第四次模擬論文匯總

1、城市表層土壤重金屬污染分析摘要文章通過對(duì)城市表層土壤重金屬污染分析， 問題一：根據(jù)散點(diǎn)坐標(biāo)，在里面插值，用插值函數(shù)griddata,再用編程（附錄一）得到城市立體圖，將三維立體圖旋轉(zhuǎn)，讓各個(gè)區(qū)看的更直觀。再由程序（附錄二）得到 8 種元素的濃度等值線分布圖， 即求得 8 種元素的空間分布圖。 第二問通過 分析該城區(qū)內(nèi)不同區(qū)域重金屬的污染程度， 采用污染程度指數(shù)分析法， 以及公式 （ 1）求得各元素的污染系數(shù)，再由編程（附錄三）求出每一區(qū)內(nèi)元素的污染負(fù) 荷指數(shù)，在與找到的污染負(fù)荷指數(shù)與污染程度之間的關(guān)系來將五個(gè)區(qū)進(jìn)行污染程 度劃分。問題二：用 spss 中的 analyse 軟件進(jìn)行主成分分析和

2、因子分析，分別求出五個(gè)區(qū) 的總方差和得分系數(shù)矩陣，讓總方差的累計(jì)方差在85%到 95%之間，然后選出占比例比較大的成分， 在大的成分里面找得元素得分比較大的， 就是相關(guān)性比較 強(qiáng)的，再在五個(gè)區(qū)里面找到元素比較多的， 找到元素比較多的， 則這些元素的共 同來源污染源就是主要的污染源，就找到了主要的污染源。一問題重述1-1背景引入隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市人口的不斷增加， 人類活動(dòng)對(duì)城市環(huán)境質(zhì)量的影 響日顯突出。 對(duì)城市土壤地質(zhì)環(huán)境異常的查證， 以及如何應(yīng)用查證獲得的海量數(shù) 據(jù)資料開展城市環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，研究人類活動(dòng)影響下城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式， 日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)， 為了了解某城市表層土壤重

3、金屬污染程度， 則需對(duì)該 城市的地區(qū)土壤地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查。1-2題目所給條件（ 1）城市中的采樣點(diǎn)的位置 ,海拔高度及其所屬功能區(qū)。（2）8 種主要重金屬元素在采樣點(diǎn)處的濃度。（3）8 種主要重金屬元素的背景值。1-3需解決的問題問題一：給出 8 種主要重金屬元素在該城區(qū)的空間分布， 并分析該城區(qū)內(nèi)不同區(qū) 域重金屬的污染程度。問題二：通過對(duì)數(shù)據(jù)分析，說明重金屬污染的主要原因。 問題三：分析重金屬污染物的傳播特征，建立模型并確定污染源的位置。 問題四：分析所建立模型的優(yōu)缺點(diǎn)， 為更好的研究城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式， 還 應(yīng)收集什么信息，并且根據(jù)這些信息，建立模型解決問題。二問題分析問題一：要求得

4、8 種主要重金屬元素在該城區(qū)的空間分布， 需要先畫出該城市的 三維立體圖，三問題假設(shè)四符號(hào)說明五模型的建立與求解5-1-1 8種主要重金屬元素在該城區(qū)的空間分布已知重金屬元素的空間散點(diǎn)坐標(biāo)，在里面插值，用編程（附錄一）在 畫出 8 種主要重金屬元素的空間分布。關(guān)鍵字：matlab 中如上圖城市的三維立體圖，為了更加清楚的看到每個(gè)區(qū)都有那些點(diǎn)， 我們將三維 圖進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使得這些點(diǎn)更直觀的表現(xiàn)出來。下圖則為旋轉(zhuǎn)后的城市三維立體圖。通過編程（附錄二），可以將 8 種主要金屬的二維濃度等值線分布圖（附錄三）4.543.532.521.5X 10X 10,* 工業(yè)區(qū)L山林區(qū)4.543.532.521.5

5、工0.54X 101.50.5城市三維立體圖400300200100004Y4X三維圖 生活區(qū)工業(yè)區(qū) 山林區(qū)交通區(qū) 公園綠地區(qū)生活區(qū)城市三維立體圖三維圖0公園綠地區(qū)雖交通區(qū)4X 100分別畫出來金屬 As 二維濃度等值線分布圖1800016000140001200010000800060004000264.6 8(20000.54.134.6 8661.518000160001400012000100008000600040002000吿N(yùn)80 -0180001600014000120001000080006000400020005、1.7(254.二維濃度等值線分布.68 668201510

