CN111046572A - 城市表层土壤重金属污染分析评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种城市表层土壤重金属污染分析评估方法，包括以下步骤：S1、数据收集；S2、金属污染物的空间分布；S3、污染程度分析；S4、确定污染原因；S5、污染源确定；本发明具有直观的展现了各种重金属元素在城市中各个区域的分布情况，又体现出城市中各个区域的重金属的污染程度，且便于分析的各个重金属元素间的相关性，污染源及污染原因确定较为准确，数据吻合度较高的效果。
Description
技术领域
本发明涉及环境污染分析的技术领域，尤其是涉及一种城市表层土壤重金属污染分析评估方法。
背景技术
土壤不仅是接纳和扩散各种污染物的库与源,而且还是污染物进入生物地球化学营养链的重要媒介。在众多的污染物中,土壤重金属由于其较长的半衰期及非生物降解性,能够在整个物质循环中长期存在,对人类健康构成严重威胁。随着我国城市化进程发展，城市土壤重金属污染日益成为人们关注的焦点。
但是，目前还没有一种系统地对城市表层土壤重金属的污染程度、污染原因以及寻找污染源进行分析评估的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种系统的对城市表层土壤重金属的污染程度、污染原因以及寻找污染源进行分析评估的城市表层土壤重金属污染分析评估方法。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种城市表层土壤重金属污染分析评估方法，包括以下步骤：
S1、数据收集，对城市内表层土壤进行采样，收集样品检测结果；
S2、金属污染物的空间分布，根据样品检测结果，运用matlab软件编程，分别建立各种金属在该城市的空间分布三维图，表达出主要重金属在该城区的空间分布；
S3、污染程度分析，通过单因子污染指数法和内梅罗综合指数法，分析不同元素对不同功能区的污染程度，算出城市中不同区域内各种重金属元素的污染程度；
S4、确定污染原因，根据样品检测结果，确定主要重金属污染物，并对主要重金属污染物的主要来源进行调查，根据重金属污染物的空间分布以及污染程度，分析的各个重金属元素间的相关性，判断相关系数高的重金属元素是否由城市中不同区域的某种污染物的造成，从而确定重金属的污染原因；
S5、污染源确定，根据重金属污染物的传播特征，建立模型确定污染源。
通过采用上述技术方案，对城市表层土壤重金属的污染程度、污染原因以及寻找污染源进行分析评估，直观的展现了各种重金属元素在城市中各个区域的分布情况，又体现出城市中各个区域的重金属的污染程度，且便于分析的各个重金属元素间的相关性，污染源及污染原因确定较为准确，数据吻合度较高。
优选的，在金属污染物的空间分布处理过程中，根据样品检测结果，再绘制出各元素在城市中的各个区域的单因子污染指数柱状图。
通过采用上述技术方案，使工作人员可以直观的看到各元素在城市中的各个区域的污染程度。
优选的，污染源确定过程中，针对通过气流运动，降水等沉积积累的污染源即工业释放及交通排放的污染原因，依据烟羽模型，通过测量样本点的浓度和位置，推出污染源所在的轨迹，将多个样本反推出的轨迹相交，得以确定污染源的位置。
通过采用上述技术方案，由于各种重金属的传播特征各异，无法建立一个统一的模型确定处污染源的位置，同时，又由于大多数的金属污染物的颗粒状态可以通过大气传播，通过烟羽模型模拟中质气体即大气中传播的颗粒状的金属的连续扩散，污染源位置判断较为准确。
优选的，在对样本点的浓度和位置的测量数据进行处理时，根据测量的得到的样本点的位置坐标和污染数据利用对重金属污染的线性插值，画出重金属污染图，将光滑插值后出现的不光滑数据进行忽略，对处理后的各元素的污染坐标进行比对，相对误差小于5%的坐标予以合并，取两者的平均值。
通过采用上述技术方案，由于计算机处理过程中的数据误差，忽略光滑插值后出现的不光滑数据，减少错误累积，减少重复性数据的计算，降低工作人员的劳动强度，提高城市表层土壤重金属污染的分析效率。
优选的，在对样本点单个元素进行处理分析时，不考虑权重低于0.8的污染数据。
通过采用上述技术方案，由于权重低于0.8的污染数据其影响较小，减少对此类污染数据的分析，降低工作人员的劳动强度，提高城市表层土壤重金属污染的分析效率。
优选的，污染程度分析过程中，根据土壤环境质量标准，以背景值作为参比值，得到城市中各个区域的污染指数，再运用excel软件绘制条形图来形象展现各个城区的不同金属的污染指数，加以分析其污染程度。
通过采用上述技术方案，更加形象的城市表层土壤重金属污染的程度展示出来，方便后期对该数据的观察与使用。
