几种重金属污染传播模型
基于扩散模型的重金属污染问题的研究
基于扩散模型的重金属污染问题的研究摘要：在众多污染环境的物体中，重金属污染物的环境毒理性较强，与人体健康密切相关，土壤重金属污染物可通过摄取、吸入、皮肤吸收等多种途径危害人体健康，并且土壤是这类污染物的主要载体。
因此，本文选取了危害度比较大的8种重金属污染物，重点研究它们对环境及城市地质环境演变所造成的一系列影响。
关键词：扩散方程；聚类统计分析；传播特征中图分类号：x531 问题分析随着城市经济的快速发展，人类活动对城市环境质量的影响日显突出。
研究土壤中重金属含量及其传播特性等方面显得尤为重要。
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，不同的区域环境受人类活动影响的程度也不同。
现对某城市城区土壤地质环境进行调查，选取危害度较大的8种重金属污染物，重点研究其对环境的污染程度、污染源的位置及造成污染的主要原因等问题。
1.1 土壤重金属评价方法与标准（1）土壤重金属的单项污染指数评价方法[1]采用单因子指数法，其计算公式为：式中pi为土壤中污染物i的环境质量指数，ci为污染物i的实测值，si为污染物i的评价标准。
利用此方法可得出单因子污染物的等级和污染程度：1级（pi≤1）非污染，2级（13）重度污染。
（2）土壤重金属的综合污染指数评价方法和分级标准[1]为了全面反映各污染物对土壤的不同作用，突出高浓度污染物对坏境质量的影响，采用内梅罗综合污染指数法。
其计算公式为：其中，p综为综合污染指数；pavg为所有单项污染指数的平均值；pmax为土壤环境中各单项污染指数中的最大值。
利用此方法得出综合污染分级标准：对表1所示的结果进行分析，可以清晰的看出，各个城区的污染状况，及各种重金属在各个区的污染程度。
2 模型的建立与求解2.1 重金属污染物在土壤中的传播重金属进入土壤的主要方式有干湿沉降、污水灌溉、废弃物的堆积等。
有些具有挥发性重金属，或工厂直接向空气中排放的废气和粉尘中均含有不同程度的重金属污染物，在地球重力、雨水冲刷作用下，这些重金属污染物会降落到土壤中。
城市表层土壤重金属污染分析模型
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》。
重金属迁移转化模型及应用
重金属迁移转化模型及应用本文旨在研究重金属迁移转化模型及其在环境保护领域的应用。
重金属在环境中存在着暴露风险，重金属污染是全球环境问题的核心，对公众健康和生态环境造成了严重的危害。
因此，研究重金属在环境中的迁移转化规律至关重要。
有关重金属的迁移转化的研究也越来越受到关注，其研究结果可用于实际应用。
首先，研究来探讨重金属迁移转化的模型。
迁移转化的模型的研究是重金属在环境中的迁移转化规律的基础，是重金属在环境中的迁移转化模式的研究，是中长期污染治理中重金属污染迁移转化机制分析和预测的基础，也是把重金属从环境中高效地清除的基础。
目前，重金属迁移转化模型分为有限体积、固体容器、混合体系、土壤和河流容器等几种不同的模型。
其中，有限体积模型最为常用，可以用于预测重金属在环境中的迁移特性。
另外，固体容器模型、混合体系模型和土壤容器模型可以用于计算重金属在环境中的累积。
其次，进一步研究重金属迁移转化模型在环境保护领域的应用。
重金属污染对环境和人类健康造成了长期危害，重金属污染修复技术在环境保护领域起着重要的作用。
重金属迁移转化模型可以用于评价环境中重金属污染的空间分布特征，为重金属污染修复技术的发展提供重要的依据。
此外，重金属迁移转化模型也可以用于环境监测，及时发现重金属污染的变化趋势，进一步研究重金属污染的有害作用，更好地说明环境污染的机理，从而有助于采取有效的污染防治措施。