6、17山林N交通公園綠地區(qū)2.54x 10|512001000388800,2492N37型維圖生活區(qū)22工.3 業(yè)447肌9山命區(qū)園綠地區(qū)600400322004x 10金屬 Cr 二維濃度等值線分布圖12316三維圖 生活區(qū) 工業(yè)區(qū) 山林區(qū)4 交通區(qū)16.8143公園綠地區(qū)13*A.00.511.522.5X4-700-600-500 400-300200I 100 x 10金屬 Cu 二維濃度等值線分布圖10418001600140012001000Y800600400200金屬 Hg 二維濃度等值線分布圖Y金屬 Ni 二維濃度分圖18000100160009014000801200018

7、.87010000608000506000403040002020000.52.51.5三維圖 里活區(qū)工業(yè)區(qū) 山林區(qū)6交通區(qū) 5.786公園綠地區(qū)8.89724一188.89=24XX 10金屬 Pb 二維濃度分布圖各區(qū)8種元素濃度分析區(qū)域金屬元糸As（卩 g）Cd （ng/g）Cr（卩g/gCu（卩g/g）Hg （ng/g）Ni（卩g/gPb（卩g/g1 Zn（卩g/g）生活平均289.969.018.369.1237.06.2749.4093.04區(qū)值62411最大1044.744.248.832.8472.2893.11.45550.00值504650484735030025020015

8、010050金屬 Zn 二維濃度分布圖25002000150010005005-1-2 分析該城內(nèi)不同區(qū)域重金屬的污染程度。(1)用 excel 算出五個(gè)區(qū)域 8 種重金屬元素的濃度的平均值，最大值，最小值, 方差和背景值繪表如下：金屬 Pb 二維濃度分布圖最小18 424 4值2.34 86.8069.7312.008.89343.37方差4.623373911642224.310589.32.065230.1.97E.001.0000090+05工作平均393.1277.9區(qū)值7.25153.41127.54642.3619.8193.04275最大1092.285.52528.51350

9、0.434.81.63E值21.8790800041.700+03最小114.5值1.61015.4012.7011.794.2731.2456.3356443 1936.172185035907287.1.23E方差18.01.00200.000.0070.0660+05平均152.373.29山區(qū)值4.04238.9617.3240.9615.4536.5642最大407.6173.3113.8值10.990469.06206.7974.034229.8最小值1.7740.0016.202.299.645.5119.6832.866143.:604.8108.7314.4957.4方差3.

10、24409115.18775.8647395父通平均360.0242.8區(qū)值5.711(58.0562.21446.82：17.62 63.53549最大1619.920.81364.816000.142.5181.43.76E值30.1380400008+03最小值1.6150.1015.3212.348.576.1922.0140.92592406659.14453.475360138.91058.1.48E方差10.49.0050000.00300+05公園綠地平均280.5154.2區(qū)值6.26443.6430.19114.9915.2960.71423最大1024.1339.3227

11、.41.39E值11.689096.28143.31029.100+03最小值2.7797.2016.319.0410.007.6026.8937.1455622220.250301.2101.5.33E方差4.09.003514.470024.7460+04土壤背景130.0值3.6031.0013.2035.0012.3031.0069由上表可知，每個(gè)區(qū)的各個(gè)元素的最大值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過背景值，而平均值也遠(yuǎn)大于 背景值，而且在每個(gè)區(qū)域的變化都不一樣， 所以，金屬元素濃度受到所在區(qū)域的 影響。將不同區(qū)域的 8 種元素的平均值作對(duì)比可以看出：生活區(qū) Cr 的含量較高, 工作區(qū) 8 種金屬元素的含量普遍

