数学建模论文-城市表层土壤重金属污染分析.doc

城市表层土壤重金属污染分析【摘要】城市是人类活动最密集的地区，其土壤环境质量与人类健康息息相关。随着城市化进程及工业的迅速发展，城市土壤重金属污染状况已日趋严重，直接影响到城市生态环境和人类健康。本文根据对城市表层土壤重金属污染的分析，研究人类活动影响下城市地质环境的演变模式问题。针对问题一，我们根据所给数据使用matlab建立三维模型，运用统计学方法，绘制出地形图和8种重金属元素的分布图，通过图形将重金属的污染程度及空间分布趋势更为直观地展现出来。同时结合采用单因子污染指数、内梅罗综合污染指数、均值法、标准差法、变异系数法法、主成分分析法等来综合评价和分析不同区域的重金属污染程度。得出不同功能区中污染程度的趋势hgcuzncd pbcrasni，且造成不同功能区表层土壤污染的重金属种类存在明显差异，不同功能区土壤重金属综合污染指数分别是：工业区交通区公园绿地区生活区山区，其中工业区、交通区、公园绿地区、生活区均达到重度污染，山区达到轻度污染。针对问题二，根据问题一得出的城区和不同功能区的土壤重金属分布特征，对不同功能区重金属含量比较采用方差分析，对各功能区之间重金属两两比较采用多重分析，结合土壤重金属的相关性分析，确立各功能区之间是否有相似的污染来源及受人为活动影响的程度，解析不同功能区的重金属分布差异，从而得出重金属污染的主要原因为工业活动、汽车尾气的排放等。针对问题三，我们由matlab作图分析每种重金属的分布特点，分析得金属浓度与污染源的高度差和距离呈正态分布图形，并且两者相关性较小，由此建立模型为通过两边取对数，转化为多元非线性回归问题求解。对指数部分求极值，可确定污染源的位置。针对问题四，我们客观分析了模型的优缺点。该地区每年工业、生活中污染源的垃圾排放量，生物降解量，降雨量、空气状况，土壤样品的ph值及有机质含量范围等，对进一步修正现有模型很重要。实际工作中，结合建立的模型，综合应用主成分分析、相关分析、地统计分析、及对流扩散微分方程理论等，也是我们更好研究地质环境演变模式的关键。【关键词】 重金属 数学模型 传播方程 非线性回归一 问题的重述土壤人类环境相互作用中土壤质量变化是土壤学家和环境学家十分关注的问题，也是国际全球变化研究计划中“全球变化与生态系统”项目的主要内容。随着城市化、工业化的快速发展，我国城市土壤环境和健康质量问题日益突出，这不仅制约了我国经济的快速发展，还严重影响着生态安全及人类健康。城市土壤中重金属已被许多学者作为指示城市环境污染程度大小的一个非常有用的指标。1研究重金属污染对城市环境的影响，重金属的来源及其分布规律是一个重要的研究内容，也是一项基础性工作。现代城市按照功能划分，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。通过对某城市城区土壤地质环境的调查，我们得到了采样点的位置、海拔高度及其所属功能区等信息，每个样本所含的8种主要重金属元素的浓度数据以及该城区表层土壤中8种主要重金属元素的背景值。我们的任务是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。在此，有待解决的问题有：（1）给出8中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 问题的分析 根据题目中的说明，我们依次对每个问题来进行分析。首先，由附件中给出的采样点的位置、海拔高度及其所属功能区等信息，我们可以描绘出城区地貌图和8种重金属在各区域的浓度分布图，进而分辨出功能区区域和采样点的分布特征，得到8种重金属元素在该城区的空间分布。对不同区域内的重金属元素进行单一和综合比较，得出各区域的污染程度。2其次，由于每种金属和每个功能区污染的主要原因都不相同，因此我们针对每个区进行各种因素的比较，进而分析出影响该区污染的主要原因。再通过综合因素的评定以及数据的分析得出整个城市各种金属污染的主要原因。结合第一个问题得出的结论，对各重金属元素进行相关性分析，某区某些元素相互间存在正相关或负相关，若为正相关则说明该区有相似的污染来源，并结合该区的特征进一步确定污染原因。再次，了解各种重金属的传播特征，在第二步的数据基础上运用主成分分析法确定该城区各功能区的重金属的载荷程度，进而确定各功能区的污染源。对整个城市第一第二主成分分析得出该城市载荷最大的金属元素，即为该城市的污染源位置。