最后，本文探讨了重金属迁移转化模型及其在环境保护领域的应用。
重金属在环境中的迁移转化规律和机理研究显示，重金属迁移转化模型可以被用于预测、监测和评价重金属污染，可以有效把重金属从环境中清除。
重金属迁移转化模型及其应用的研究，为重金属污染的修复和防控提供了重要的理论依据，对保护公共健康和环境具有十分重要的实际意义。
重金属迁移转化模型及应用
重金属迁移转化模型及应用
重金属是指元素原子核内具有大量质子且带有重原子核的元素，它们的原子半径较大，在化学性质上，它们具有较强的稳定性。
在目前的环境中，重金属被污染物不同形式的污染源而释出，它们的残留可在水、土壤和大气中的检测，如果不及时控制，它们可通过食物链影响全球生态系统和人类健康。
因此，重金属迁移转化模型研究了重金属在其转化过程中在自然界中的迁移和转化规律，为进行重金属污染控制提供了有效的方法。
重金属迁移转化广泛应用于工业、农业、采矿、物流等各个领域，主要涉及云污染物，土壤水文领域，贝类饲料生产等领域。
针对云污染物，利用重金属迁移转化模型可以预测重金属污染物的变化趋势，为污染物的控制提供科学依据，例如，可以研究重金属污染物的扩散、沉降和空气变化，以找出最佳的污染治理技术。
土壤水文领域，重金属迁移转化模型可以预测重金属污染物在土壤-水环境中的传输、吸附和衰减过程，为污染物的排放和控制提供重要的科学依据，同时，可以研究降水等自然灾害如何影响重金属污染物的释放，以便制定有效的污染控制策略。
贝类养殖业中，重金属迁移转化模型可以模拟重金属污染物从水和食物中迁移到贝类体内的过程，有助于预测和控制贝类养殖业中污染物的残留量，为贝类养殖业提供技术支持，保证人们食用贝类无害。
总之，重金属迁移转化模型具有重要的实用价值，它可以预测重金属污染物在自然界及人为活动中的变化，为重金属污染的控制和管
理提供有力的技术支持。
因此，重金属迁移转化模型的实施对维护地球环境、保护人类健康具有重要的意义。
城市表层土壤重金属污染分析模型
描述 8 种重金属元素的空间分布，应该将其用图像表示出来。为了更好地体现空间 性，首先画出该城区的地形图，参考 MATLAB 中等高线绘制函数 contour，将元素的浓度 表示为不同的颜色，绘制等浓度图。分别画出不同元素在整个城区的分布图和分别在各 个区的分布图。但这不能体现海拔与浓度的关系，因此下面还应画出海拔和浓度的关系 图。对于污染程度，首先考虑不同区域各个元素的污染程度，再综合考虑每个区域的综 合污染程度，引入内梅罗指数和不同元素的权重，计算不同区域的综合污染程度。
表 1 城区土壤重金属元素含量分析
元素 极小值
极大值
平均值
背景值
变异系数
As
1.61
Cd
0.04
Cr
15.32
Cu
2.29
Hg
0.0857
Ni
4.27
Pb
19.68
Zn
32.86
30.13 1.6198 920.84 2528.48
16 142.5 472.48 3760.82
5.6765 0.3023 53.5097 55.0167 0.2997 17.2618 61.7409 201.2026
3
图 2 8 种元素在该城区的分布情况图
图 3 8 种元素在一类区的分布情况图
4
图 4 各个元素浓度随海拔变化图 从该图可以看出浓度随海拔的降低而升高，这可能是人类在海拔低处的活动较多， 对重金属元素的浓度产生了较大的影响。 1.2 污染程度分析 下面对该城区中不同区域重金属的污染程度进行具体分析： i）整个城区元素含量分析 根据所给的数据，对该城区土壤重金属元素的含量进行分析，可得到表 1 的结果。
同样，可以得到其他四个区中 8 种元素的权重ω（k) , k = 2,3,⋯,5 .