12、偏高，山區(qū)土壤中 8 種金屬元素的含量普遍都很 低，基本接近背景值，交通區(qū) Cd 和 Hg 的含量偏高，公園綠地區(qū) 8 種金屬元素 的含量在 5 個(gè)區(qū)當(dāng)中位居中間。（2）利用污染負(fù)荷指數(shù)法將該城區(qū)內(nèi)的 5 個(gè)區(qū)域重金屬的污染程度分析出來 具體做法如下：計(jì)算出各個(gè)元素在五個(gè)區(qū)的污染負(fù)荷指數(shù)：F=Ci/Coi.( 1)lpL=翠卩！XF2沃 F3.Fn .(2)式中，F(xiàn)i為元素 i 的最高污染指數(shù)；Ci為元素 i 的實(shí)測(cè)質(zhì)量，Coi為元素 i 的背景 值，IpL為某一點(diǎn)的污染負(fù)荷指數(shù)；n 為評(píng)價(jià)元素的個(gè)數(shù)。（此題的 n 為每一個(gè)區(qū) 域的個(gè)數(shù)）由公式（1）可得各元素在五個(gè)區(qū)的最高污染指數(shù)，可通過編程

13、（附錄三）得到。各元素的污染系數(shù)AsCdCrCuHgNiPbZn生活區(qū)1.742.232.233.742.661.492.233.43工業(yè)區(qū)2.013.021.729.6618.351.613.004.03山區(qū)1.121.171.261.311.171.261.181.06交通區(qū)1.592.771.874.7112.771.432.053.52公園綠地1.742.161.412.293.291.241.962.24注意：附錄三中只有 Zn 的編程程序，其他的可以依次類推。 城市內(nèi)五個(gè)區(qū)域的污染負(fù)荷指數(shù)：|pLzone=n|pL1疋IpL2漢IpL3. IpLn . .（3）式中，IpLzone

14、為區(qū)域污染負(fù)荷指數(shù)；n 為采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)。（此題 n 為 319）區(qū)域污染負(fù)荷指數(shù)區(qū)域IpLzone生活區(qū)1.8336工業(yè)區(qū)2.3484山區(qū)1.0602交通區(qū)1.9209公園綠地區(qū)1.578通過查找文獻(xiàn)可得污染負(fù)荷指數(shù)一般分為 4 個(gè)等級(jí): 污染負(fù)荷指數(shù)與污染程度對(duì)應(yīng)表級(jí)別IpL污染程度0 0 等級(jí)0 01 1無污染I等級(jí)1 12 2中等污染n等級(jí)2 23 3強(qiáng)污染川等級(jí)3 3比極強(qiáng)污染則將所彳該城區(qū)內(nèi)不同區(qū)域重金屬的污染程度區(qū)域生活區(qū)工業(yè)區(qū) 山區(qū)交通區(qū)公園綠地區(qū)由上表可知，工業(yè)區(qū)的污染強(qiáng)度最大，屬于強(qiáng)污染，山區(qū)的污染強(qiáng)度最低，交通 區(qū)，生活區(qū)一級(jí)公園綠地區(qū)都屬于中等污染。5-2 通過數(shù)據(jù)分析，

15、說明污染產(chǎn)生緣由。同一區(qū)域能產(chǎn)生多種污染物，而這多種污染物的來源也不盡相同， 所以我們可以 找出主要的污染物來源，就可以解決問題。通常我們可以采用相關(guān)分析法和主成 分分析法來分析主要污染物來源。(1)生活區(qū)將生活區(qū) 44 個(gè)樣本點(diǎn)的 8 種重金屬元素濃度用 spss 降維進(jìn)行因子分析，得到 各個(gè)物質(zhì)之間的相關(guān)系數(shù)，我們?nèi)∠嚓P(guān)系數(shù)大于并且接近于0.5 的如下表：解釋的總方差成份初始特征值提取平方和載入合計(jì)方差的%累積%合計(jì)方差的%累積%13.61645.19945.1993.61645.19945.19921.13314.16559.3651.13314.16559.36531.07513.43

16、272.7971.07513.43272.797成份得分系數(shù)矩陣成份123VAR00001.185-.570-.009VAR00002.217.151-.389VAR00003.178.207.459VAR00004.201-.217.023VAR00005.136.115-.406VAR00006.190-.223.487VAR00007.222.099-.323IpLzone1.8336(I )2.3484(n )1.0602(I )1.9209(I )1.578(I )|VAR00008.139_ .610 .248 提取方法：主成份。構(gòu)成得分。由上表可知，生活區(qū)中的主要污染是來源于可以

