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关于城市表层土壤重金属污染分析摘要 本文研究了人类活动带来的重金属对土壤的危害 针对问题一，我们对附件1,2数据作图分析，得到8种不同金属元素分别在城区的空间分布图及5个功能区污染最显著的重金属元素空间分布图经分析可得出不同功能区域内各样本点上每种元素浓度大小参照以浓度划分土质污染级别国家标准，得到各功能区在每种元素作用及8种元素共同作用下的污染级别 针对问题二，利用上一问得到的空间分布图及污染级别，分析每个功能区各自的人类活动和设施环境，分析在不同级别污染程度下的主要原因，结果显示：重金属主要来源为：化工厂污染，汽车尾气排放和轮胎摩擦产生的锌粉；工业快速发展地区铅高于生活区，铅与距公路远近有关对于问题三，经分析发现各元素在城区内呈现基本由西到东水平方向上浓度逐渐递减的趋势，依此建立浓度距离污染源越远而越小的递减模型，在重金属以沉淀累积为主要传播特征的前提下，找出了以工厂为主要污染源的A,B两区域元素浓度最大值点的水平方向上，y轴近乎相同范围内浓度随x轴值增大而逐渐减小的的两组样本点，然后作图和衰减模型做出的图对比，得到污染源的位置，As，Cd，Cr，Cu，Pb污染大的位置为：工厂的x（5000---60000）y（9000--10000）和x（2000---30000）y（2000--4000）；Zn、Hg的位置为工厂的x（10000---120000）y（9000--10000）范围和x（10000---120000）y（2000--4000）。

最后一个问题中，从人为破坏，自然灾害两大方面得六个影响地质环境演变的重要因素：人口问题，水体污染，酸雨和毒雾，地震，洪水和旱灾出发建立层次模型可以通过权重比较六种因素影响其演变的快慢及程度，建立6种因素与地质演变之间的关系或模型关键词：浓度梯度 层次分析 微分方程一、问题重述对某城市城区土壤地质环境进行调查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、问题分析本题主要是研究人类活动下造成的重金属污染。

题目给出了一个城区的不同功能区利用GPS定位取样测得8种重金属在地表层的浓度值，让我们具体分析重金属污染的空间分布、污染程度以及造成污染的主要原因要想清晰的找出污染原因，我们利用立体图的形式将其8种金属元素在空间分布及浓度大小直观呈现出来，是解决问题的基础和前提在分析污染程度及原因时，是考察我们对现实生活形态下实质原因的理解，所以我们应结合实际情况利用土地污染级别和不同功能区自身环境设施及人类活动来分析其原因和污染程度对于第三问，则是针对重金属自身传播途径和特性出发，建立传播方式与浓度下的关系确定污染源的位置，故我们需要查找资料充分了解其特性找出能解决实际问题的方法经分析发现各元素在城区内呈现基本由西到东水平方向上浓度逐渐递减的趋势，依此建立浓度距离污染源越远而越小的递减模型对于第四问，我们应纵观生活形态下各种影响地质的因素及认为方式，从不角度结合特性建立地质改变与影响因素之间的关系以至于能够采取措施来减缓，因破坏引起的坏境改变三、 模型假设（1） 采样点在距离差为S处的浓度的变化率（即单位距离的浓度减少量）与采样点的浓度成正比，且记浓度变化率为常数K2） 浓度随距离变化而连续变化，可看成距离的连续函数。

3） 不考虑风力等外在因素对重金属传播的影响4） 将工厂视为主要污染源，不考虑灌溉、农药喷洒等因素污染四、 符号说明符号含义C(S)距离为S处的采样点的浓度（ug/g）A目标层C准则层P子准则层C1人为影响C2自然灾害Pi表示第i个指标的名称（i=1,2,3....6分别表示人口问题，水体污染，空气污染，地震，旱灾，洪灾）Q表示各个指标的权重五、 模型的建立与求解问题一：为了说明在基础上的重金属污染主要及原因，首先我们可通过资料查得按浓度范围划分的土地污染级别 表1：土壤环境质量的标准值元素级别自然背景一级二级三级四级As (ug/g)<=3.6(3.6,15)(15,25)(25,30)>=30Cd(ng/g)<=130(130,200)(200,300)(300,1000)>=1000Cr(ug/g)<=31(31,90)(90,300)(300,350)>=350Cu(ug/g)<=13.2(13.2,35)(35,150)(150,400)>=400Hg(ng/g)<=35(35,150)(150,500)(500,1500)>=1500Ni(ug/g)<=12.3(12.3,40)(40,50)(50,200)>=200Pb(ug/g)<=31(31,35)(35,300)(300,500)>=500Zn(ug/g)<=69(69,100)(100,250)(250,500)>=500其次，调用附录1,2通过编程，x轴表示水平距离，y表示竖直距离，颜色从绿到黄，表示海拔高度依次升高，分别获得各种元素在城区空间分布图及八种元素共同存在下的城区空间分布图。

