对人体会造成很大的危害,例如,日 本发生的水俣病(汞污染)和骨痛病(镉污染,等公害病, 本发生的水俣病(汞污染)和骨痛病(镉污染,等公害病, 都是由重金属污染引起的。 都是由重金属污染引起的。 • 重金属在大气、水体、土壤、生物体中广泛分布, 重金属在大气、水体、土壤、生物体中广泛分布,而 底泥往往是重金属的储存库和最后的归宿。当环境变化时, 底泥往往是重金属的储存库和最后的归宿。当环境变化时, 底泥中的重金属形态将发生转化并释放造成污染。 底泥中的重金属形态将发生转化并释放造成污染。重金属 不能被生物降解,但具有生物累积性, 不能被生物降解,但具有生物累积性,可以直接威胁高等 生物包括人类,有关专家指出, 生物包括人类,有关专家指出,重金属对土壤的污染具有 不可逆转性,已受污染土壤没有治理价值, 不可逆转性,已受污染土壤没有治理价值,只能调整种植 品种来加以回避。因此, 品种来加以回避。因此,底泥重金属污染问题日益受到人 们的重视。 们的重视。
镉污染
• 不是人体的必要元素。镉的毒性很大, 不是人体的必要元素。镉的毒性很大,可在人体内积 主要积蓄在肾脏,引起泌尿系统的功能变化; 蓄,主要积蓄在肾脏,引起泌尿系统的功能变化;镉主要 来源有电镀、采矿、冶炼、燃料、 来源有电镀、采矿、冶炼、燃料、电池和化学工业等排放 的废水;废旧电池中镉含量较高、也存在于水果和蔬菜中, 的废水;废旧电池中镉含量较高、也存在于水果和蔬菜中, 尤其是蘑菇,在奶制品和谷物中也有少量存在, 尤其是蘑菇,在奶制品和谷物中也有少量存在,镉能够取 代骨中钙,使骨骼严重软化,骨头寸断, 代骨中钙,使骨骼严重软化,骨头寸断,会引起胃脏功能 失调,干扰人体和生物体内锌的酶系统, 失调,干扰人体和生物体内锌的酶系统,导致高血压症上 易受害的人群是矿业工作者、免疫力低下人群。 升。易受害的人群是矿业工作者、免疫力低下人群。水中 含镉0.1mg/L 0.1mg/L时 可轻度抑制地面水的自净作用, 含镉0.1mg/L时,可轻度抑制地面水的自净作用,镉对白 鲢鱼的安全浓度为0.014mg/L,用含镉0.04Mg/L 0.014mg/L,用含镉0.04Mg/L的水进行灌 鲢鱼的安全浓度为0.014mg/L,用含镉0.04Mg/L的水进行灌 溉时,土壤和稻米受到明显污染, 溉时,土壤和稻米受到明显污染,农灌水中含镉 0.007mg/L时 即可造成污染。 0.007mg/L时,即可造成污染。