再利用回归分析得到回归方程，进而确定污染源位置。 最后，分析模型优缺点，了解城市地质环境的演变模式，收集影响环境的息，根据这些信息再优化模型。 三 符号说明 土壤中重金属i的污染指数； 土壤中重金属i的实测浓度； 土壤中重金属i的评价标准， 内梅罗综合污染指数； 土壤中各种所测重金属的单因子指数平均值；max() 土壤中各重金属元素单因子指数最大值；n 重金属种类总数；c.v 土壤中重金属元素的变异系数； 土壤中重金属元素的平均含量； 土壤中8种重金属元素。四 模型假设1、假设污染源的重金属浓度不再增加；2、假设所给的采样点的数据都是可靠准确的；3、假设取样点在一定时期内未受明显直接性扰动4、假设污染物的排放瞬时完成，且排放速率恒定；5、假设污染物的沉降速率恒定；五 问题一、二的分析与求解5. 1 问题一、二的分析 我们由对题目的了解和所给的数据得知，所取采样点的城区划分间隔为1 图1公里。采样点深度为表层土的0cm-10cm。因而可以认为采样点的坐标对城区的地形坐标影响可以忽略。我们可以把采样点的坐标做为城区的坐标。因此利用matlab可以画出该城市城区的地形图（利用程序1见附录），得到该城市城区地形平面示意图（如图1）和地形立体示意图（如图2） 该图中的圆点为测量中采样点的坐标，x轴和y轴分别为测量数据中的x值和y值。图中的不规则图形为等高线，线越稠密的地方表示该地的海拔越高。由此可以看出该城市城区为山区，地势不平。 图2由该图可以更加直接看出该城区的地势情况。从而间接的验证了图1分析的正确性。根据各采样点的坐标和浓度数据，我们以采样点的纵横坐标和该点的浓度数据为依据通过matlab做出了该地区不同重金属的浓度等值线。（利用程序2，见附录）8种重金属元素的分布图（如图3-图10）。 图（3） 图（4） 图（5） 图（6） 图（7） 图（8） 图（9） 图（10）图中的圆点表示采样点的位置 5. 1. 1：单因子指数评价法单因子指数评价法是以土壤元素背景值为评价标准来评价重金属元素的累积污染程度，该方法计算公式为： （5.1式）为土壤中重金属i的污染指数；为土壤中重金属i的实测浓度；为土壤中重金属i的评价标准，评价参照标准采用研究区自然土壤背景值，选取题目中所给土壤背景值为评价标准；i包括as、cd、cr、cu、hg、ni、pb、zn等8种重金属。 单因子指数评价标准为：1.0,则重金属含量在土壤背景值含量之内，土壤无污染（无富集）；1.02.0,土壤受到轻度污染（轻度富集）；2.03.0，土壤受到严重污染（过度富集）。5. 1 .2内梅罗综合污染指数评价法当评定区域内土壤质量比较作为一个整体与外区域土壤质量比较，或土壤同时被多种重金属元素污染时，需将单因子污染指数按一定方法综合起来应用综合污染指数法进行评价。综合污染评价采用兼顾单因子污染指数平均值和最大值的内梅罗综合污染指数法。该方法计算公式为： （5.2式）式中：为内梅罗综合污染指数；为土壤中各种所测重金属的单因子指数平均值；max()为土壤中各重金属元素单因子指数最大值；n为重金属种类总数。评价参照标准采用研究区自然背景值，选取题目中所给土壤背景值为评价标准。综合污染指数评价标准一般是：1.0，土壤无污染（无富集）；1.02.0, 土壤受到轻度污染（轻度富集）；2.03.0，土壤受到严重污染（过度富集）。5. 1 .3 平均值法 通过对不同功能区之间各重金属元素平均值含量的比较，可以说明不同功能区土壤重金属分布不均衡，进而比较重金属元素与人类活动是否有关。 （5.3式）5. 1 .4标准差法标准差是反应一组数据离散程度最常用的一种量化形式，是表示精密确的重要指标。标准差是一组数据平均值分散程度的一种度量。一个较大的标准差，代表大部分数值和其平均值之间差异较大；一个较小的标准差，代表这些数值较接近平均值。通过标准差可分析出不同功能区重金属元素的分布差异。5. 1 .5 变异系数法：变异系数衡量各观测值变异程度的一个统计量，反映单位均值上的离散程度，常用在两个总体均值不等的离散程度的比较上。若两个总体的均值相等，则比较标准差系数与比较标准差是等价的。其进一步反应土壤重金属污染程度。变异系数越大，说明人为活动的干扰作用越强烈，或者理解为污染程度越严重。其计算公式为：cv/5. 1 .6 极差法： 最直接也是最简单的方法，即最大值最小值（也就是极差）来评价一组数据的离散度。5. 1 .7 超标率法： 超标率是指所有指标超标次数与化验次数的比率；5. 