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首页 城市表层土壤重金属污染分析_大学生数学建模竞赛论文

城市表层土壤重金属污染分析_大学生数学建模竞赛论文.doc

城市表层土壤重金属污染分析_大学生数学建模竞赛论文

不系舟红枫
2019-01-24 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《城市表层土壤重金属污染分析_大学生数学建模竞赛论文doc》,可适用于高等教育领域

高教社杯全国大学生数学建模竞赛承诺书我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则我们完全明白在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式(包括电话、电子邮件、网上咨询等)与队外的任何人(包括指导教师)研究、讨论与赛题有关的问题。我们知道抄袭别人的成果是违反竞赛规则的,如果引用别人的成果或其他公开的资料(包括网上查到的资料)必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。我们郑重承诺严格遵守竞赛规则以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为我们将受到严肃处理。我们参赛选择的题号是(从ABCD中选择一项填写):A我们的参赛报名号为(如果赛区设置报名号的话):所属学校(请填写完整的全名):参赛队员(打印并签名):指导教师或指导教师组负责人(打印并签名):日期:年月日赛区评阅编号(由赛区组委会评阅前进行编号):高教社杯全国大学生数学建模竞赛编号专用页赛区评阅编号(由赛区组委会评阅前进行编号):赛区评阅记录(可供赛区评阅时使用):评阅人评分备注全国统一编号(由赛区组委会送交全国前编号):全国评阅编号(由全国组委会评阅前进行编号):城市表层土壤重金属污染分析摘要重金属污染指由重金属或其他化合物造成的环境污染。主要由采矿、废气排放、污水灌溉、和使用重金属制品等人为因素所致。随着现代化经济的快速发展和人民生活水平的日益提高城市土壤重金属污染日趋严重。土壤是一个复杂的开放体系它一直处于不断的发展和演变中特别由人类对土壤需求的日益扩展地球上的土壤几乎不同程度地受到人类活动直接或间接的影响。为研究某城市表层土壤重金属污染现将某城市划分为生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区五个区域根据题中所给数据分析该城市五个区域的重金属污染程度、主要污染原因及污染源位置等问题。本文利用EXCEL、MATLAB、最大熵模糊综合评价、空间几何图形等工具建立了两个模型主要解决了四大问题。第一由附件所给数据利用MATLAB画出了种主要重金属元素在该城区的空间分布图并以种重金属元素为评价因子由附件的数据确定了权重系数建立了最大熵模糊综合评价模型得到不同功能区的重金属污染程度顺序依次是工业区>交通区>生活区>公园绿地区>山区。第二通过观察图形和分析数据确定各功能区不同重金属的污染程度从而找出各功能区重金属污染的主要原因。第三由于各种重金属污染物的迁移、转化等传播特征采样点重金属浓度的大小并不能反映污染源的确切位置。为此要根据重金属不同的传播特征对各功能区重金属浓度的影响建立空间几何模型进而找到该城市重金属污染源的位置。第四为了更好地研究城市地质环境的演变模式从而收集更多的污染信息进而改进模型使城市表层土壤重金属污染分析更加精确。纵观该城市表层土壤重金属污染情况该城市表层土壤重金属污染急需治理。由问题三建立的模型确定污染源位置后可针对污染源做出及时合理的整治方案。关键词:城市土壤重金属污染评价因子模糊综合评价模型空间几何、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类区、类区、……、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。为此一方面将所考察的城区划分为间距公里左右的网格子区域按照每平方公里个采样点对表层土(~厘米深度)进行取样、编号并用GPS记录采样点的位置。另一方面按照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。由附件、附件、附件具体研究以下问题:()给出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。()通过数据分析说明重金属污染的主要原因。()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。()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?、模型假设每一个采样点的取样深度相同不考虑该城市表层土壤中重金属元素背景值的大幅度变化忽略城区与自然区选取采样点规定区域的不同对土壤中重金属元素背景值的影响假设各重金属元素之间没有影响建立模型时不考虑其它重金属元素对该城市表层土壤污染。忽略重金属元素产生的次污染物忽略高山、平原、湖泊对重金属元素的影响假设该城市的居民对城市表层土壤重金属污染程度相同。、符号假设:第i个因子各级评价标准值的平均值:第j功能区第i个因子的实测值的平均值:第j功能区第i个因子的权重系数:第j功能区重金属污染指数、模型建立与求解问题一根据所给数据画出主要重金属在该城区的空间分布图利用最大熵模糊综合评价模型进行评价()以x为横坐标,y为纵坐标海拔高度为竖坐标建立空间直角坐标系画出种主要重金属元素在该城区的空间分布图如图。