重金属污染源调查报告

重金属污染源调查报告一、引言近年来,环境污染问题日益引起人们的关注。

重金属污染是其中一项严重的环境挑战。

本报告旨在对某地区重金属污染源进行调查,并提出相应的解决方案,以改善环境质量。

二、调查方法1. 调查区域选择:根据当地重金属污染程度的报告,我们选择了某地区进行调查。

2. 调查对象确定:我们选择了该地区的土壤、水源和大气中的重金属含量进行检测。

3. 采样取证:采用标准采样方法,收集了多个地点的土壤、水源和大气样本,并进行编号、记录和保存。

4. 实验分析:利用先进的仪器设备,对采集的样本进行重金属含量的分析和检测。

三、调查结果与分析1. 土壤污染:经实验室分析,发现调查区域的土壤中存在铅、镉等重金属的污染。

其中,某地块土壤中镉的含量超过了国家标准限值,达到了200mg/kg。

2. 水源污染:调查发现,该地区水源中存在铜、汞等重金属的含量超出了安全标准。

其中,井水中铜的含量超过了国家标准限值,达到了1.5mg/L。

3. 大气污染:监测结果显示,该地区的大气中存在铬、锌等重金属污染物。

其中,某企业排放的废气中锌的浓度超过了国家标准限值,为5mg/m³。

四、污染源分析1. 工业废水:某企业的废水处理系统存在问题,导致铅、镉等重金属污染物进入水源。

2. 农业活动:过度使用含重金属肥料和农药,导致土壤重金属含量超标。

3. 工业废气:某企业的生产过程中排放的废气中含有高浓度的铬、锌等重金属。

五、解决方案1. 加强监测:建立长期的重金属污染源监测机制,定期对土壤、水源和大气中的重金属含量进行监测,及时发现并解决问题。

2. 强化管理:加强对工业废水、农药和肥料的管理,严禁违规排放和使用;加强对企业废气排放的监管,确保排气达标。

3. 治理措施:对发现的重金属污染源进行治理,采取适当的技术手段降低重金属排放量,减少环境污染程度。

4. 公众教育:组织开展环境保护知识宣传活动,提升公众对重金属污染的认识,推动环境保护的积极参与。

重金属污染的主要原因

重金属是指比重(密度)大于4或5的金属,约有45种,如铜、铅、锌、铁、镉、汞、金、银等。

重金属污染是指由重金属或其化合物造成的环境污染。

主要是由于采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。

重金属一般以天然浓度广泛存在于自然界中,随着社会的发展,人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多,造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤中,引起严重的环境污染。

以各种化学状态或化学形态存在的重金属,在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移,造成危害。

日常生活中,重金属多通过大气、水和食物进入人体,从而引起人体的慢性中毒,所以大多数重金属污染事件多是通过血检后才发现的。

危害重大的重金属污染事件日益频发,笔者认为主要有以下原因:一、地方环保部门监管不力地方环保部门是承担地方环境管理和执法职责的行政机构,由于环保部门并不属于中央垂直管理模式,因此,地方环保部门又是地方政府的组成部门之一,且其部门排列序位并不靠前。

长期以来,地方环保部门的人财物都在当地政府,地方政府在相当长的GDP和财政数字作为指挥棒的政绩考核年代,环保被视为一个次要甚至可以忽略不谈的话题,地方政府的盲目招商引资导致一些工业园区成为企业污染的乐土。

地方环保部门为兼顾自身受制于地方政府的“人财物”往往采取“睁一只眼闭一只眼”的政策,地方政府领导则要求环保部门“最好把两只眼都闭上”。

正是由于环保部门长期被冷遇,人财物得不到应有的保障,长期游离于各种决策性会议甚至地方人大会议之外,环保部门自身往往处于自生自灭的尴尬境地,因而有了环保部门一边看着企业排污,一边向污染企业收取排污费并讨价还价的两难局面。

2006年是我国“十一五”规划的第一年,国家提出了节能降耗和污染减排目标,并首次将节能减排作为政府考核的硬指标。

尽管如此,长期以来的GDP考核的惯性驱使和地方政府短视以及经济发展的压力都让环境成了牺牲品,一时间积重难返,重金属污染等潜在的环境威胁和突发、易发的环境事件有随时爆发的危险。