17、寫出其四個(gè)元素的關(guān)系式。（2）工業(yè)區(qū)將工業(yè)區(qū) 35 個(gè)樣本點(diǎn)的 8 種重金屬元素濃度用 spss 降維進(jìn)行因子分析，得到各個(gè)物質(zhì)之間的相關(guān)系數(shù)，我們?nèi)∠嚓P(guān)系數(shù)大于并且接近于0.7 的如下表：解釋的總方差成份初始特征值提取平方和載入合計(jì)方差的%累積%合計(jì)方差的%累積%15.25465.67065.6705.25465.67065.67021.26315.78681.4551.26315.78681.455成份得分系數(shù)矩陣成份12VAR00001.099.601VAR00002.150.058VAR00003.174-.163VAR00004.165-.366VAR00005.161-.364VA

18、R00006.146.333VAR00007.163.039VAR00008.164.149提取方法：主成份構(gòu)成得分。3 山區(qū)解釋的總方差成份初始特征值提取平方和載入合計(jì)方差的%累積%合計(jì)方差的%累積%13.04238.02238.0223.04238.02238.02222.03625.44563.4672.03625.44563.46731.54919.36282.8291.54919.36282.829成份得分系數(shù)矩陣成份123VAR00001-.003.328.309VAR00002.198-.333.091VAR00003.250.236-.236VAR00004.170.230.3

19、97VAR00005.106-.037.482VAR00006.242.245-.264VAR00007.199-.309.112VAR00008.298-.085-.118提取方法：主成份構(gòu)成得分。4.交通區(qū)解釋的總方差成份初始特征值提取平方和載入合計(jì)方差的%累積%合計(jì)方差的%累積%13.75146.88346.8833.75146.88346.88321.28716.08462.9671.28716.08462.967成份得分系數(shù)矩陣成份12VAR00001.063-.102VAR00002.165.356VAR00003.233-.248VAR00004.242-.194VAR00005

20、.045.578VAR00006.237-.249VAR00007.188.371VAR00008.171.090提取方法：主成份構(gòu)成得分。5.公園綠地區(qū)解釋的總方差成份初始特征值提取平方和載入合計(jì)方差的%累積%合計(jì)方差的%累積%13.91048.87948.8793.91048.87948.87921.61420.17869.0581.61420.17869.05831.05613.19982.2571.05613.19982.257成份得分系數(shù)矩陣成份123VAR00001.163-.355.327VAR00002.208.066-.216VAR00003.207-.263-.003VAR

21、00004.174.283-.141VAR00005.051.217.844VAR00006.170-.385.010VAR00007.200.336.092VAR00008.204.177-.230提取方法：主成份。構(gòu)成得分。附錄一：城區(qū)三維立體圖x=D(:, 2);y=D(:, 3);z=D(: , 4);c=D(: , 5);xi=li nspace( min( x),max(x),100);yi=li nspace(mi n(y) ,max(y),100);xi,yi=meshgrid(xi,yi); zi=griddata(x,y,z,xi,yi); ci=griddata(x,y,

22、c,xi,yi);marker * , o , s , , p ;color= k , r , y , c , b ;mat= As Cd , Cr: Cu: Hg Ni；Pb Zn ;str=三維圖,生活區(qū),工業(yè)區(qū),山區(qū),交通區(qū),公園綠地區(qū);%三維立體圖h=surf(xi,yi,zi);set(h,data；ci);colormap spri ng%青黃濃淡色colorbarhidde n offhold onfor i=1:5loc=c=I;plot3(x(loc),y(loc),z(loc)， markeri， markerface color；colori)； endlege nd(s

23、tr,locatio n best)附錄二：8 個(gè)重金屬元素的濃度分布圖x=D(: , 2);y=D(: , 3);z=D(：，4);c=D(：，5);xi=linspace(min(x),max(x),100); yi=linspace(min(y),max(y),100); xi,yi=meshgrid(xi,yi);zi=griddata(x,y,z,xi,yi); ci=griddata(x,y,c,xi,yi);marker * , o , s , , p ;mat=As , Cd , Cr , Cu , Hg , Ni , Pb , Zn ;str= 等值線 , 生活區(qū) , 工業(yè)區(qū) , 山區(qū) , 交通區(qū) , 公園綠地區(qū) ; zi=griddata(x,y,b(:,2),xi,yi);c-matrix,h=corrtourf(xi,yi,zi,10); clabel(c-matrix,h)colormap summer colorbargrid onhold onfor i=1:5loc=c=I;plot(x(loc),y(loc),markeri, markerfacecolor ,colori);endlegend(str, location , best )如上綠色程序，b(:,2)中的 2 一直取到 9,將 8 種重金屬元素全