优选的，在展现金属污染物的分布过程中，运用matlab软件编程建立三维立体图，首先描绘各个取样点的空间位置，采用不同的颜色表示不同的区域，然后运用matlab软件编程，分别建立各种金属在该城市的空间分布三维图，使用不同的颜色表示重金属的不同浓度。
通过采用上述技术方案，既体现每种元素在城区的分布，又体现出各个地区的重金属的污染程度，更加形象地表示出了元素空间分布，有效研究了金属的污染程度问题。
优选的，确定污染原因，利用层次分析法对结论进行了正确性的分析，论证证实结论的正确性。
通过采用上述技术方案，对已得出的结论进行分析比对，结果正确性较高。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
直观的展现了各种重金属元素在城市中各个区域的分布情况，又体现出城市中各个区域的重金属的污染程度，且便于分析的各个重金属元素间的相关性，污染源及污染原因确定较为准确，数据吻合度较高。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1，为本发明公开的一种城市表层土壤重金属污染分析评估方法，包括以下步骤：
S1、数据收集，对城市内表层土壤进行采样，收集样品检测结果。
S2、金属污染物的空间分布，根据样品检测结果，运用matlab软件编程，分别建立各种金属在该城市的空间分布三维图，表达出主要重金属在该城区的空间分布，首先描绘各个取样点的空间位置，采用不同的颜色表示不同的区域，然后运用matlab软件编程，分别建立各种金属在该城市的空间分布三维图，使用不同的颜色表示重金属的不同浓度，既体现每种元素在城区的分布，又体现出各个地区的重金属的污染程度，更加形象地表示出了元素空间分布，有效研究了金属的污染程度问题；为了能够通过浓度数据直观的展现在城市中的各个区域内不同的重金属的浓度分布情况，通过Excel制作城市中各个区域的均值浓度分布图，并对的各元素在整个城市中的各个区域的浓度均值分布图进行分析，根据样品检测结果，再绘制出各元素在城市中的各个区域的单因子污染指数柱状图，使工作人员可以直观的看到各元素在城市中的各个区域的污染程度。
S3、污染程度分析，通过单因子污染指数法和内梅罗综合指数法，分析不同元素对不同功能区的污染程度，算出城市中不同区域内各种重金属元素的污染程度；内梅罗指数是一种兼顾极值或称突出最大值的计权型多因子环境质量指数。
内梅罗指数特别考虑了污染最严重的因子，内梅罗环境质量指数在加权过程中避免了权系数中主观因素的影响，是目前仍然应用较多的一种环境质量指数。
内梅罗综合污染指数法计算公式：
式中：P综为综合污染指数；(Ci/Si)max为土壤重金属元素中污 染指数最大值；(Ci/Si)ave为土壤各污染指数的平均值。
从各种影响因素和对不同评价方法可能产生的结果进行了有效 的验证，结果表明，与单因子评价相比较，内梅罗综合指数法更加全 面，但考虑到内梅罗指数法也有其缺陷，同时用这两种方法，让这两 种方法的相结合，进行综和评价，使的结果更加完美；同时，在进行 污染程度分析的过程中，根据土壤环境质量标准，以背景值作为参比 值，得到城市中各个区域的污染指数，再运用excel软件绘制条形图 来形象展现各个城区的不同金属的污染指数，加以分析其污染程度。
S4、确定污染原因，根据样品检测结果，确定主要重金属污染物， 并对主要重金属污染物的主要来源进行调查，根据重金属污染物的空 间分布以及污染程度，分析的各个重金属元素间的相关性，判断相关 系数高的重金属元素是否由城市中不同区域的某种污染物的造成，从 而确定重金属的污染原因；利用层次分析法对结论进行了正确性的分 析，论证证实结论的正确性。
为了能够展现污染物累积度进而分析污染原因我们利用土壤累 积污染指数计算公式：Ni＝Ci/Mi；Ni为污染物累积指数，Ci为实 测浓度平均值，Mi为各元素背景浓度平均值；运用土壤累积污染指 数计算公式，计算出土壤污染累积指数表；根据污染累积指数与全区 金属浓度平均值以及背景值进行比较，得出该城区主要的重金属污染 物；并绘制各元素在各区的单因子污染指数柱状图；得出重金属污染 范围最广的元素，并进行分析，得出该地区重金属污染的主要原因。
S5、污染源确定，根据重金属污染物的传播特征，建立模型确定 污染源，针对通过气流运动，降水等沉积积累的污染源即工业释放及 交通排放的污染原因，通过以下方案进行污染源的确定，依据烟羽模 型，通过测量样本点的浓度和位置，推出污染源所在的轨迹，将多个 样本反推出的轨迹相交，得以确定污染源的位置；在对样本点的浓度 和位置的测量数据进行处理时，根据测量的得到的样本点的位置坐标 和污染数据利用对重金属污染的线性插值，画出重金属污染图，将光 滑插值后出现的不光滑数据进行忽略，对处理后的各元素的污染坐标 进行比对，相对误差小于5％的坐标予以合并，取两者的平均值；单 个元素分析时，只考虑权重达到0.8以上的污染数据，其他数据因其 影响太小，予以忽略。