重金属污染物的来源与控制

重金属污染物的来源与控制第一章:重金属的来源重金属是指相对密度大于5的金属元素,包括铅、汞、镉、铬等,这些元素具有强毒性、慢性毒性、持久性和生物积累性等特点。

重金属的主要来源有:1. 工业污染:重金属是很多工业生产过程中的副产物,如电子产品制造、废水处理、铸造等。

2. 燃烧:重金属在燃烧过程中会释放出来,如汽车尾气中的铅、工厂废气中的铜等。

3. 农药和肥料:很多化肥、农药中含有重金属元素,如果不恰当使用则会导致土壤重金属污染。

4. 垃圾处理:城市垃圾中含有很多电池、灯泡等含有重金属的物品,如果不足够处理则会导致重金属污染。

第二章:重金属的危害重金属污染对人类、动植物和环境都有着严重的危害。

针对不同的生态系,重金属的危害表现如下:1. 人类健康:重金属会在人体内积累,并对人体造成慢性毒性,导致内分泌失调、免疫系统受损、神经系统功能障碍等症状。

2. 水生生物:重金属对水生生物的毒性很大,导致鱼类、贝类等水产资源的死亡和损失。

3. 土壤:土壤中含有过多的重金属会导致农作物污染,进而威胁人体健康。

4. 生态系统:重金属长期积累会导致生态系统的破坏,从而影响地球的生态平衡。

第三章:重金属污染控制重金属污染的控制需要从源头控制和污染治理两方面入手。

1. 从源头控制:通过制定严格的污染排放标准、鼓励节能减排、推广清洁生产等方式,减少重金属污染的源头,防止污染物进入环境。

2. 污染治理:重金属污染的治理包括土壤修复、废水处理、空气净化等一系列措施。

例如采用物理、生物等方式对土壤进行修复,对废水进行处理,以及通过过滤、吸附、化学沉淀等方法净化空气。

3. 加强监督管理:加强重金属污染的监管和管理,强化执法力度,注重对企业的违规行为进行处罚,不断完善管理机制。

结语:重金属污染是一个长期而且极其严重的问题。

掌握重金属污染的来源及危害,对人类及生态环境的保护至关重要。

在控制重金属污染的过程中,应该从源头控制到污染治理,加强监督管理,减少污染物的排放,达到环保和经济发展的协调发展。

重金属污染主要来源

重金属污染主要来源摘要:重金属污染是一种严重影响环境和人类健康的问题。

本文将分析重金属污染的主要来源,包括工业排放、农业和生活污水、废弃物和自然源。

引言随着工业化进程的加快和人口的增加,重金属污染已成为一个日益严重的环境问题。

重金属的积累在环境中会导致各种不良影响,包括土壤和水体污染,以及对生态系统和人类健康的潜在危害。

因此,深入了解重金属污染的主要来源对于制定有效的环境保护和健康管理策略至关重要。

工业排放工业生产是重金属污染的主要来源之一。

生产过程中,许多工业企业如冶金、锌、铅、电子和化工等,会释放重金属废水和废气。

废气中的重金属物质如镉、铅、汞等会通过大气沉降到土壤和水体中,废水则进入河流和湖泊,直接威胁到生态系统和人类健康。

因此,加强工业企业的排污管理和减少重金属的排放量是重要的措施。

农业和生活污水农业和生活污水也是重金属污染的重要来源之一。

在农业生产中,农药和肥料的使用可能导致土壤中的重金属含量升高。

农药中的铜、铅、汞等元素会随着农田灌溉水进入土壤中,被作物吸收。

随着农产品的摄入,人类也可能摄入过量的重金属,对健康产生潜在威胁。

此外,生活污水中的重金属物质如汞、铅、镉等也可能进入自然水体或土壤中,进一步造成环境污染。

废弃物废弃物也是重金属污染的主要来源之一。

包括工业废弃物、建筑废弃物和电子废物等均可能包含重金属物质。

这些废弃物的处理不当会导致重金属的渗漏和散布,进一步污染土壤和水体。

例如,在工业废弃物填埋场中,重金属物质可能渗入地下水,对地下水质量产生潜在威胁。

因此,加强废弃物管理和采取适当的处置措施是防止重金属污染的重要途径。

自然源除了人类活动外,自然源也是重金属污染的来源之一。

例如,重金属的天然分布和地壳中的地质成分会影响土壤和水体中的重金属含量。

某些地区由于特殊的地质条件,如矿区和火山地区,重金属的排放量可能会比其他地区更高。

此外,自然界中的火山喷发和地壳的运动也可能导致重金属的释放和扩散。

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分析重金属污染的主要原因,首先要分区考虑,因为每个功能区污染源不同,起最主要作用的重金属也会不同,那么针对每区做如下分析。

在问题一中我们已经得出不同区域的重金属污染程度,但这是8种重金属综合影响的结果,究竟哪几种金属的污染效应最大就要看哪些对综合污染程度的贡献最大或者说相关性最大,为解决该问题,我们建立了基于BP神经网络的变量筛选模型。

本问将结合BP神经网络,应用平均影响值MIV(Mean Impact Value)方法来说明如何使用神经网络来筛选变量,找到对结果有较大影响的输入项,继而实现变量筛选。

MIV被认为是在神经网络评价变量相关性中最好的指标之一,用于确定输入神经元对输出神经元影响大小,其绝对值大小代表影响的重要性。

神经网络是由多个神经元组成的广泛互连的神经网络,能够模拟生物神经系统真实世界及物体之间所做出的交互反应。

神经网络处理信息是通过信息样本对神经网络的训练,使其具有人的大脑的记忆,辨识能力,完成名种信息处理功能。

它不需要任何先验公式,就能从已有数据中自动地归纳规则,获得这些数据的内在规律,具有良好的自我学习能力,良好的适应性和联想记忆功能,并行处理和非线性形转换的能力,特别适合于因果关系复杂的非确定性推理,判断,识别和分类等问题。

