确定城市表层土重金属污染源位置的方法技术

本发明专利技术公开了一种确定城市表层土重金属污染源位置的方法，涉及金属污染源定位技术领域。确定城市表层土重金属污染源位置的方法，首先进行模型假设，随后建立模型，制作污染元素浓度分布图、定义相关参数、制作一维矢量方程、确定污染源范围、边界范围污染程度估计，从而确定城市表层土重金属污染源的位置。本发明专利技术提供了一种确定城市表层土重金属污染源位置的方法，能够将重金属污染源区域缩小到更小的范围，并能通过随机取点来找污染源。

Method for determining the location of heavy metal pollution sources in urban topsoil

The invention discloses a method for determining the position of heavy metal pollution sources in urban surface soil, and relates to the technical field of locating metal pollution sources. The method of determining the location of heavy metal pollution sources in urban surface soils is based on the assumption of the model firstly, and then the model is established to make the concentration distribution map of pollution elements, define relevant parameters, make one-dimensional vector equation, determine the scope of pollution sources and estimate the degree of pollution in the boundary range, so as to determine the location of heavy metal pollution sources in urban surface soils. Set. The invention provides a method for determining the position of heavy metal pollution sources in urban surface soil, which can reduce the area of heavy metal pollution sources to a smaller range, and can find the pollution sources by randomly selecting points.

【技术实现步骤摘要】
确定城市表层土重金属污染源位置的方法
本专利技术属于金属污染源定位
，涉及一种确定城市表层土重金属污染源位置的方法。
技术介绍
2005年4月至2013年12月，环保部与国土资源部首次开展了全国范围内的土壤调查。结果显示，全国土壤总点位超标率为16.1％，其中轻微污染占11.2％，轻度污染占2.3％，中度污染1.5％，重度污染1.1％。镉、汞、砷、铅4种无机污染物含量分布呈现从西北到东南、从东北到西南方向逐渐升高的态势。镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种无机污染物点位超标率分别为7.0％、1.6％、2.7％、2.1％、1.5％、1.1％、0.9％、4.8％。城市土壤是城市生态环境的重要组成部分，对城市生态系统稳定性起着关键作用。城市土壤由于人类活动导致环境变化，使得自然生态系统下的成土过程向人工生态系统下成土过程转变，其中城市重金属污染是城市土壤研究的热点。城市土壤重金属分布在时间和空间上存在显著差异，在城市布局和产业结构上也有很大差异，导致重金属污染源位置难以确定。关于城市重金属污染源位置确定模型是国内外研究的热点问题，但至今没有得到特别好的结果。重金属的传播特征可理解为它的空间分布和动态传播规律。元素分布特点研究可通过地理信息系统(GIS)完成，但GIS中显示的重金属浓度最高点未必是污染源，而重金属动态变化的难度在于影响因子的多样性、土壤的不均匀性及区域土壤不同等。
技术实现思路
为实现上述目的，本专利技术提供一种确定城市表层土重金属污染源位置的方法，解决了现有技术中重金属污染源位置难以确定，地理信息系统显示不准确的问题。本专利技术所采用的技术方案是，确定城市表层土重金属污染源位置的方法，具体按照以下步骤进行：步骤一、模型假设：假设城区的重金属污染浓度是一种连续的稳定场；污染源以点/面污染源为主；污染源扩散方式为同心圆或扇形，且有一定的重金属扩散半径；污染物的浓度变化方式不受高度影响，并且以相同的梯度减小；步骤二、模型建立：首先制作污染元素浓度分布图，其次定义相关参数，制作一维矢量方程，并判定污染源范围，最后对边界范围污染程度进行估计，从而确定城市表层土重金属污染源的位置。进一步的，所述步骤二中污染元素浓度分布图的制作步骤是：根据元素分布特点，建立污染元素浓度分布图，污染元素浓度分布图可通过地理信息系统、matlab或surfer软件完成。进一步的，所述步骤二定义相关参数的步骤是：污染元素浓度分布图制作完成后，直观的看出重金属的浓度在不同位置的分布，在重金属迁移过程中，li为重金属在表层土迁移的垂直最大距离；χ为重金属行走极限点，即某一元素达到土壤环境质量一级标准的背景值点，背景值点的浓度为ρχ；χ到最大浓度点的直线为La，La的长度为L；Ω为扩散能量极大点，即扩散能力能够穿透10cm地面的点；ρ为重金属浓度，则任一点重金属浓度为ρi其中，i＝1，2，3，...，n，ρmax为最大浓度点的浓度。进一步的，所述步骤二制作一维矢量方程的步骤是：选取背景值点坐标(x1,y1)，再选取周围浓度大于背景值的点(x2,y2)，(x3,y3)……(xn-1,yn-1)，(xn,yn)对其做一元回归方程y＝β0+β1x，其中，β0为节距，β1为斜率，一元回归方程为χ→Ω的一维矢量方程。进一步的，所述步骤二确定污染源范围的步骤是：在污染元素浓度分布图中取任意元素的局部等浓梯度变化图，找出该元素的背景值浓度ρχ，若污染源重金属最大浓度点落在一维矢量方程直线上，则该点就为所要找的污染源点；若污染源重金属最大浓度点不在一维矢量方程上，以最大浓度点为圆心，圆心点坐标(x0，y0)，向一维矢量方程引垂线，垂线为半径R作圆，圆与直线La相交的点称为边界点，垂线与一元回归方程的交点是扩散能量极大点Ω，R为最可疑半径，最终确定污染源就在最可疑半径内。进一步的，所述半径Ax+By+C＝0为一维矢量方程的一般式，A＝β1，B＝-1，C＝β0。进一步的，所述步骤二边界范围污染程度估计的步骤是：污染源重金属最大浓度点不在一维矢量方程上，确定污染源最小范围后，根据模型评估污染源的危害程度，污染物浓度扩散的分布是均等分布的，污染物的浓度和扩散梯度土壤剖面的理想面积成正比，一个微理想面积等于一个lidx，扩散梯度土壤剖面的理想面积由若干个微理想面积lidx，dx为任意相邻两点之间的间隔，组成重金属行走极限点χ形成的浓度梯度角为L以米计算，L根据重金属行走极限点和最大浓度点两点之间的距离公式计算：把L分为n个等分，n＝1,2,3...i，si为任一点的扩散梯度土壤剖面总面积，smax为最大浓度点的扩散梯度土壤剖面总面积，当取x1时，l1＝x1tanθ，面积当取x2时，l2＝x2tanθ，面积……当取xi时，li＝xitanθ，面积扩散梯度土壤剖面总面积和浓度的关系：由于ρmax为已知浓度，边界点浓度为进一步的，所述边界点浓度和最大浓度的平均值作为评价该区域重金属浓度的依据，重金属浓度大于平均值即为超标，小于平均值则重金属浓度符合A级。本专利技术的有益效果是，与现有技术相比，本专利技术基于几何和区域散点线性关系，建立的重金属动态传播模型，能够将重金属污染源区域缩小到更小的范围，并能通过随机取点来找污染源。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是污染源重金属元素浓度理想分布图；图2是As污染元素浓度分布图；图3是Zn污染元素浓度分布图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。同一污染源，不同元素的迁移变化趋势是不同的。确定城市表层土重金属污染源位置的方法，具体按照以下步骤进行：步骤一、模型假设：假设城区的重金属污染浓度是一种连续的稳定场；污染源以点/面污染源为主；污染源扩散方式为同心圆或扇形，且有一定的重金属扩散半径；污染物的浓度变化方式不受高度影响，并且以相同的梯度减小；步骤二、模型建立：S1、污染元素分布制作：根据元素分布特点，建立污染元素浓度分布图，污染元素浓度分布图可通过地理信息系统(GIS)、matlab或surfer软件完成；S2、定义相关参数：污染元素浓度分布图制作完成后，直观的看出重金属的浓度在不同位置的分布，由于污染源的不确定性，GIS中显示的重金属最大浓度点未必是污染源，假设该地区的污染源在一个圆形区域内，在重金属迁移过程中，li为重金属在表层土迁移的垂直最大距离(规定表层土厚度是10～20cm的土层，本专利技术实施例选择10cm作为计算依据)；χ为重金属行走极限点，即某一元素达到土壤环境质量一级标准的背景值点，背景值点的浓度为ρχ，当重金属元素到达重金属行走极限点χ的时候，不在向外扩散；χ到最大浓度点的直线为La，La的长度为L；Ω为扩散能量极大点，即扩散能力能够穿透10cm地面的点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.确定城市表层土重金属污染源位置的方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：步骤一、模型假设：假设城区的重金属污染浓度是一种连续的稳定场；污染源以点/面污染源为主；污染源扩散方式为同心圆或扇形，且有一定的重金属扩散半径；污染物的浓度变化方式不受高度影响，并且以相同的梯度减小；步骤二、模型建立：首先制作污染元素浓度分布图，其次定义相关参数，制作一维矢量方程，并判定污染源范围，最后对边界范围污染程度进行估计，从而确定城市表层土重金属污染源的位置。