()根据《土壤环境质量标准》(GB)中的质量分级标准将种主要重金属分为五个等级如表表:种重金属等级划分一级二级三级四级五级As<=~~~>=Cd<=~~~>=Cr<=~~~>=~Cu<=~~~>=Hg<=~~~>=~Ni<=~~~>=Pb<=~~~>=~Zn<=~~~>=~各评价因子权重的确定采用污染物浓度超标加权法并作归一化处理公式为()由公式()求得不同功能区不同重金属污染的权重系数如下表表:不同功能区重金属污染权重系数区区区区区根据计算的权重系数进行综合衡量该城市各功能区的污染程度其污染指数定义为()由上述公式()得该城市不同功能区的污染指数如下表表:该城市不同功能区重金属污染程度污染指数由上表所给数据我们得到该城市不同功能区的污染程度依次是工业区>交通区>生活区>公园绿地区>山区且工业区交通区生活区均已达到很强的生态危害水平。问题二根据各种重金属在不同功能区的平均浓度分析各功能区重金属污染的主要原因通过数据分析下表给出了种主要重金属元素在不同功能区的污染等级根据所给图表得到如下重金属污染的主要原因。表:不同功能区不同重金属元素污染等级AsCdCrCuHgNiPbZn区区区区区其中分别表示微度污染、轻度污染、中度污染、高度污染、重度污染。、砷(As)在五个功能区中只有山区的砷元素没有超标其它四个功能区均属微度超标。生活区和公园绿地区微度超标的主要原因是由于农药和化肥等农业药物的加大施用使土壤中砷元素不断积累所致而工业区和交通区微度超标的主要原因是矿石冶炼和运输所致。、镉(Cd)在自然界中没有单独的镉矿藏,人类对含镉矿物的开采是造成山区微度污染的主要原因生活区镉元素的轻度污染是由于人类大量堆积的废旧电池及燃烧煤、石油、垃圾废弃物等造成对大气的污染最终通过沉降污染土壤而工业区、交通区和公园绿地区的中度污染则是工业上冶炼含镉矿物排放大量含镉废水、废渣和废气及农业施肥所利用的过磷酸钙、混合磷肥和污泥所致。、铬(Cr)生活区铬污染主要由于人类生活、生产过程中通过染料、制药、皮革、颜料等铬化合物制造企业所排放的三废所致造成铬元素的轻度污染对于工业区、山区、交通区和公园绿地区铬造成的污染并不严重只达到了微度污染其原因主要是由于电镀等工业生产及人类活动所致。、铜(Cu)铜在生活区、工业区、交通区达到了重度污染主要是因为铜矿开发过程中产生的尾沙、矿石等占用了大量土地,对其堆积地产生严重破坏此外,随着工农业生产的快速发展,铜的用途越来越广泛,用量不断增加,含铜污染物排放越来越多,对土壤环境的污染也逐渐显现出来对于公园绿地区的轻度污染及山区的微度污染则是由于含铜矿的开采及含铜农业化学物质和有机肥的施用所致。、汞(Hg)汞在工业区、交通区、公园绿地区属重度污染物在生活区和山区分属高度污染物和微度污染物土壤中汞的主要来源是土壤母质在工业区、交通区、公园绿地区中汞含量主要来源于原生岩层、大量的尾气排放及含汞肥料的使用生活区遭受严重污染是由于生活垃圾的堆放、农田灌溉造成重金属含量严重超标及日常生活用品如化妆品等。、镍(Ni)重金属镍主要影响着工业区和山区由于矿山的大量开采和工业污染造成镍含量升高但由于镍是某些植物的营养物质故只达到了轻微污染。、铅(Pb)重金属铅在生活区和工业区属中度污染物山区、交通区、公园绿地区属轻度污染物生活区重金属铅主要来自自来水、水果、蔬菜等另外冶炼厂排出的污水中也含有大量的铅山区的岩石矿物在风化成土过程中有部分铅仍保留在土壤中公园绿地区受污染是由于人类活动造成的污染引起土壤含铅量超标交通区则是因为汽油中加入铅用作抗暴剂以后加速了重金属铅的全球性污染。、锌(Zn)重金属锌在生活区、工业区、交通区达到了重度污染道路交通的重金属污染源呈带状分布主要是因为机动车尾气排放量的迅猛增加锌含量急剧上升而山区锌含量不高属轻微污染物公园绿地区铅含量属高度污染物主要是由于大量化学肥料的使用。除了以上重金属污染的主要原因外还包括地方环保部门监管不力等原因导致城市表层土壤重金属污染加重。问题四分析模型、收集信息、完善模型更好地解决问题。模型的优点()在整个建模的过程中我们充分利用互联网数据基于合理分析与假设的基础上建立了不同功能区重金属污染程度模型和污染源位置确定模型并合理的应用MATLAB软件与EXCEL软件解决相关问题。()本文在问题一中主要应用了最大熵方法这一方法适用于存在不确定性和主观信息的情况还允许以合乎逻辑的方式运用经验、洞察力和直觉进行综合分析它具有系统性、实用性与简洁性的优点。()本文在问题三中建立了一个空间几何模型轻松地解决了污染源的位置此模型还可应用于其它领域如:室内空气污染源位置的确定。()本文在统计数据时以《土壤环境质量标准》为基准极具真实性。()本文所建立的模型具有广泛的应用价值综合考虑可以根据问题二中确立污染源的位置对污染源进行污染整治缓解城市表层土壤重金属污染。模型的缺点()本文在考虑重金属污染传播特征时只考虑了几种主要传播特征忽略了多种微小传播特征对污染源位置的影响使得计算结果存在一定的误差。()本文采用空间几何模型解决问题三时由于层次分析本身具有局限性在建立成对比较矩阵时认的主观因素的作用较大使得决策结果不够精确。收集信息、完善模型()为更好地研究城市地质环境的演变模式我们还应收集城区与非城区的过渡区域的污染值城区与非城区的大气重金属污染值。()有了上述收集的信息可以在原有模型的基础上进行改进。由于应用层次分析法时又带有一定的主观性所以我们在建立评价指标体系时还可以选择更多的指标从而使模型更具有广泛的应用价值。为此建立一个城区与非城区的过渡区域重金属污染值对城区与非城区的影响程度从而确立新的重金属元素的背景值考虑大气飘移再找到一个大气重金属污染值对城市表层土壤的污染率函数基于原有的模型再加上新建立的两个影响元素的函数确定该城市五个不同功能区的污染程度及污染源的位置。参考文献:王乃龙袁素云最大熵方法。GB土壤环境质量标准。姜启源谢金星叶俊编著数学模型(第三版)北京:高等教育出版社。