城市表层土壤重金属污染分析1
城市表层土壤重金属污染分析 l论文
城市表层土壤重金属污染分析摘要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，则显得尤为重要。
文章将主要通过建立相关数学模型，对城市表层土壤重金属含量及土壤污染程度进行分析研究，探索污染成因，进而寻求解决或减少污染的方法。
针对问题一，通过运用空间变量分析的理论方法，对某城市各功能区表层土壤分别进行采样，测定八种主要重金属元素在城市各功能区的浓度。
进而得到八种重金属元素在城市的空间分布情况，同时，运用Kriging插值法结合以测定的城市各功能区的各重金属浓度，运算得到整个城市的八种主要重金属浓度。
将其对比国家标准对比，最终求得城市重金属污染程度。
针对问题二，对重金属元素进行特征分析，结合问题一中所得各重金属在城市的空间分布状况，总结出该地区重金属含量分布特征，并根据这一特征通过数据处理得到各重金属浓度的变化特性。
分析得出重金属污染的原因，人为原因和自然原因。
对问题三，利用前两问所得重金属含量和分布特征，利用流体力学微分模型，分析得到重金属污染物的传播特性。
在问题一的分布图上，精确插值，用克里金法建立模型，进一步得到八种重金属污染源位置。
对问题四处理。
分析讨论重金属污染物在土壤中传播外，重金属在空气中的传播情况，建立空气动力学微分模型。
最后得到城市生态环境演化模型。
[关键词]：重金属污染kriging法流体力学微分模型空间变异性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。
城市表层土壤重金属污染分析
城市表层土壤重金属污染分析摘要：文章利用单项污染指数衡量各区域内每种重金属元素对各监测点的污染程度，由尼梅罗算法得到8种重金属元素对各区域的污染程度；用因子分析法得到各种重金属元素污染的主要原因；由重金属元素的传播特征利用优化方法确定了污染源位置。
关键词:重金属污染尼梅罗算法因子分析法1 引言在以经济建设为一切工作重心的今天，工业化进程突飞猛进的同时重金属污染问题日趋严重。
重金属一旦进入土壤很难在生物循环过程中分解，当重金属在土壤中累积量超过土壤本身的承受能力时，不仅会影响土壤动植物的生长发育，而且还会通过植物的吸收、富集，并最终通过食物链进入人体，给人体健康带来巨大的危害。
目前，关于土壤重金属污染的研究已成为一个热点问题。
本文以2011年全国大学生数学建模竞赛题为背景，就某城区As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn八种主要重金属对土壤的污染状况展开研究。
考虑到不同的区域环境受人类活动影响的程度不同，所以按照功能，将城区划分为生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区。
研究过程中主要采用标点检测取样的办法获得各重金属的浓度数据，在此基础上给出了土壤重金属污染的研究办法。
具体做法是先由尼梅罗算法确定各区域的污染程度，同时利用因子分析法寻求污染原因，而后依据重金属的传播特征进行回溯，这样即可确定污染源的位置。
2 各区域重金属的污染程度对于重金属对土壤环境的污染程度，由于涉及多种元素，可用单项污染指数来衡量某一监测点某种元素对该点的污染程度，并用综合污染指数来衡量这八种重金属元素对该点的综合污染程度。
研究过程中，监测取样的方法获得的只是各金属在某一监测点的浓度，而通过这些数据很难直接评价污染程度，所以可选取一个统一的标准，将这些元素的浓度进行转化。
将各金属元素浓度背景值的上限作为标准，以浓度值在背景上限值中所占的比重作为污染程度。
可定义单项污染指数为：参照国家GB15618-1995《土壤环境质量标准》中对土壤质量等级给出的标准，就能得到重金属元素对各功能区的污染程度。
城市表层重金属污染分析
关 于 Ａ ：从空 间三维 图图 ２中可 以看到 ，１处的波峰很高说明该处污染情况很严重 ；有 ２４处明显波 ｓ －