各种重金属空间分布图如下：该城区土壤As的空间分布特征 由上图我们可看出，黄点表示的山林区集中在城区的东北部，海拔较高的地区红点表示的工业区则均匀分布在西部边界范围内，浅蓝三角点表示的交通区遍布城区的各个范围右方彩条表示由下及上逐渐增高的海拔图中数据具体表示就是在具体X，Y，及海拔下样本点上As元素的浓度分析As程度及功能区分布特征，可得到不同功能区样本点内的污染级别 在海拔高度高的山区由重金属浓度的污染级别几乎全在背景值附近，即可以认为As没有污染在工业区为一级污染，总体As元素的分布没有明显的富集 该城区土壤Cd的空间分布特征 黄点表示的山林区集中在城区的东北部，海拔较高的地区红点表示的工业区则均匀分布在西部边界范围内，浅蓝三角点表示的交通区遍布城区的各个范围右方彩条表示由下及上逐渐增高的海拔图中数据具体表示就是在具体X，Y，及海拔下样本点上Cd元素的浓度 分析As程度及功能区分布特征，可得到不同功能区样本点内的污染级别 Cd在山区的浓度接近背景值，即未被污染主干道路区的Cd浓度大部分在（300——1000），即为三级污染在工业区为二级污染，从西北向西南递增，在主干道路区从中东到西南递增。

该城区土壤Cr的空间分布特征 同样可得，黄点表示的山林区集中在城区的东北部，海拔较高的地区红点表示的工业区则均匀分布在西部边界范围内，浅蓝三角点表示的交通区遍布城区的各个范围右方彩条表示由下及上逐渐增高的海拔图中数据具体表示就是在具体X，Y，及海拔下样本点上Cr元素的浓度分析Cr程度及功能区分布特征，可得到不同功能区样本点内的污染级别Cr在山区的浓度几乎均在背景值附近，即Cr在山区没有污染主干道路区Cr的浓度从西南角向东北逐渐增大，各别已达到二级污染在山区从东北到东南逐渐增大，但都在一级以内 该城区土壤Cu的空间分布特征 黄点表示的山林区集中在城区的东北部，海拔较高的地区红点表示的工业区则均匀分布在西部边界范围内，浅蓝三角点表示的交通区遍布城区的各个范围右方彩条表示由下及上逐渐增高的海拔图中数据具体表示就是在具体X，Y，及海拔下样本点上Cr元素的浓度Cu在山区的浓度基本在背景值附近，即Cu在山区无污染；在主干道路区从西南到中东递减工业区基本在二级左右，浓度分布均匀山区旁边的绿地区污染小于工厂旁边的绿地区，但都在一级污染以内。

该城区土壤Hg的空间分布特征 山区都在一级污染以内，在工业区西南角污染严重，部分已达四级，其他均在三级污染左右，在主干道路区，从中东到西南逐渐增大，从一级增大到二级 该城区土壤Ni的空间分布特征在各区基本都处于一级污染，只有工业区少部分达到二级污染 该城区土壤Pb的空间分布特征 在山区基本都在背景值以内，在主干道路区，从西南到中东逐渐减小，基本处于二级污染，工业区和绿地区都基本在二级污染该城市土壤Zn的空间分布特征 山区东北角处于背景值以内，其他山区都处于一级污染；在工业区从中东向正西逐渐增大，从三级污染减小到了二级污染在主干道路区西南角高达四级污染，沿西南角向四周依次减小生活区和绿地区处于一级污染 该城区八种重金元素污染状况的分布图注;图中右方彩色值条从下到上依次代表：As 、Ni、 Cu、 Cr、 Pb、 Hg、 Zn、 Cd这八种重金属元素分析：在x,y和海拔的三维坐标下可以看出由不同元素，表示元素的空间区域位置和其对某一空间区域内污染程度的大小。

如山区主要受Hg元素的影响，故Hg在山区的分布较密集，但Hg的含量并未超过背景值，故其并不是山区的污染物交通区的污染程度受Zn元素的影响较大，其部分地段的污染在四级水平通过对Excel中数据的处理我们得到土壤重金属元素含量特征参数如下：表2：土壤重金属元素含量特征参数统计 元素采样点（个）背景值（ug/g）最大值（ug/g）最小值（ug/g）平均值（ug/g）平均值与背景值的比值As3193.630.131.165.651.57Cd3190.131.619800.040.30242.33Cr31931920.8415.3253.511.73Cu31913.22528.482.2955.024.17Hg3190.035160.008570.299718.56Ni31912.3142.54.2717.261.4Pb31931472.4819.6861.741.99Zn319693760.8232.86201.202.92 结果与讨论：该城区土壤重金属含量分析。