1 .8统计分析 采用ecxel软件对数据资料进行统计分析。不同功能区重金属含量比较采用标准差分析，不同功能区的重金属元素两两之间采用多重分析。得出城区表层土壤重金属含量统计结果。（见表1） 各个功能区表层土壤重金属含量特征和污染指数金属平均值最大值最小值变异系数标准差极差超标率（%）单因子污染指数综合因子污染指数生活区as6.2711.452.340.342.159.1168.181.743.17cd28.961044.5086.800.65188.81957.7072.722.23cr69.02744.7618.461.56107.89726.3045.452.23cu49.40248.859.730.954716239.1277.273.74hg93.04550.0012.001.11102.90538.0056.822.66ni18.3432.808.890.315.6623.9127.271.49pb69.11472.4810.891.0572.33461.5959.092.23zn237.012893.4743.371.87443.642850.1061.363.43工业区as7.2521.871.610.594.2420.2661.112.0113.54cd393.111092.90114.500.60237.58978.4086.113.02cr53.41285.5815.400.8244.00270.1841.671.72cu127.542528.4812.703.25414.942515.7894.449.66hg642.3613500.011.793.492244.113488.269.4418.35ni19.8141.704.270.428.3737.4341.671.61pb93.04434.8031.240.9285.37403.5680.563.00zn277.931626.0256.331.26350.831569.6977.784.23山区as4.0410.991.770.451.809.2216.671.121.25cd152.32407.6040.000.5178.38367.6025.761.17cr38.96173.3416.200.6324.59157.1422.731.26cu17.3269.062.290.6210.7366.7725.761.31hg40.95206.799.640.6827.85197.1522.731.17ni15.4574.035.510.6810.4368.5219.701.26pb36.56113.8419.680.4917.7394.1619.701.18zn73.29229.8032.860.4230.94196.9413.641.06交通区as5.7130.131.610.573.2428.5250.001.599.43cd360.001619.8050.100.68243.391569.7076.812.77cr58.05920.8415.321.4181.61905.5236.231.87cu62.221364.8512.341.93120.221352.5182.614.71hg446.8216000.08.574.88218.2715991.452.1712.77ni17.62142.506.190.6711.79136.3119.571.43pb63.53181.4822.010.5132.53159.4766.672.05zn242.853760.8240.921.58384.783719.9078.993.52公园绿地as6.2611.682.770.322.028.9174.301.743.58cd280.541024.9097.200.84235.84927.7054.302.16cr43.6496.2816.310.3414.8479.9725.711.41cu30.19143.319.040.7522.68134.2768.572.89hg114.991339.2910.001.95224.281329.2951.233.29ni15.2929.107.600.334.9721.505.711.24pb60.71227.4026.890.7645.84200.5140.001.96zn154.241389.3937.14230.921352.2548.572.24表1引用该题附件中的背景值数据元素平均值标准偏差范围as (g/g)3.60.91.85.4cd (ng/g)1303070190cr (g/g)3191349cu (g/g)13.23.66.020.4hg (ng/g)3581951ni (g/g)12.33.84.719.9pb (g/g)3161943zn (g/g)69144197 表25. 