基于計(jì)算機(jī)科學(xué)計(jì)算的城市表層土壤重金屬污染分析

呂仕奎

（軍事交通學(xué)院，300161）

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基于計(jì)算機(jī)科學(xué)計(jì)算的城市表層土壤重金屬污染分析

呂仕奎

（軍事交通學(xué)院，300161）

摘要：為了研究城市土壤中重金屬污染問(wèn)題，針對(duì)某城市統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，首先利用Kriging法對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，結(jié)合matlab繪圖功能繪制得到重金屬元素在所研究城區(qū)的實(shí)際分布圖，并且運(yùn)用潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)方法獲取了該城區(qū)內(nèi)一些不同區(qū)域重金屬的相應(yīng)污染程度；然后運(yùn)用Pearson相關(guān)分析理論科學(xué)有力分析了目前重金屬污染累積形成的主要原因；最后采用（主成分）因子分析模型進(jìn)一步研究了重金屬污染物的傳播形式，采用優(yōu)化后聚類(lèi)模型借助SPSS軟件鎖定了污染源的對(duì)應(yīng)位置，較準(zhǔn)確地給出目前土壤中所含重金屬元素空間分布形式、污染程度、來(lái)源、原因及遷移轉(zhuǎn)化等規(guī)律，為改善城市環(huán)境、整治重金屬污染提供了豐富可靠的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)計(jì)算；Pearson相關(guān)分析法；因子分析法

1　模型假設(shè)

1)假設(shè)取樣點(diǎn)的位置很好地反映了該地區(qū)的功能屬性；

2)污染源的重金屬濃度在被調(diào)查期間沒(méi)有大的變化。

2　重金屬元素的空間分布形式與污染程度

2.1重金屬元素的空間分布

針對(duì)離散的無(wú)規(guī)則的濃度數(shù)據(jù)，將海拔看作區(qū)域變化量，采用收斂性好的克里格法求取網(wǎng)格各個(gè)節(jié)點(diǎn)的海拔。再用經(jīng)過(guò)改進(jìn)后Matlab遺傳算法包進(jìn)行優(yōu)化，快速、準(zhǔn)確和客觀地繪制出重金屬元素分布等高線(xiàn)圖。

表1　城區(qū)各重金屬元素間含量相關(guān)性

2.2重金屬的污染程度

為了科學(xué)準(zhǔn)確研究土壤重金屬對(duì)環(huán)境的影響，采用應(yīng)用最廣的生態(tài)危害評(píng)價(jià)方法——潛在生態(tài)危害指數(shù)法。首先，我們利用SPSS得出各區(qū)域各元素的均值、最值、標(biāo)準(zhǔn)方差等參數(shù)；其次，給出潛在生態(tài)危害指數(shù)的閾值區(qū)域以及危害程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；接著，計(jì)算出各個(gè)區(qū)域每一種金屬污染物的生態(tài)污染系數(shù)和每個(gè)區(qū)域整體的生態(tài)危害指數(shù)，通過(guò)縱橫比較，判斷了各區(qū)域的生態(tài)危害情況。

3　重金屬污染的主要原因

為了找出重金屬污染的主要原因，對(duì)各金屬的分布情況和重金屬污染程度的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，運(yùn)用Pearson法進(jìn)行金屬之間的相關(guān)分析，利用SPSS軟件找出一定的規(guī)律，再結(jié)合生活區(qū)，工業(yè)區(qū)，交通區(qū)，山區(qū)，公園綠地區(qū)各自所具有的特點(diǎn)，得出各區(qū)重金屬污染的主要原因。

3.1相關(guān)性分析

運(yùn)用Pearson相關(guān)分析法對(duì)城市各區(qū)不同重金屬元素間的相關(guān)性進(jìn)行分析。表1中顯示：含量與其它各元素含量間均不存在顯著的相關(guān)性，說(shuō)明的起源可能有別于其它各元素；含量與、、、、、、含量間均存在顯著相關(guān)性，表明的起源可能比較復(fù)雜；的含量與、、、、、、含量間也均存在顯著相關(guān)性，表明的起源也可能比較復(fù)雜；含量與、含量也存在顯著相關(guān)性，和同屬親硫元素，為鐵族元素，具有親氧和親硫的過(guò)渡性，因此相似的元素地球化學(xué)性質(zhì)使其具有顯著的相關(guān)性。還值得注意的是與有非常顯著的相關(guān)性，推斷兩種元素可能由相同的污染源產(chǎn)生。

3.2重金屬污染的主要原因

4　污染源位置的確定

在此利用SPSS軟件中的樹(shù)狀分析包，通過(guò)聚類(lèi)模型來(lái)分析綜合評(píng)價(jià)調(diào)查站點(diǎn)間污染狀況的相似性及遠(yuǎn)近關(guān)系，以此來(lái)反映污染物特別是重金屬的空間分布特點(diǎn)和污染源的位置。

5　結(jié)論

本文利用Kriging法近似模擬進(jìn)行可靠度計(jì)算，較準(zhǔn)確地給出目前土壤中所含重金屬元素空間分布形式、污染程度、來(lái)源、原因及遷移轉(zhuǎn)化等規(guī)律。

參考文獻(xiàn)

[1]吳綻蕾,周俊,胡蓓蓓等. 2013.天津公園灰塵與土壤重金屬污染特征[J].生態(tài)學(xué)雜志, 32(4):1-8.

[2]王濟(jì) ,張一修,高翔,等. 2012.城市地表灰塵重金屬研究進(jìn)展及展望[J]. 地理研究, 31(5): 881-830.

作者簡(jiǎn)介

呂仕奎（1993.11--）；性別：男，籍貫：四川省綿陽(yáng)市人，學(xué)歷：本科，就讀于軍事交通學(xué)院；

Analysis of heavy metal pollution in urban surface soil based on Computer Science

Lv Shikui
(School of Military Transportation，300161)

Abstract：In order to study the soil heavy metal pollution in the city,a city of statistical data, the first interpolation of data acquisition by using Kriging method,combined with the MATLAB drawing function to draw the actual distribution of heavy metal elements in the urban areas, and the potential ecological risk assessment methods to obtain the corresponding degree of heavy metal pollution in some different areas in the city then using the Pearson correlation analysis;theory of scientific analyses the main reasons of the pollution of heavy metals accumulation; finally, using factor analysis(principal component) model for further study of the heavy metal pollutants form of communication, using the optimized clustering model using SPSS software to lock the position corresponding to the pollution source,accurately presents the soil the contained heavy metals spatial distribution and pollution level,source,reason and migration Transformation rules, in order to improve the city environment, provides a theoretical basis for remediation of heavy metal pollution in rich and reliable.

Keywords：scientific computing；Pearson correlation analysis；factor analysis