2011A题 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问题一为了得到8种重金属元素的空间分布情况，对所给数据进行非线性拟合和插值，运用Origin绘制出重金属元素的浓度等高线图。地积累指数法模型：2log[/()]geonnIDABDn是指重金属元素n在表层土壤中的测定值；Bn是指表层土壤中元素的背景值；A为考虑到生物行为（吸收、附着、排泄、尸体）对重金属的富集运移引起背景值变动而取的一个系数（一般取值1.5）分区各元素地积累指数区域AsCdCrCuHgNiPbZn10.130.340.150.880.20-0.080.240.4720.210.80-0.031.381.32-0.030.670.863-0.53-0.53-0.45-0.39-0.60-0.46-0.46-0.594-0.060.600.031.070.46-0.180.280.6550.140.18-0.170.400.20-0.340.130.05富集因子法模型：•为富集因子•为i元素的浓度；•为参比元素的标准浓度；•下标s和b分别表示样品和背景。(/)(/)insFinbCCECCFEiCnCFE城区不同区域土壤富集因子分区AsCdCrCuHgNiPbZn1类区1.742.232.233.742.661.497.653.432类区2.013.021.729.6618.351.6134.033类区1.121.171.261.311.171.261.181.064类区1.592.771.874.7112.771.432.053.525类区1.742.161.412.293.291.241.962.24综合因子响应模型：为重金属的测定值（选取区域采样点平均值）；为重金属的背景值单因子污染指数公式为：()/aedbackbackrCCCaedCbackC综合因子响应公式为：()/Rrnn为的重金属元素个数1r区域单因子污染指数综合响应因子污染评价AsCdCrCuHgNiPbZn10.741.231.232.741.660.496.652.432.66中度污染21.012.020.728.6617.350.612.003.035.68严重污染30.120.170.260.310.170.260.180.060.00没有污染40.591.770.873.7111.770.431.052.524.16严重污染50.741.160.411.292.290.240.961.241.49低度污染三种方法得出的结果基本一致且与浓度等高线图相吻合。城区内不同区域的污染程度：山区基本没有污染；生活区和公园绿地区轻度污染;工业区和主干道路区污染比较严重。问题二•污染原因工业区:工业企业废水、废气及固体废弃物主干道路区:汽车尾气和轮胎磨损生活区:生活垃圾公园绿地区:化肥灌溉及花草养护城区不同功能区的土地利用方式存在差异，而土地利用方式的差异实际上是人类活动方式、活动强度的差异，这些差异必然会影响到土壤重金属的含量及分布。问题三重金属扩散速度慢传播特征空间分布特征采样点海拔高度差较小相对集中重金属元素传播方向重金属元素的传播方向近似于热量的传播方向（高温区→低温区），即沿高浓度指向低浓度0123x10400.511.52x104-150-100-50050100150xaxisNi的浓度立体图yaxis改进的“草帽”模型：•采样点横纵坐标•代表采集点化学元素浓度值•“草帽”最高点的位置修正参数•“草帽”形状修正参数•“草帽”高度修正参数2222sin()/()/()/()/xadybcZexadybc,xyZab、cd、e最小二乘法拟合•对给定数据点{(Xi，Yi)}(i=0,1,…，m)，在取定的函数类Φ中，求p(x)∈Φ,使误差的平方和E^2最小，E^2=∑[p(Xi)-Yi]^2。从几何意义上讲，就是寻求与给定点{(Xi，Yi)}(i=0,1,…，m)的距离平方和为最小的曲线y=p(x)。函数p(x)称为拟合函数或最小二乘解，求拟合函数p(x)的方法称为曲线拟合的最小二乘法。模型的求解2000~50003000~700021000~2300010000~1500024000~2800010000~15000峰值区1污染源：纵坐标范围峰值区2：横坐标范围纵坐标范围峰值区3：横坐标范围纵坐标范围以Ni为例Mtalab最小二乘法拟合结果：峰值区1：横坐标范围峰值区2污染源：峰值区3污染源：(3164.2,5834.2)(22002,11994)(27831,12001)问题四模型改进：因为重金属传播速度慢，短时间内数据并不能很好的体现污染的总体情况，为了更好的研究城市地质环境的演变模式，仅依靠题目所给的单一时间的数据是不够的，必须建立长久的监测模式，通过对已知数据的处理分析对未来状态做出预测。灰色GM（1.1）模型灰色GM（1,1）模型是灰色系统的基本数列预测模型，根据本题实际情况，我们以时间为序列的采样点元素浓度值作为模型数列。通过对模型的求解，预测得到未来的重金属浓度分布情况，为治理土壤重金属污染提供理论依据。因此我们还需测量每单位时间采样点8种重金属元素的浓度值。