峰 ，说 明相应位 置污 染情 况 比较严重 ：还有 １ 处面积较广且所处 高度稍低 ：表 明该 处所受污 染情 况相对严 重且污 染的范围较广 ； 同样分析二维等高线 图 １ ，图中有 ２处等 高线之 间的间距越来越 密集 且颜色 很深， 表 明该处受污 染情 况很严重，有 ２４处等高线 比较密集颜色相对较深表 明这两 处的污 染情况 相对严 重，还 ． 有 １ 等高线 间的距 离较密集但是所涉范 围较广说 明该处 的污染 也较严 重且污 染的面积很广 ．结合 有关背 处 景数据 可知 中心污染源 集中在 （ ２ １ ７ ９ ，（ ２ ９ ，３２ ） １８ ４ ０ ０ ）处 ．污染源 主要集 中在工 ５ ９ ，５ ３ ） １６ ６ ０ ４ ，（ ７ １ ，１７ ７ 业 区，还有 １ 处污染源位 于山林密集区 ，其污染级别不是特别严重 ． 重 金属 ｃ 、ｃ 、Ｃ 、Ｈｇ ｉ ｂ ｎ的污染程度 可作类似 分析 ． ｄ ｒ ｕ 、Ｎ 、Ｐ 、Ｚ
重金属 Ａ 分布平 面图 ｓ
据 ．表 中数值 ０表示在该污染级别下不存在观测样
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本点 ．这是个大样本事件 ，可 以认为该级别污染很 轻微 ， 甚至不存在 这种级别 的污染， 而百分 比越大 ， 就说 明在该污染级别下涉及 的样本 点比较多，污染
波及范围较广 ．
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中图分类号：ｘ ． １１ ３ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号：１ ０ — １ ５（ ０ ２ ３ ０ — ５ ０ ９ ８ ２ １ ）０ — １ １ ０ ３ ０
随着工业 发展和 城市化进程的加剧 ，通过交通运输 、工业排放和市政建设等造成城 市重 金属污 染越 来
城市表层土壤重金属污染分析
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。
城市表层土壤重金属污染分析
城市表层土壤重金属污染分析
城市表层土壤重金属污染是指城市地区表层土壤中存在着超出安全标准的重金属元素。
这些重金属元素包括镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、汞（Hg）、铅（Pb）和锌（Zn）等。
分析城市表层土壤重金属污染需要进行以下步骤：
1. 采样：在城市不同区域选择代表性的采样点，并按照一定的网格密度进行采样。
采样深度一般为0-20厘米。
2. 样品处理：将采集的土壤样品进行样品分割、筛分、干燥等预处理步骤，以获得均匀的土壤样品。
3. 重金属含量测定：采用化学分析方法，如原子吸收光谱（AAS）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）等对土壤样品中的重金属元素含量进行测定。
4. 数据分析：将测定得到的重金属元素含量与环境质量标准进行比较，评估土壤重金属污染状况。
可以使用统计学方法对数据进行处理和分析。
5. 风险评估：根据土壤重金属污染状况，结合土壤用途和人体暴露途径，进行风险评估，评估不同重金属对人体健康和环境的潜在风险。
6. 污染防治：根据评估结果，采取相应的污染防治措施，如土壤修复、农田污染控制、废弃物管理等，降低土壤重金属污染对环境和人体健康的潜在风险。
需要注意的是，城市表层土壤重金属污染分析是一个复杂的过程，需要搜集大量的样品和数据，并结合多种分析方法进行综合评估，以准确评估土壤重金属污染的程度和潜在风险。
2011年数学建模A题优秀论文
2011年数学建模A题优秀论文城市表层土壤重金属污染分析摘要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。