1. 9城区土壤重金属分布和不同功能区的土壤重金属分布特征由表1和表2分别对整个城区和不同功能区的土壤重金属分布特征进行分析和评价，得出以下结果：（1）城区内不同功能区土壤中的hg、cu、zn、cd、pb、as、cr、ni的平均含量均高于相应的背景值，说明城区土壤重金属污染程度不一，均已收到外界人为活动因素的影响。此外，比较不同功能区土壤重金属含量水平相差较大,工业区土壤hg、cu、zn、cd、pb、as、ni平均含量最高，分别为相应背景值的18.35、9.66、4.03、3.02、3.00、2.01、1.61 倍；生活区cr平均含量最高，为背景值的2.23倍。对不同功能区的重金属元素两两之间的多重分析，结果表明，工业区cu、hg的平均含量要显著高于其他功能区，富集明显，且cd的平均含量要显著高于生活区、山区、公园绿地，但和交通区差异性不明显。（2）根据单因子污染指数评价结果可以确定主要的重金属污染元素。在生活区，主要污染元素是cu和zn，均呈重度污染，cd、cr、hg、pb呈中度污染，as、ni呈轻度污染。在工业区和交通区，主要污染元素是cu、hg、zn，其中工业区cu、zn、cd、pb都呈重度污染，as呈中度污染，cr、ni呈轻度污染；而在交通区hg、cu、zn均呈重度污染，cd、pb呈中度污染,cr、as、ni呈轻度污染。在绿地区，主要污染元素是hg，呈重度污染，cu、cd、zn呈中度污染，其余呈轻度污染。山区的重金属污染元素不明显，8种重金属均呈轻度污染。 （3）根据极差分析可确定hg、zn、cd的波动范围最大，说明其受人工活动影响很强烈，以hg受到的影响最强烈。（4）由超标率可以看出，8种重金属均超标，说明土壤重金属主要是以复合污染的形式出现累积。（5）从变异系数来看，也进一步反应土壤重金属污染程度。变异系数越大，说明人为活动的干扰作用越强烈，或者理解为污染程度越严重。3整个城区各重金属含量的离散程度均较大，其中cu、hg、zn、cd、cr、pb的变异系数分别达到了1.5、2.42、1.28、0.656、0.962、0.746，属强变异性，说明土壤中cu、hg、zn含量受人类活动影响强烈，空间分布差异大，反映不同功能区cu、hg、zn三种元素污染程度的差异性较大或污染程度较重；as、ni变异系数相对较小，说明它们在区域分布上具有较大的相似性，受外界影响状况基本一致，空间分布差异小。整体而言，8种元素中hg的变异系数最大，为2.42，显示hg是受人为活动干扰最为严重的重金属。而在生活区中，变异系数变化趋势为：zncrhgpbcucdasni,说明zn和cr在生活区中受人为活动干扰最为严重；工业区中，变异系数变化趋势为hgcuznpbcrcdasni，说明hg、cu和zn在工业区中受人为活动干扰最为严重；山区中，变异系数均较小，但hg、ni、cu和cr相对较大，说明这四种元素可能受人为活动干扰较为严重；交通区中，hg的变异系数达到4.88，说明hg在该区中受人为活动影响最严重；公园绿地中，hg和zn的变异系数分别达到1.95和1.50，说明这两种元素受外界干扰较大，空间分布差异大，而其余元素受外界影响状况基本一致。（6）每个采样点生活垃圾中的重金属污染状况代表了相应功能区中重金属污染状况。从不同功能区的污染情况综合来看（单一功能区内重金属综合污染指数）重金属污染程度依次为工业区交通区公园绿地区生活区山区，山区呈轻度污染，其余均呈重度污染。 5. 2 问题一的结果：不同功能区中污染程度的趋势大致为： hgcuzncd.pbcrasni，其中hg、cu污染程度最高，生活区、交通区、工业区、公园绿地均达到重度污染。不同功能区单因子污染指数都大于1，说明不同功能区土壤重金属表现为富集现象。该城区总体上hg、cu污染严重。内梅罗污染综合指数评价中，除山区呈轻度污染外，其余功能区均呈重度污染，不同功能区土壤重金属综合污染指数分别是：工业区交通区公园绿地区生活区山区，说明不同土地利用方式对城市土壤质量的影响程度不同。5. 3问题二的解答 5. 3. 