基于UNMIX模型的北京城区公园土壤重金属源解析
基金项目: 国家重点研发计划项目( Ｎｏ.２０１９ＹＦＣ１８０４６００) ꎻ 中央级公益性科研院所基本科研业务专项( Ｎｏ.２０１９ＹＳＫＹ００６)
Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ( Ｎｏ.２０１９ＹＦＣ１８０４６００) ꎻ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｌｅｖｅｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ ｆｏｒ Ｂａｓｉｃ
源解析. 结果表明:①北京城区公园土壤中 ｗ( Ｃｒ) 、ｗ( Ｃｕ) 、ｗ( Ｐｂ) 、ｗ( Ｚｎ) 、ｗ( Ｃｄ) 的平均值分别为 ６３ ５７、３５ ４９、３６ ４３、１４５ ６８、
０ ４９ ｍｇ∕ｋｇ. 除 ｗ( Ｃｒ) 外ꎬｗ( Ｃｕ) 、ｗ( Ｐｂ) 、ｗ( Ｚｎ) 、ｗ( Ｃｄ) 的平均值均高于区域背景值. ５ 种重金属含量均未超过 ＧＢ ３６６００—２０１８
ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｖａｌｕｅｓ. Ｉｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｎｏｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｍｅｔａｌｓ ｗｅｒｅ ａｌｌ ｂｅｌｏｗ ｔｈｅ Ｓｏｉｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｒｉｓｋ
Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｓｏｉｌ Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｌａｎｄ ( ＧＢ ３６６００￣２０１８) ꎬ ｗｈｉｃｈ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｏｉｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ
ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｃｒꎬ Ｃｕꎬ Ｐｂꎬ Ｚｎ ａｎｄ Ｃｄ ｗｅｒｅ ６３ ５７ꎬ ３５ ４９ꎬ
重点源大气砷铅污染排放模型及特征
作 者 简介 ：吴 文俊 （ ９ ５ 生 ） １８ 年 ，男 ，清华 大学 硕 士毕业 ，主要 从事 水 污染 防治 规划模 拟 研究 。Ｅｍａｌｗ ｗ ＠ｃｅ．ｒ．玎 － ｉ ｕ ｊ ａｐｏｇｃ ：
收 稿 日期 ：２ １－９２ ０ １ －７ ０
吴文俊等 ： 重点 源大气砷 铅污染排放模 型及特征
间内都将是最 主要 且最为重要的人为排放源 。 通过 系统调研燃煤及有 色金属冶炼业资源及产业布局状况 ， 构建 目前我 国大气 重金属相关清单模 型 ，进行 了我 国重点源大气砷 、铅排 放清单分析 ，结果表 明：（ ）２ ０ － ２ ０ １ ０ ０－ ０ ８年我 国燃煤大气砷 、铅排 － 放量共为 ９ ３ ， ３７ ３ 年均增长率为 ７９ ％，０ ４ ２ ０ 年有色金属冶炼业 大气 砷 、 ｔ ．３ ２ ０－ ０ ８ 铅排放 量共 为 １ ３ ， ８ ６ｔ年均增长率 为 １ ． ８ ５２ ％； （ ２）２ ０ － ２ ０ ０ ０ ０ ８年各经 济部门中电力部门燃煤大气砷 、铅放量始终最 高 ，占燃煤 大气排放总量的 ４ ．％～ ７１ ４６ ５ ．％，且呈逐 年
一
