城市表层土壤重金属污染分析摘要本文基于从某城区划分出的功能区：生活区、工业区、山区、主干道路区、公园绿地区中采集的数据，建立合理的模型，分析了该城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各类重金属元素的空间分布图。在分析城区重金属污染程度时，首先利用Muller指数法结合污染等级的打分，确定出同一功能区内不同元素的污染程度以及不同功能区内同一元素的污染程度。然后基于熵权法确定的各类元素对污染影响的权重，建立多目标模糊综合评价模型，得出各类功能区重金属污染的总体程度：山区无污染，其他地区轻度-中等污染。按模糊评价值得到的污染程度排序为：工业区>主干道路区>生活区>公园绿地区>山区。针对问题二，计算不同功能区内8种重金属元素的平均Muller指数值，结合第一问中得出的各类元素对污染影响的权重，确定出各个功能区中的主要污染元素：生活区(Cd、Zn)；工业区(Hg)；山区(Cd)；主干道路区(Hg、Cd)；公园绿地区(Hg、Cd)。然后运用变量聚类法按照重金属元素的污染相似性进行归类。再结合各功能区自身的特点，分析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传播途径进行分析，得出污染的传播特征。综合考虑大气扩散建立高斯扩散方程，土壤迁移建立一维对流弥散方程，并计入海拔对土壤中对流速度的影响，得出大气～土壤传播模型。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个采样点作为传播范围，由模型求解值与实际测量值得出平均相对误差，小于所设阈值则将其作为污染源，依此方法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)。针对问题四，结合实际污染物的传播特征，剖析所建模型的优缺点。基于模型没有考虑水流影响、土壤中纵向深度的传播、土壤吸附作用的主要缺点，收集每月不同地面位置不同土壤深度下各类污染物的浓度、每月平均降水量、土壤相关参数等信息，对模型进行完善改进。本文最后对各功能区污染程度的评价结果和确定污染源时的误差进行检验，剖析了前两问所建模型的优缺点，并就土壤重金属污染防治问题给出具体建议。关键词：克里格插值Muller指数熵权法多目标模糊综合评价变量聚类高斯扩散一维对流弥散一、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。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(标准值)。附件1列出了采样点的位置、海拔高度及其所属功能区等信息，附件2列出了8种主要重金属元素在采样点处的浓度，附件3列出了8种主要重金属元素的背景值。现要求通过数学建模来完成以下任务：(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、问题分析2.1问题背景分析2.1.1重金属污染物的主要来源及危害随着城市化和工业化进程的加快，城市工业排污量急剧增加，大量重金属污染排向了物环境中，重...