1不同功能区土壤重金属相关性分析 城市土壤重金属来源于成土母质和人类劳动，同一来源的重金属之间存在着相关性，由此可判断土壤重金属污染来源是否相同。如果重金属之间存在显著正相关，则其来源可能相同，否则来源可能不止一个。 现在我们利用matlab得到城市全城区8种元素的相关性数据和城市各城区的8中重金属元素的相关性数据如下（利用程序3，见附页）。表3土壤重金属含量相关性元素 as cd cr cu hg ni pb znas 1.0000 0.2547 0.1890 0.1597 0.0644 0.3166 0.2899 0.2469cd 1.0000 0.3524 0.3967 0.2647 0.3294 0.6603 0.4312cr 1.0000 0.5316 0.1032 0.7158 0.3828 0.4243cu 1.0000 0.4167 0.4946 0.5200 0.3873hg 1.0000 0.1029 0.2981 0.1958ni 1.0000 0.3068 0.4364pb 1.0000 0.4937zn 1.0000表4生活区相关系数： 元素 as cd cr cu hg ni pb zn as 1.0000 0.3805 0.2385 0.5312 0.2934 0.6053 0.4502 -0.0171 cd 1.0000 0.3492 0.4987 0.3971 0.2826 0.8018 0.3464 cr 1.0000 0.3759 0.1505 0.5271 0.4157 0.4124 cu 1.0000 0.1979 0.4341 0.5020 0.2379 hg 1.0000 0.2114 0.3403 0.2424 ni 1.0000 0.3004 0.3343 pb 1.0000 0.3276 zn 1.0000表5工业区相关系数：元素 as cd cr cu hg ni pb znas 1.0000 0.3286 0.3796 0.1529 0.1813 0.6897 0.3947 0.5177cd 1.0000 0.5410 0.5665 0.5332 0.4887 0.8292 0.7536cr 1.0000 0.9197 0.9021 0.6983 0.6754 0.6951cu 1.0000 0.9835 0.5028 0.6697 0.6217hg 1.0000 0.4791 0.6125 0.5904ni 1.0000 0.5776 0.6341pb 1.0000 0.7388zn 1.0000表6山区相关系数：元素 as cd cr cu hg ni pb znas 1.0000 -0.2909 0.1132 0.5266 0.0750 0.0779 -0.2054 -0.1761cd 1.0000 0.0665 0.0895 0.2463 0.0488 0.7658 0.6059cr 1.0000 0.3636 -0.0059 0.9452 0.1073 0.6273cu 1.0000 0.5051 0.3576 0.1223 0.2522hg 1.0000 -0.0448 0.2262 0.1696ni 1.0000 0.0280 0.6287pb 1.0000 0.5898zn 1.0000表7交通区相关系数：元素 as cd cr cu hg ni pb znas 1.0000 0.1215 0.1394 0.0920 -0.0041 0.2279 0.0599 0.1880cd 1.0000 0.3730 0.4236 0.2111 0.3505 0.6147 0.2942cr 1.0000 0.8945 0.0119 0.8695 0.4277 0.3952cu 1.0000 0.0321 0.8862 0.5063 0.4316hg 1.0000 0.0398 0.2658 0.1184ni 1.0000 0.3958 0.5031pi 1.0000 0.4821zn 1.0000表8公园绿地区相关系数：元素 as cd cr cu hg ni pb znas 1.0000 0.3582 0.6894 0.1069 0.1756 0.6911 0.2650 0.2853cd 1.0000 0.5640 0.5003 0.0542 0.4327 0.5976 0.7117cr 1.0000 0.3573 0.0226 0.7395 0.3974 0.5090cu 1.0000 0.1363 0.2667 0.7563 0.5211hg 1.0000 -0.0475 0.3889 0.0631ni 1.0000 0.1676 0.2978pb 1.0000 0.7476zn 1.0000 土壤重金属的相关性表征污染程度的相似性或污染元素有相似的来源。