陳偉娜 李維 葛丹丹

摘 要：針對經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市人口的不斷增加和人類活動對城市環(huán)境質(zhì)量的影響也日益加劇的現(xiàn)狀，該文對某城市城區(qū)表層土壤重金屬進(jìn)行了分析評價(jià)。針在單因子指數(shù)評價(jià)基礎(chǔ)上采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價(jià)土壤的綜合污染，比較該城區(qū)的各個(gè)功能區(qū)重金屬的污染程度?；谥亟饘僭诖髿?、水體中傳播特性的不同，利用高斯擴(kuò)散推廣模型確定重金屬污染程度較大的污染源位置。為更好地研究城市地質(zhì)環(huán)境的演變模式，還應(yīng)收集的信息有該城市常年的風(fēng)速、沖洗系數(shù)、亨利系數(shù)；通過對以上數(shù)據(jù)的分析，建立重金屬污染物在氣體和土壤中擴(kuò)散模型。

關(guān)鍵詞：指數(shù)法 因子分析 重金屬污染 高斯擴(kuò)散改進(jìn)模型

中圖分類號：TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（a）-0-02

1 問題分析

針對海量數(shù)據(jù)，應(yīng)從整體上對污染程度進(jìn)行評價(jià)。而內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評價(jià)土壤的綜合污染，以突出最高一項(xiàng)污染指數(shù)的作用。在土壤中有很多重金屬元素有相似的存在形式和傳播途徑，并且有相同的污染源，因此在進(jìn)行通過數(shù)據(jù)分析，說明重金屬污染的主要原因時(shí)，基于統(tǒng)計(jì)原理建立起來正態(tài)模型，不同的重金屬有不同的傳播方式，其大體分為大氣傳播、水體傳播、固體傳播，因金屬元素在土壤中大部分以穩(wěn)定形態(tài)存在，故忽略重金屬元素在固體土壤中的傳播。根據(jù)收集的信息和題目中的有關(guān)資料對重金屬污染物的傳播特征的分析，可將8種重金屬污染物分為兩類。一類是在大氣中傳播，而大氣傳播的污染物最終經(jīng)空氣沉降進(jìn)入土壤；一類是在土壤中傳播。對于在大氣中傳播的重金屬污染物，文章建立重金屬污染物在氣體中擴(kuò)散模型，根據(jù)所在的空間任意位置土壤表面的重金屬污染物濃度的多少來確立污染源的位置，函數(shù)的最大值即為污染源的位置；同理建立了重金屬污染物在土壤中的傳播模型。

2 模型建立及求解

2.1 土壤的環(huán)境質(zhì)量評價(jià)與分級

2.1.1 單因子指數(shù)法

2.1.3 評價(jià)分級標(biāo)準(zhǔn)

該文采用GB15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。土壤環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)指數(shù)分級參考了《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價(jià)綱要》中規(guī)定進(jìn)行分級，等級劃分為1等級屬清潔水平適合發(fā)展有機(jī)食品；2級屬尚清潔水平適合發(fā)展無公害食品生產(chǎn)；3級以后屬于污染水平，不適宜無公害農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)。

計(jì)算得到綜合污染評價(jià)指標(biāo)后，通過分析比較得出該城區(qū)的各個(gè)功能區(qū)重金屬的污染程度由高至低排序?yàn)椋汗I(yè)區(qū)﹥主干道區(qū)﹥生活區(qū)﹥公園綠地區(qū)﹥山區(qū)。

2.2 重金屬污染的原因分析

（2）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)陣，求出相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值和特征向量。

（3）進(jìn)行正交變換，使用方差最大法。得到5個(gè)主因子提供了源資料的87.756%的信息，滿足因子分析的原則，而且從上表可以看出旋轉(zhuǎn)前后總的累計(jì)貢獻(xiàn)率沒有發(fā)生變化，即總的信息量沒有損失，采用此標(biāo)準(zhǔn)下的分析結(jié)果。

（4）確定因子個(gè)數(shù)，計(jì)算因子得分，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.2.2 金屬元素污染原因