对于任意一组随机的,正态的数据,都可以利用神经网络算法进行统计分析,做出拟合和预测。

BP网络是由输入层,输出层以及一个或多个隐层节点互连而成的一种多层网,这种结构使多层前馈网络可在输入和输出间建立合适的线性或非线性关系,又不致使网络输出限制在-1和1之间,如图9 。

输入层隐含层输出层
图9 BP神经网络结构
学习过程中由信号的正向传播与误差的逆向传播两个过程组成。

正向传播时,模式作用于输入层。

设输入层输入的8种重金属单一污染指数为x,实际得到的综合污染指数大小为y,经过神经网络学习得到综合污染指数的大小为y 。

BP神经网络可以在输入层和输出层之间的隐含层建立一种非线性关系:
),,(x B f y ω=' (3)
式中,f 表示此种非线性关系,也可以理解为传播特征;ω表示网络中各神经元连接的权值;B 表示神经元的阈值。

经隐含层处理后,传入误差的逆向传播阶段。

设参考误差为E '
2
)(∑-'='y y E (4)
将输出误差通过隐含层向输入层逐层返回,并“分摊”给各层的所有单元,从而获得各层单元的参考误差或称误差信号,以作为修改各单元权值的依据。

设标准误差为E :
当E E >'时,修改各神经元权值和阈值;
当E E <'时,网路训练结束。

权值不断修改的过程,也就是网络学习过程。

常规BP 网络权值和阈值的调整公式如下:
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+∂'∂-=++∂'∂-=+)()1()
()1(t w E t t w E t jk jk jk ij ij ij ωηωωηω (5) ⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧+∂'∂-=++∂'∂-=+)()1()()1(t B B E t B t B B E t B jk jk jk ij ij ij ηη (6) 式中,E '为参考误差;η为网络的学习速率即权值的调整幅度;)(t w ij 表示t 时刻输入层第i 个神经元与隐含层第j 个神经元的连接权值;)1(+t w ij 表示t 时刻输入层第i 个神经元与隐含层第j 个神经元的连接权值;)(t w jk 表示t 时刻隐含层第i 个神经元与输出层第j 个神经元的连接权值)1(+t w jk 表示1+t 时刻隐含层第i 个神经元与输出层第j 个神经元的连接权值;阈值下标意义与权值相同。

调整过程一直进行到网络输出的误差准逐渐减少到可接受的程度或达到设定的学习次数为止,网络训练完毕。

针对本题我们以8种重金属的单一污染指数为输入层,作为训练样本M ,以内梅罗综合污染指数为输出层,利用原始数据训练一个正确的BP 神经网络,仿真得到结果为A 。

在网络训练终止之后,将训练样本M 中每一个自变量特征在其原值的基础上分别加/减10%构成两个新的训练样本1M 和2M :
⎩⎨⎧==M
M M M 9.01.121 (7) 将1M 和2M 分别作为仿真样本利用已建成的神经网络进行仿真,得到两个仿真结果为1A 和2A ,求出1A 和2A 的差值,即为变动自变量后对输出产生的影响变化值IV (Impact Value ):
21A A IV -= (8)
最后将IV 求取平均得出该自变量对应的平均影响值即MIV :
n IV
MIV ∑= (9)
n 表示每个自变量的输入个数。

按照上面步骤依次算出各个自变量的MIV 值,最后根据MIV 值的绝对值由大到小为各自变量排序,得到各自变量对网络输出影响相对重要性的位次表,从而判断出输入特征对于网络结果的影响程度,即实现了变量筛选。

流程图如下:
图10 基于BP 神经网络的变量筛选流程图
基于上述理论,通过matlab 编程(程序二)得到一下结果:
将表中数据进行横向比较(纵向无意义),得到了重金属污染的主要原因:生活区中Hg金属对该区的污染程度影响最大,其次是Zn和Ni。

我们知道生活垃圾中有大量的废旧电池,其中含有大量的Hg,造成较为严重的汞污。

工业区各重金属的污染程度都比较大,其中对该区污染影响最大的是Zn、Cu,次之是。

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