结果表明，广州市中心城区土壤hg-cu-zn-cd-pb-as-cr-ni之间均存在正相关（p0.05）。（1） 在生活区，cd与pb、as与ni之间均呈显著的正相关性，相关系数分别为：0.8018和0.6053，说明上述具有显著相关性的重金属元素可能具有相同的污染源；而as和zn之间却无相关关系，说明两者来源不同。（2） 工业区中，cr-cu-hg及cd-zn-pb之间均呈显著的两两相关性，说明上述具有显著相关性的重金属元素可能具有相同的污染源；且8种元素两两之间都具有相关性。（3） 山区中，cr与ni及cd与pb之间均呈显著的正相关性，相关系数分别为0.9452和0.7658，说明cr与ni、cd与pb可能具有相同污染源；而as与cd、pb、zn之间，cr与hg之间，hg与ni之间均无相关关系，说明as与cd、pb、zn，cr与hg，hg与ni无相同的污染来源，同时反映山区的污染源不止一个。（4） 交通区的cr、ni、cu两两相关，且达到极显著水平，相关系数在0.86950.8945之间，说明三者来源可能相同，但as与hg之间却无关系，说明这两种重金属来源不同；（5） 公园绿地区中， hg与ni不相关，说明两者重金属来源不同，而其余元素之间两两相关。5. 3. 2不同功能区重金属分布差异解析不同功能区中，土壤重金属来源和污染程度不同。工业区土壤hg、cu、zn、cd、pb、as、ni平均含量在各区中是最高的，而山区的各重金属元素的平均含量在各区中是最低的，可以看出，城市化、工业化是加剧部分土壤重金属污染的直接原因。随着工业化、城市化的发展，通过一些人为生产、消费活动向局部土壤环境输入重金属是导致地表土壤重金属污染的重要原因之一，人类活动对环境的作用力度越大，当地表层土壤受到重金属污染的程度有可能就越高，土壤被污染的深度将更大。工业区中，cr-cu-hg及cd-zn-pb之间均呈显著的两两相关性（p0.05），说明工业区重金属之间有相似的污染来源。据研究，工业区在重金属的开采、冶炼、加工过程中，造成不少重金属如铅、汞、镉、铜等进入大气、水、土壤引起严重的环境污染。pb主要来源于各种油漆、涂料、蓄电池、冶炼、五金、机械、电镀、化妆品、染发剂、燃煤、釉彩碗碟等。hg主要来源于仪表厂、食盐电解、化妆品、照明用灯、燃煤等。cr主要来源于劣质化妆品原料、皮革制剂、金属部件镀铬部分，工业颜料以及橡胶和陶瓷原料等。cu、zn主要来源于金属的冶炼工艺。因此，工业区重金属污染的主要原因是机械加工、造纸印刷、金属冶炼等工业活动。工业活动导致局部土壤环境出现重金属污染，一方面可能因为工业活动本身就牵涉到一些重金属元素的排放；另一方面与工业烧煤有很大关系。4生活区中生活区cr平均含量最高，为背景值的2.23倍。且zn和cr在生活区中受人为活动干扰最为严重。主要污染元素是cu和zn，均呈重度污染，cd、cr、hg、pb呈中度污染，as、ni呈轻度污染。cd与pb、as与ni之间均呈显著的正相关性，说明生活区这些重金属有相似的污染来源。as除了来源于冶炼、化工、燃煤外，还广泛存在于建材、颜料、电子通讯设备、机械器材等制造业原料。ni主要来源于陶瓷制品、不锈钢等生活用品、服装用的电子配饰、电子线路等等。交通区中，hg的变异系数达到4.88，说明hg在该区中受人为活动影响最严重；相关分析结果表明，商业区土壤cu-zn-pb相互间存在正相关（p0.05）,说明商业区这些重金属之间有相似的污染来源。据研究，cu-zn-pb重金属主要来源于汽车尾气的排放、燃料及润滑油的泄露以及轮胎和机械部件的磨损，造成道路两旁土壤重金属cu、zn、pb含量较高。由此可见，人类活动尤其是交通运输对土壤重金属有较大的贡献。公园绿地区中，hg的含量高于生活区和山区，差异有统计学意义（p0.05），究其原因可能是公园喷洒hg农药或化肥，而且植物吸收大气干湿沉降中汞，并且累积hg可随植物残体的渗透进入土壤。土壤胶体及有机质对hg的吸附作用强，hg在土壤中移动性小，致使大部分hg累积。