考虑到污染物在土壤中的运动状态，我们忽略了重金属污染的垂 直扩散，假设重金属均匀扩散且是一维的，以污染源为原点，观测坐 标X轴方向作为X轴，设污染物在原点的污染为连续过程，选用一维 场中污染物质的二维扩散微分方程为：
初始条件为：
C(x,y,0)＝0；(x,y)≠(0,0)
边界条件为：
C(0,0,t)＝C0；
C(±∞,y,t)＝C(x,+∞,t)＝0,t≥0
当t＝0处瞬时点源的解析解：
C(x,y,t)＝Sexp(x/2aL)[W(0,b)-W(t,b)]
其中
W＝(u,b)是hantush函数，且
常量参数：aL,aT,Vd
以污染源位置(x0,y0)、t0、S为变量，结合格点搜索算法，反复 调整变量的值，直到收敛函数∑[(Ci-Cb)-C′i]2的值最小，其中Ci为i个 测量点的污染值；Cb为背景值。
最后，对已建立的模型进行模型验证，使用matlab软件的griddata命令下的'cubic'即以三角形为基础的三次方程内插的插值的方式对海量数据进行了处理和绘图，得到各元素的分布图，经过matlab的计算，可得到污染最严重处的坐标，即从各元素的分布图中的位置判断污染源的位置。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种城市表层土壤重金属污染分析评估方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1、数据收集，对城市内表层土壤进行采样，收集样品检测结果；
S2、金属污染物的空间分布，根据样品检测结果，运用matlab软件编程，分别建立各种金属在该城市的空间分布三维图，表达出主要重金属在该城区的空间分布；
S3、污染程度分析，通过单因子污染指数法和内梅罗综合指数法，分析不同元素对不同功能区的污染程度，算出城市中不同区域内各种重金属元素的污染程度；
S4、确定污染原因，根据样品检测结果，确定主要重金属污染物，并对主要重金属污染物的主要来源进行调查，根据重金属污染物的空间分布以及污染程度，分析的各个重金属元素间的相关性，判断相关系数高的重金属元素是否由城市中不同区域的某种污染物的造成，从而确定重金属的污染原因；
S5、污染源确定，根据重金属污染物的传播特征，建立模型确定污染源。
2.根据权利要求1所述的城市表层土壤重金属污染分析评估方法，其特征在于：在金属污染物的空间分布处理过程中，根据样品检测结果，再绘制出各元素在城市中的各个区域的单因子污染指数柱状图。
3.根据权利要求1所述的城市表层土壤重金属污染分析评估方法，其特征在于：污染源确定过程中，针对通过气流运动，降水等沉积积累的污染源即工业释放及交通排放的污染原因，依据烟羽模型，通过测量样本点的浓度和位置，推出污染源所在的轨迹，将多个样本反推出的轨迹相交，得以确定污染源的位置。
4.根据权利要求3所述的城市表层土壤重金属污染分析评估方法，其特征在于：在对样本点的浓度和位置的测量数据进行处理时，根据测量的得到的样本点的位置坐标和污染数据利用对重金属污染的线性插值，画出重金属污染图，将光滑插值后出现的不光滑数据进行忽略，对处理后的各元素的污染坐标进行比对，相对误差小于5%的坐标予以合并，取两者的平均值。
5.根据权利要求4所述的城市表层土壤重金属污染分析评估方法，其特征在于：在对样本点单个元素进行处理分析时，不考虑权重低于0.8的污染数据。
6.根据权利要求1所述的城市表层土壤重金属污染分析评估方法，其特征在于：污染程度分析过程中，根据土壤环境质量标准，以背景值作为参比值，得到城市中各个区域的污染指数，再运用excel软件绘制条形图来形象展现各个城区的不同金属的污染指数，加以分析其污染程度。
7.根据权利要求6所述的城市表层土壤重金属污染分析评估方法，其特征在于：在展现金属污染物的分布过程中，运用matlab软件编程建立三维立体图，首先描绘各个取样点的空间位置，采用不同的颜色表示不同的区域，然后运用matlab软件编程，分别建立各种金属在该城市的空间分布三维图，使用不同的颜色表示重金属的不同浓度。
8.根据权利要求1所述的城市表层土壤重金属污染分析评估方法，其特征在于：确定污染原因，利用层次分析法对结论进行了正确性的分析，论证证实结论的正确性。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200421 |
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