附件中主要重金属元素在该城区的空间分布图程序wz=x=wz(:,)y=wz(:,)z=wz(:,)fori=:length(wz)scatter(x(i),y(i),z(i),,'filld')colormap(,,)endtitle('样本分布图')xlabel('x(m)')ylabel('y(m)')zlabel('海拔(m)')不同重金属元素在不同功能区的权重系数nd=si=a=wzb=find(a(:,)>=)a(b,:)=a(:,)=cnd=nd(a(:,),:)d=find(cnd(:,)<)cnd(d,:)=cAsc=cnd(:,)wzwzAs=wz(cAsc,:)x=wzAs(:,)y=wzAs(:,)z=wzAs(:,)fori=:length(wzAs)scatter(x(i),y(i),z(i),,colormap(,,),'')endcnd=nd(a(:,),:)d=find(cnd(:,)<)cnd(d,:)=cCdc=cnd(:,)wzCd=wz(cC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    日 期:     ​​​​​​​​​​​​指导教师签名:     日  期:     使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版并提供目录检索与阅览服务学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文在不以赢利为目的前提下学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名:     日 期:     ​​​​​​​​​​​​学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借阅。本人授权    大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名:日期:年月日导师签名:日期:年月日指导教师评阅书指导教师评价:一、撰写(设计)过程、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神□优□良□中□及格□不及格、学生掌握专业知识、技能的扎实程度□优□良□中□及格□不及格、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力□优□良□中□及格□不及格、研究方法的科学性技术线路的可行性设计方案的合理性□优□良□中□及格□不及格、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况□优□良□中□及格□不及格二、论文(设计)质量、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?□优□良□中□及格□不及格、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?□优□良□中□及格□不及格三、论文(设计)水平、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格、论文的观念是否有新意?设计是否有创意?□优□良□中□及格□不及格、论文(设计说明书)所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩:□优□良□中□及格□不及格(在所选等级前的□内画“√”)指导教师:(签名)单位:(盖章)年月日评阅教师评阅书评阅教师评价:一、论文(设计)质量、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?□优□良□中□及格□不及格、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?□优□良□中□及格□不及格二、论文(设计)水平、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格、论文的观念是否有新意?设计是否有创意?□优□良□中□及格□不及格、论文(设计说明书)所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩:□优□良□中□及格□不及格(在所选等级前的□内画“√”)评阅教师:(签名)单位:(盖章)年月日教研室(或答辩小组)及教学系意见教研室(或答辩小组)评价:一、答辩过程、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况□优□良□中□及格□不及格、对答辩问题的反应、理解、表达情况□优□良□中□及格□不及格、学生答辩过程中的精神状态□优□良□中□及格□不及格二、论文(设计)质量、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?□优□良□中□及格□不及格、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?□优□良□中□及格□不及格三、论文(设计)水平、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格、论文的观念是否有新意?设计是否有创意?□优□良□中□及格□不及格、论文(设计说明书)所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格评定成绩:□优□良□中□及格□不及格(在所选等级前的□内画“√”)教研室主任(或答辩小组组长):(签名)年月日教学系意见:系主任:(签名)年月日学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者(本人签名):年月日学位论文出版授权书本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》(以下简称“章程”)愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊(光盘版)电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版并同意编入CNKI《中国知识资源总库》在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播同意按“章程”规定享受相关权益。