此外，公园里施用的有机肥料、过磷酸钙和碳酸钙等也使hg转化为难溶的汞化合物固定于土壤中，不易被作物吸收，也是导致公园土壤中hg含量高的原因。公园绿地可以通过滞留、吸附和过滤等方式净化空气，吸烟除尘，有效地阻止重金属颗粒物进一步扩散，对城市绿地土壤和路侧土壤重金属污染有很好的防治作用。此外，还可能是由于降水频繁，雨水冲刷能力强以及城区土壤压实现象严重，含pb、zn、cu、cd等重金属的公路灰尘会随路面径流进入下水管网而不易进入路侧土壤富集的缘故。交通区土壤中hg含量最高，可能与成土母质和燃煤有关；pb、cu、zn含量也较高，除与交通区多位于环形路或十字路口等交通繁忙地段，人流、车流量大，建成历史悠久，重金属富集时间久有关外，含pb、zn、cu的装饰材料和管材、油漆、塑料、涂料等也是造成交通区土壤pb、cu、zn富集的的主要原因。公园绿地重金属的含量不高，除与市区绿化率较高有关外，与其表层土壤大都是客土回填，重金属富集时间较短也有一定关系，但绿地多位于交通繁忙公路或工业区附近，在汽车尾气和工业活动的长期影响下，土壤重金属含量有可能增加。山区因远离工业、交通和燃煤等污染源，重金属含量自然较低。生活区则由于和交通区交叉混合，且长期受到工业活动的影响，加之居民日常生活废弃物中常含重金属，这些因素势必影响生活区土壤重金属含量。另外，各功能区土壤as、cr含量差别不大，工业活动和燃煤对其含量虽有一定影响，但可能主要与成土母质有关。由图3图10可见，城区土壤中cu和hg分布规律相似，呈局部污染态势，其含量高的区域主要集中在工业区，并向周围呈扩散状态。金属冶炼加工等工业活动是cu和ni最大的污染源。这同时也证实了二者的同源性。而且cu和ni具有很强的伴生性。cu和ni的另一个空间分布特征是，其含量由污染源向四周扩散，扩散途径以大气扩散为主，风力和风向的传播也可能是重金属污染的原因。 as和cd的分布规律相似，且其含量由污染源向海洋或河流扩散，水流速度可能是重金属污染的原因。pb和zn的分布规律比较类似，含量较多，且污染范围很广，在整个城区范围内都有积累。 经过研究得知，样点中8种重金属均超标，说明城区土壤重金属主要是以复合污染的形式出现累积。相关分析结果表明，cu-zn-cd-pb-cr之间均存在相关性（p0.05）。5表明这些金属来自同一污染源的概率很大，而其他金属对之间均没有相关性（表3），说明城区土壤中这些金属的来源可能不止一个，污染来源较为复杂，反映土壤重金属为复合污染或者是具有相同污染源。5. 3. 3 问题二的结果根据以上分析，土壤重金属富集主要与工业活动、交通运输以及燃煤活动有关。得出重金属污染的主要原因有 首先，工业生产活动排放的重金属一方面呈气态或呈气溶胶态，进入大气后经干湿沉降可进入土壤。随降尘进入土壤中的重金属不容忽视：另一方面，工业活动所产生的废渣是重金属的重要载体，尤其是一些金属冶炼厂，废渣中的重金属含量极高，无处理堆弃或直接混入土壤，也会造成土壤重金属富集。 其次，汽车尾气排放、轮胎以及车辆镀金部分磨损或燃料及润滑油的泄漏都能释放出大量含pb、cd、cu、zn等的有害气体和粉尘会影响路侧土壤重金属的含量。据资料表明，各种汽油中pb含量为0410 mgkg，汽车排放的尾气中pb更多，达20一50ng/l速状态下，每分钟随汽车尾气排向大气的pb和ni分别为0571和0533mg，这些随汽车尾气排出的重金属颗粒物会飘散在空气中、沉积在路面灰尘和路侧土壤中。 再次，燃煤活动也会造成城市土壤重金属累积。煤炭中含有多种微量元素，尤其是一些潜在毒害元素，如hg、pb、cd、as、zn等。这些元素在高温条件下具有挥发性和半挥发性，即在煤炭燃烧过程中，它们呈气态或吸附在烟气中的细小颗粒物中呈气溶胶态，并能通过各种烟气污染控制设施而释放到大气环境中进而沉降至土壤。 最后，自然地质作用也是导致土壤出现重金属污染的又一重要原因，但自然成因与人为成因的土壤重金属污染在表现形式上有一定区别。自然成因的土壤重金属污染通常具有非点状、多元素组合、低强度等共性，人为成因的土壤重金属污染则多与之相反。六 模型的建立与求解6. 1模型建立前的准备：对于污染源的位置确定，首先要分析重金属污染物的传播特征。与污染源的距离和污染源的地理位置决定着周围地区的污染程度。先用matlab将各个取样点标记在地形图上，由图可以明显看出各个点在图上的具体分布位置。6将各种重金属与地形图拟合在一起，并标记出各个点的位置。图一 图二由图知as的峰值主要分布于生活区 由图知cd的