对于问题一我们首先用EXCEL 对数据进行处理，然后用MATLAB 等软件对所给的数值进行空间作图，然后分别做出了八种重金属元素的空间分布特征，我们利用综合指数（内梅罗指数）评价的方法，建立模型：ij j j P C S =22,,max ()2N j ave j P P P =+区域生活区 工业区 山区 交通区 公园绿地区 污染程度重污染重污染轻度污染重污染中度污染析，并作出了不同重金属浓度与海拔的分布图；然后结合第一问给出的空间分布图和区域散点图，参照主要重金属含量土壤单项污染的指数，分析得出各重金属污染的主要原因主要来自工业区、交通区和生活区。
对于问题三我们建立模型，建立目标函数；=jmk H P C e-⨯⨯综应用MATLAB 软件对数据处理，作出可能为污染源的三个位置；然后用MATLAB 进行三次拟合后，得到污染源的位置。
对于问题四，我们在已有信息的基础上，还应收集不同时间内的样点对应的浓度以及各污染源重金属的产生率。
根据高斯浓度模型建立高斯修正模型，得到浓度关于时间和空间的表达式ut e C C -⋅=0。
关键词：重金属污染 内梅罗污染指数 相关性分析 污染源 高斯浓度一.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。
城市表层土壤重金属污染分析-2011高教社杯全国大学生数学建模竞赛全国一等奖A题
2011高教社杯全国大学生数学建模竞赛城市表层土壤重金属污染分析摘要本文主要研究重金属对城市表层土壤污染的问题,我们根据题目所给定的一些数据和信息分析并建立了扩散传播模型、权重分配模型、对比模型和转换模型解决问题。
首先，我们利用Matlab 软件拟出该城区地势图（图1），根据所给数据绘出该地区的三维地势及采样点在其上的综合空间分布图。
之后将8种重金属的浓度等高线投影到该地区三维地形图曲面上，接着分别计算8种重金属在五个区域的平均值，立体图和平面图（图1附件）相结合便可得出8种重金属元素在该城区的空间分布。
其次，在确定该城区内不同区域重金属的污染程度时，我们运用两种方法进行解答。
先假设各重金属毒性及其它性质相同，运用公式ijij P C P ='求出各区域各金属相对于背景平均值的比值作为金属污染程度，再运用1ji ij j C C ==∑求出各区域重金属污染程度，并将各区进行比较。
之后，我们加上各重金属的毒性，对各重金属求出权数，再结合国标重金属污染等级和已知的各组数据来确定金属的污染程度。
由上述两种方法的对比，更准确地得出重金属对各区的影响程度。
即： 工业区>交通区>生活区>公园绿地区>山区 并根据第一个模型的数据来说明重金属污染的主要原因。
再次，对重金属污染物的传播特征进行了分析，判断出重金属污染物主要是通过大气、土壤和水流进行传播。
在分析之中，我们得出这三种状态的传播并不是孤立存在的，而是可以相互影响和叠加的，因此，我们分别建立三个传播模型，再对这三个传播模型进行了时间和空间上的拟合，得出重金属浓度最高的区域图，并结合各重金属的分布图（图6）来确定各污染源的位置。
最后，本题中只给出了重金属对土壤的污染，对于研究城市地质环境的演变模式，还需要搜集一些信息（图7）。
根据每种因素对地质环境的影响程度进行由定性到定量的转化。
建立同一地质时期地质环境中各因素的正影响和负影响的权重分配模型，再对这些权重进行验算和修正。
城市表层土壤重金属污染
图 1 城 区 Zn 的 浓 度 等高 线 示意 图 但是 根据 污 染物 浓 度等 高 线仅 仅 得 到 该 城 区 的 重 金 属 污 染 物 分布 的 示意 图 ， 并不 能 得到 具 体的 污染 情 况分 析 ， 因 此 需 要 对 所 给 数据做进一步分析 。 2 重金属元素在该城区的污染程度分析 2.1 土壤重金属含量之间的相关系数分析 研究土壤重金属含量之间的相关性 ， 在一定程度上可反映这些 元素污染程度的相似性或污染元素有相似的来源 。 八种污染物进行 相关分析结果如下 ： 表 1 八 种 金属 浓 度 相 关 性 分析