论文密级:□公开□保密(年月至年月)(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)作者签名:导师签名:年月日年月日独创声明本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文)是本人在指导老师的指导下独立进行研究工作所取得的成果成果不存在知识产权争议。尽我所知除文中已经注明引用的内容外本设计(论文)不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。 作者签名:二〇一〇年九月二十日 毕业设计(论文)使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版同意学校保存学位论文的印刷本和电子版或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计(论文)同意学校在不以营利为目的的前提下建立目录检索与阅览服务系统公布设计(论文)的部分或全部内容允许他人依法合理使用。(保密论文在解密后遵守此规定) 作者签名:二〇一〇年九月二十日致谢时间飞逝大学的学习生活很快就要过去在这四年的学习生活中收获了很多而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。首先非常感谢学校开设这个课题为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计我的能力有了很大的提高比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助我将无法顺利完成这次设计。首先我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导为我理清了设计思路和操作方法并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。其次我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求感谢他们对我学习上和生活上的帮助使我了解了许多专业知识和为人的道理能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。另外我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持与他们一起学习、生活让我在大学期间生活的很充实给我留下了很多难忘的回忆。最后我要感谢我的父母对我的关系和理解如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持我将无法顺利完成今天的学业。四年的大学生活就快走入尾声我们的校园生活就要划上句号心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出对我的人生来说将是踏上一个新的征程要把所学的知识应用到实际工作中去。回首四年取得了些许成绩生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲对我成长的关心和爱护。学友情深情同兄妹。四年的风风雨雨我们一同走过充满着关爱给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。在我的十几年求学历程里离不开父母的鼓励和支持是他们辛勤的劳作无私的付出为我创造良好的学习条件我才能顺利完成完成学业感激他们一直以来对我的抚养与培育。最后我要特别感谢我的导师***老师、和研究生助教***老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励给了我很多解决问题的思路在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中都给与我很大的帮助使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助帮助解决了不少的难点使得论文能够及时完成这里一并表示真诚的感谢。致谢这次论文的完成不止是我自己的努力同时也有老师的指导同学的帮助以及那些无私奉献的前辈正所谓你知道的越多的时候你才发现你知道的越少通过这次论文我想我成长了很多不只是磨练了我的知识厚度也使我更加确定了我今后的目标:为今后的计算机事业奋斗。在此我要感谢我的指导老师***老师感谢您的指导才让我有了今天这篇论文您不仅是我的论文导师也是我人生的导师谢谢您!我还要感谢我的同学四年的相处虽然我未必记得住每分每秒但是我记得每一个有你们的精彩瞬间我相信通过大学的历练我们都已经长大变成一个有担当有能力的新时代青年感谢你们的陪伴感谢有你们这篇论文也有你们的功劳我想毕业不是我们的相处的结束它是我们更好相处的开头祝福你们!我也要感谢父母这是他们给我的所有的一切感谢母校尽管您不以我为荣但我一直会以我是一名农大人为荣。通过这次毕业设计我学习了很多新知识也对很多以前的东西有了更深的记忆与理解。漫漫求学路过程很快乐。我要感谢信息与管理科学学院的老师我从他们那里学到了许多珍贵的知识和做人处事的道理以及科学严谨的学术态度令我受益良多。同时还要感谢学院给了我一个可以认真学习天天向上的学习环境和机会。即将结束*大学习生活我感谢****大学提供了一次在农大接受教育的机会感谢院校老师的无私教导。感谢各位老师审阅我的论文。区能功属金重属金别级PAGEunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownxlsChart上海市人均收入与人均消费水平情况年份上海市人均收入与人均消费水平情况人均消费(元)上海市人均收入与人均消费水平情况人均收入(元)Sheet上海市人均收入与人均消费水平情况年份人均消费(元)人均收入(元)Sheet上海市人均收入与人均消费水平情况年份上海市人均收入与人均消费水平情况人均消费(元)上海市人均收入与人均消费水平情况人均收入(元)SheetSheet

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