根據(jù)該市空間立體分布圖和各功能區(qū)的分布圖，結(jié)合各個(gè)功能區(qū)的分布特點(diǎn)，由重金屬元素空間分布圖分析可知：（1）主因子1體現(xiàn)出的三個(gè)主要變量因子為Ni、Cu Cr三種重金屬元素。Ni元素廣泛的分布在該城市各個(gè)功能區(qū)。分析可能是易于傳播的污染介質(zhì)造成的，如煤的燃燒產(chǎn)生的粉塵、顆粒，以及含有Ni元素的巖石的風(fēng)化等；Cu元素及Cr元素分布在城市的西南方，分布著工業(yè)區(qū)、生活區(qū)、公園綠地區(qū)、主干道區(qū)。Cu、Cr兩種金屬元素是工業(yè)生產(chǎn)中所形成的廢氣、廢水和固體排放物中均大量存在的污染物。（2）主因子2體現(xiàn)出兩個(gè)主要變量因子為Pb、Cd，其在來源上關(guān)聯(lián)較密切，兩種重金屬元素的最大值均出現(xiàn)在工業(yè)區(qū)。其在空間上近似可認(rèn)為是一個(gè)帶狀的污染源，這主要因?yàn)镻b主要來自市中心交通汽車尾氣的排放，而且在研究取得西北部有兩個(gè)明顯的富集中心，形成一個(gè)高值區(qū)。該市表層土壤中的Cd含量市中心地帶比西北城區(qū)高，東南城區(qū)又比市中心地帶高，恰好與當(dāng)?shù)氐闹黠L(fēng)向相一致，表明大氣中含Cd污染物的干濕沉降也是造成土壤Cd污染的一個(gè)重要原因。（3）主因子3體現(xiàn)出一個(gè)主要變量因子Hg。該金屬元素在生活區(qū)分布含量偏高，污染較為嚴(yán)重，其主要的污染原因可為人類活動造成水體汞污染，來自氯堿、塑料、電池、電子等工業(yè)排放的廢水。（4）主因子4體現(xiàn)出一個(gè)主要變量因子As，該金屬元素在各個(gè)功能區(qū)的分布較平均，這是因?yàn)榈奈廴驹炊鄻?。大氣含砷污染除巖石風(fēng)化、火山爆發(fā)等自然原因外，主要來自工業(yè)生產(chǎn)及含砷農(nóng)藥的使用、煤的燃燒。含砷廢水、農(nóng)藥及煙塵都會污染土壤。（5）主因子5體現(xiàn)出一個(gè)主要變量因子，的分布具有明顯的特點(diǎn)，在城市的西部富集，產(chǎn)生一高值區(qū)，該部靠近工業(yè)區(qū)，工業(yè)上的三廢是其富集的主要原因。

2.3 重金屬污染物傳播模型

3 大氣—平均風(fēng)速的廓線模式

大氣擴(kuò)散主要是風(fēng)的作用，平均風(fēng)速的廓線模式是隨高度變化的。在大氣擴(kuò)散模型中平均風(fēng)速的廓線模式定義為風(fēng)速隨高度變化的曲線。風(fēng)速的線性數(shù)學(xué)表達(dá)方式成為風(fēng)速廓線模式。根據(jù)我國《指定地方天氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)原則和方法》（GB/T 3840-1991）所制定的方法，采用米函數(shù)風(fēng)速廓線模式。

冪函數(shù)分素廓線模式是在近地層、中性層、平坦下墊面的條件下推到出來的。該模式應(yīng)用高度較高，可達(dá)到300m或更高的高度，且隨應(yīng)用高度增加，精度下降。

4 水體

6 模型評價(jià)及推廣

6.1 模型評價(jià)

6.1.1 優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)用主成分分析方法將多維因子納入同一系統(tǒng)進(jìn)行定量化研究、理論成熟的多元統(tǒng)計(jì)分析方法。通過分析變量之間的相關(guān)性，使得所反映信息重疊的變量被某一主成分替代，減少了變量數(shù)目，減少了變量數(shù)目，從而降低了系統(tǒng)評價(jià)的復(fù)雜性。再以方差貢獻(xiàn)率作為每個(gè)主成分的權(quán)重，由每個(gè)主成分的得分加權(quán)即可完成對水質(zhì)的綜合評價(jià)。

6.1.2 缺點(diǎn)：題目所給數(shù)據(jù)有限且單一，所建模型不足以全面反映該市土壤環(huán)境污染特征。.對于模型三，僅考慮了金屬元素傳播的部分途徑，具有局限性。

7 模型推廣

模型一可推廣用于投資風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)；模型二可用于研究放射性物質(zhì)的污染；模型三還可推廣到研究病菌在空氣中的傳播；模型四可以推廣到研究灰塵在空氣中的擴(kuò)散規(guī)律。

參考文獻(xiàn)

[1] 王建波.西北典型工業(yè)城市土壤中重金屬的形態(tài)分析[D].蘭州大學(xué)，2011.

[2] 劉剛.長春市朝陽區(qū)綠地土壤質(zhì)量分析[D].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

[3] 姜文.土壤中金屬傳播的特征及原理[OL].http：//www.cnki.net/，2011.