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从上表可以看出 ，2 类 区中 8 种 重金 属 元素 的 单因 子 污染 指 数 最大值均超过了 3 ， 均属重污染程度 。 其中 Cu 、Hg 、Pb 、Zn 最高污染 指数分别为 191.55 、385.71 、14.03 、23.57 ， 均属于严重污染 。 Cu 和 Hg 的 平 均 污 染 指 数 分 别 为 9.66 和 18.35 ， 远 远 超 过 了 重 度 污 染 （ 表 2） 的对应数据 ， 说明该区域大部分地区受到严重的 Cu 、Hg 污染 。 若从 综合污染指 数 (IPI) 观 察 ， 该区 的 最大 值 达 80.24 ， 已 经 属于 严 重污 染 程度 。 对于其他各个区域可以经过类似计算得到 ， 各区污染程度仍然 依次为 ： 工业区 > 主干道路区 > 生活区 > 公园绿地区 > 山区 。 3 重金属污染源的确定 逼近理想解排序法其基本原理是 ： 基于归一化后的原始数据矩 阵 ， 找出有限方案中的最 优 方案 和 最劣 方 案 （ 分 别 用最 优 向量 A +和 最劣向量 A 表示） 然后分别计算各评价对象与最优方案的距离 Di+ 和最劣方案间的距离 Di-， 从而得到各评价对 象与 最 优方 案 的相 对 接近度 Ci 值 ， 并以 Ci 值的大小为评价优劣的依据 。 具体步骤如下 ： 1） 利用改进的层次分析法确定的权重和规范化决策矩阵 ， 构造 加权标准化矩阵 ：
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城市表层土壤重金属污染分析
摘要
研究城市郊区的表层土壤金属含量，主要是As,Cd,Cr,Cu,Hg,Ni,Pb,Zn八大污染物，由题中附件的数据对该城市不同区域重金属含量作定量分析；用Excel作表计算出各个功能区的各种污染物的平均值（见附录一）,然后作出空间分布图脂肪直方图可直观的得到各区被重金属的污染情况，后用平均值与背景值范围的上限值算相对误差和绝对误差，即可比较判断在各区各种重金属的污染程度；
关键词：重金属含量Excel 误差分析
一、问题重述
1.1 问题背景及信息
我国是一个人口大国，新中国成立之后，由于城市经济的快速发展和城市人口的不断增加，越来越严重的重金属污染事件告诉我们，重金属污染已经迫在眉睫，人类活动对城市环境质量的影响日益突出。
由于各方面的技术，设备，资金问题，引发的环境污染事件，直接威胁到人类的生命安全，所以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。
对于城区，一般按照功能划分可分为：生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区等，若将其分别记为1类区、2类区、3类区、4类区、5类区，不同的区域环境所受人类活动的影响程度、类型都不一样。
我们现在对某个城区的土壤重金属污染进行分析，由给出的调查数据：在城区进行采样，应用仪器分析，获得土壤所含的化学元素及其浓度依据，并且在相对远离人群及工业区的自然区的表层土壤中的元素作为背景值。
附件一列出采样点的位置、海拔高度及其所属功能区等信息，附件二列出了8中主要重金属在采样点处的浓度以及附件三列出了8种重金属的背景值。
1.2提出问题
问题1．做出8种重金属元素在这个城区的空间分布图，以及分析不同区域中重金属对该地区的污染程度。
问题2．通过上一题的结果和数据对重金属的原因进行说明。
；
问题3．将污染物的传播特征找出，并由此建立适当的模型，来确定污染源的位置。
问题4．分析我们建立模型的优缺点，为了更好的了解研究这个城市地质的演变模式，再继续收集信息，再将这些信息综合，建立一个更好的模型解决问题。
二、问题分析
在本文中，我们需要解决四个问题，1.设定一个标准来衡量不同地区不同重金属的污染程度；2.对海量数据进行必要的分析整理，找出不同地区污染最为严重的金属，在对这种金属污染源进行预测分析，并通过土层抽样采点进行验证；
3.