【技术特征摘要】
1.确定城市表层土重金属污染源位置的方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：步骤一、模型假设：假设城区的重金属污染浓度是一种连续的稳定场；污染源以点/面污染源为主；污染源扩散方式为同心圆或扇形，且有一定的重金属扩散半径；污染物的浓度变化方式不受高度影响，并且以相同的梯度减小；步骤二、模型建立：首先制作污染元素浓度分布图，其次定义相关参数，制作一维矢量方程，并判定污染源范围，最后对边界范围污染程度进行估计，从而确定城市表层土重金属污染源的位置。2.根据权利要求1所述的确定城市表层土重金属污染源位置的方法，其特征在于，所述步骤二中污染元素浓度分布图的制作步骤是：根据元素分布特点，建立污染元素浓度分布图，污染元素浓度分布图可通过地理信息系统、matlab或surfer软件完成。3.根据权利要求1所述的确定城市表层土重金属污染源位置的方法，其特征在于，所述步骤二定义相关参数的步骤是：污染元素浓度分布图制作完成后，直观的看出重金属的浓度在不同位置的分布，在重金属迁移过程中，li为重金属在表层土迁移的垂直最大距离；χ为重金属行走极限点，即某一元素达到土壤环境质量一级标准的背景值点，背景值点的浓度为ρχ；χ到最大浓度点的直线为La，La的长度为L；Ω为扩散能量极大点，即扩散能力能够穿透10cm地面的点；ρ为重金属浓度，则任一点重金属浓度为ρi其中，i＝1，2，3，...，n，ρmax为最大浓度点的浓度。4.根据权利要求3所述的确定城市表层土重金属污染源位置的方法，其特征在于，所述步骤二制作一维矢量方程的步骤是：选取背景值点坐标(x1,y1)，再选取周围浓度大于背景值的点(x2,y2)，(x3,y3)……(xn-1,yn-1)，(xn,yn)对其做一元回归方程y＝β0+β1x，其中，β0为节距，β1为斜率，一元回归方程为χ→Ω的一维矢量方程。5.根据权利要求4所述的确定城市表层土重金属污染源位置的方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯宇希，宋小毛，蔡彤，
申请(专利权)人：墣锦环境工程海南有限公司，
类型：发明
国别省市：海南,46