色金属工业的发展 ， 有色冶炼过程的大气重金属污 染 问题 也越来 越 突 出Ｌ 。 １ 我 国的有色金属 工业 由于受矿藏资源分 布的 影 响 ，在 各省 间 的分 布不 均匀 ，经过 多年 的 产业结 构调 整 ，已经逐 渐 形成 了较 为合 理 的 中西部 开采 冶 炼 ，东部 加工 的格 局 。从地 理位 置 上看 ，我 国 的有 色金 属 资源 多分 布在 中ห้องสมุดไป่ตู้ 部地 区 ，全 国已探 明 的有 色金属矿产资源储量 中 ９％的铜 、９％的铝、７％ ２ ６ ６ 的铅 、８％的锌 ，９ ％的镍 均 分 布在 中西部 地 区 ， ０ ０ 这 些 地 区 形 成 了有 色 金 属 矿 山开 发 和冶 炼 生 产 的 基 地 ，而 东部 的浙 江 、江苏 、广东 等 地都是 有 色金 属 的主要 消费 地 ，华 东 和华南 的消费量 占全 国总消 费量 的 ７％ ，加工 企业 和 消费 企业 多集 中于此 ，形 ０ 成 了有 色金 属加 工 生产 基地 。 有 色 金属 冶炼 可分 为 火法 冶炼 和湿法 冶 炼 。 目 前 铅冶 炼 和铜 冶炼 业都 是 以火 法为 主 ，锌冶 炼业 则 是 以湿 法 为 主 。 火 法 冶 炼 的三 个 主 要 过 程 包 括 焙 烧 、熔 炼 和精炼 。焙烧 炉运 行在 １ ０ ℃左 右 的高 ０ ０ 温下 ，以重金 属 汞为 例 ，矿石 中几 乎所 有 的汞及 其 化合 物 都会 在这 个过 程 中释 放 出来 。熔炼 过 程 的操 作温度一般为 １ ０ ０℃左右 ， ６ 残存于焙砂中的重金 属元 素将 在 这一 过程 中全 部 挥发 出来 ，相 比而 言精 炼过程的排放则可忽略不计。湿法冶炼的第一步也 是 先 进行 矿石 焙 烧 ，所 以无论 是湿 法冶 炼 还是 干 法 冶 炼 ，有 色金 属矿 石 中重 金属 元 素的释 放 比例都 非常 高 。
重金属污染物扩散FICK 模型
FICK 模型：<一>，Fick 第二定律简介：22xC D T C ∂∂=∂∂ C T C =),0(0)0,(C x C =0),(C T C =∞符号说明：),(T x C : T 时间后距离扩散源x 米处气体浓度。
0C : 初始浓度。
C : 气体浓度。
D : 扩散系数。
<二>，模型假设：（1）假设扩散系数为常数。
（2）扩散过程中没有特殊外界条件影响（刮风或下雨等）。
（3）扩散过程中外界温度恒定。
（4）扩散过程中气体没有与外界发生化学反应。
<三>，模型求解：假设气体发生泄漏（T=0）时刻，所以气体泄漏中心周围处浓度C 与时间和距离（r ）的关系可用Fick 第二定律求解，公式如下：22rC D T C ∂∂=∂∂ （1） 令Tr =λ代入（1）式可得：TC D r C D 1.222λ∂∂=∂∂ (2) 可得出(1)式为：λλλ.222∂∂=∂∂-C C D (3) 若n=2，D41=α，代入化简，积分可得：⎰+-=λλλ02)4exp(B d D A C (4) 令DTr D 22==λβ，由高斯误差积分公式可求得：⎰∞=-022)exp(πββd （5）根据初始化条件可知，02C A π-=,0C B =最终求得的模型公式为： )2()exp(2000200Dtr erf C C d C C C -=--=⎰βββπ （6） 不妨取D=0.00001,发生泄漏时初始气体浓度1000=C 量纲，扩散时间T=1.0*108秒，利用Matlab 编程模拟，得到模拟图像如下：模型评价：Fick 第二定律模拟出了理想状态下气体源扩散的过程，从仿真图（地平面点浓度）可以直观的看出，在气体源位置浓度最大，然后均匀向四周浓度逐步减少扩散，大致符合实际气体扩散过程，模型缺点为，条件过于苛刻，现实气体扩散中，往往收到外界条件影响，比如风向等等。
MATLAB：%FUNCTION绘制理想状态下，气体扩散模型。