；4. 。
针对问题1，我们主要通过Excel来对数据的整理，以附件三来作为标准数据，对其进行误差分析，得到的相应的结论。
针对问题2，我们最主要的还是在于对海量数据的整理，最终得到各个地区的污染情况，在对污染源进行推测，并对此地进行随机土层采点，应用专门的仪器测试分析其中的含量，并收集相关资料，研究在其允许的范围内含量是否超标，最后就能说明污染的主要原因。
针对问题3，
针对问题4，
三、模型假设
1.假设各地区的金属污染物彼此之间没有联系，受到的人为因素影响忽略不计；
2.假设重金属的含量不受时间的影响，没有被降解，或者没有自生分解为其它伴生矿；
3.假设在同个区的各个地方相对小面积下重金属的污染程度相差不大；
4.假设
5.假设
四、符号说明及名词定义
M j（j=1，2，3，4，5，6，7，8）分别表示As,Cd,Cr,Cu,Hg,Ni,Pb,Zn八种重金属污染的起始值含量；
H ij表示第i个地区第j种重金属的综合平均值（i=1,2,3,4,5;j=1,2,3,4,5,6,7,8）;
五、模型建立及求解过程
问题1
对于该城区的重金属空间分布，我们是综合了附件1和附件2，将属于1区（生活区），2区（工业区），3区（山区），4区（交通区），5区（公园绿地区）的地区分离出来，得到属于同一个区的不同地方的各种重金属含量表（附录1），再用Excel计算出各个各个区的As,Cd,Cr,Cu,Hg,Ni,Pb,Zn八种重金属的总体平均含量，得到如下表格，记作为图（1）
生活区工业区山区交通区公园绿地区
Hg (ng/g)93.04068642.355340.956060
6
446.8225114.9917
Cd (ng/g)
289.9614393.1111152.31969
7
360.0145280.5429
Zn (μg/g)237.0086277.927573.294242
42
242.8549154.2423
Cu (μg/g)49.40318127.535817.317272
7
62.2149330.19171
Cr (μg/g)69.0184153.4091738.95969758.0539143.636
Pb (μg/g)69.1063693.0408336.555909
1
63.534260.70857
Ni (μg/g)18.3422719.8116715.453787
9
17.617115.28971
As (μg/g) 6.2704557.2513894.0440909
1
5.708043
6.263714
图（1）
欲说明某种金属物含量是否超标，我们采用平均值加标准差的方法首先确定土壤背景值，附表三已给出，我们取各种重金属背景值所在范围的最大值作为土壤污染的起始值，将各个地区各种的As,Cd,Cr,Cu,Hg,Ni,Pb,Zn的平均值与相应的土壤污染的起始值（M1，M2，M3，M4，M5，M6，M7，M8）作比较，得出相应的地区的污染状况，最终我们得出的结论是总体上来说山区地区的各种重金属含量均在各种土壤污染的起始值之下，故相对其它地区而言，山区地区的土壤环境是较好的。
下面我们要分析该城区内不同区域重金属的污染程度，旨在说明在不同地区的主要污染类型，我们采用相对误差与绝对误差的方法来进行分析，有下面计算公式：
P i=(H ij—M k)/H ij
得到如下表格，记作为图（2）
在而我们根据图（1）的平均数据，利用Excel 作出总体的各地区各种重金属含量空间分布直方图，记做图（2）
0100
200
300
400
500
600
700
污染物含量
Hg (ng/g)
Cu (μg/g)Ni (μg/g)
1区
2区
3区4区
5区
污染物类别
功能区
空间分布图1
1区2区3区4区5区
图：
由所得直视图与斜视图综合可得：。