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长沙市岳麓区重金属污染评价

作 者: 张祥
导 师: 黄坚
学 校: 中南大学
专 业: 分析化学
关键词: 土壤 重金属评价 内梅罗指数 BP神经网络 地统计学
分类号: X821
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要


城市化进程中人类活动将大量重金属污染物带入环境中,城市土壤是各种污染物的汇集点,也是污染源,重金属难以降解容易累积,累积超过一定含量后会对城市生物和人产生毒害作用。为了了解长沙市岳麓区重金属污染状况,本文对岳麓区表层土壤(0-20cm)及湘江长沙段底泥进行布点采样,分析测试了重金属的含量,并评价了污染状况。主要研究内容如下:(1)概述了土壤中重金属的来源、研究现状、重金属检测技术及重金属污染的评价方法。(2)本文选取了Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn六种重金属作为测试对象,采用ICP-AES法测定了重金属含量。加标回收率在79.5%-108.3%之间,满足重金属污染评价的要求。介绍了各评价方法:内梅罗指数法、BP神经网络、因子分析法及地统计学的数学原理。(3)将岳麓区分为4个不同功能区:居民区、交通区、新工业区和老工业区,并对各功能区布点采样,分析测定了6种重金属的含量,并进行了评价,结果表明:①岳麓区表层土壤中Cd、Zn污染较为突出,尤其是Cd,平均富集系数为3.22,富集强烈。②以国家土壤环境质量Ⅱ标准为评价标准,内梅罗指数法评价结果表明:岳麓区表层土壤总体处于轻度污染与中度污染之间。老工业区的PN均值为2.9,属于中度污染级别,接近重污染;交通区和新工业区的PN均值超过了2.0,属于中度污染;居民区的PN均值为1.3,属于轻度污染。③以湖南省土壤背景值为参考值,利用Matlab2010a建立了基于BP神经网络原理的岳麓区表层土壤重金属评价模型,评价结果表明:在所有样品中,有54.8%的采样点属于轻度污染级别,有38.7%的采样点属于中度污染级别,说明岳麓区表层土壤总体处于轻度污染与中度污染之间,这与内梅罗指数评价法所得到的结论相同。具体来讲:居民区土壤环境质量最好,绝大部分属于轻度污染;交通区属于轻度污染和中度污染之间;新工业区属于中度污染;老工业区属于中度污染和重度污染之间。(4)以某市土壤中As的含量数据(319个采样点)为例,利用Matlab2010a编程实现了基于地统计学原理的重金属空间分布评价,具体包括:变差函数的计算及拟合、变差函数模型的选取、As的普通kriging插值并将插值结果可视化。(5)分析测试了湘江长沙段沉积物中14种金属元素含量,因子分析法及聚类分析法确定了重金属的三个主要来源:Cu、Ni和Pb主要来自于自然成因,Cd、Zn污染受控于有色金属冶炼;Cr污染主要来自于原三叉矶工业活动。(6)对湘江长沙段底泥进行了生态风险评价:①地累积指数评价法表明,底泥中Cd污染最为严重,10个采样点中有4个强-极强污染,6个达到强污染级别,其次为Zn,为中-强级别,各重金属污染程度顺序:Cd(强~极强)>Zn(中~强)>Pb(无-中)>Cu(无~中)>Cr(无)。②潜在生态风险指数评价法表明,底泥中Cd的潜在生态污染系数最大,污染系数均值为586.8为极强生态危害级别;从多种重金属污染指数来看,RI<150的采样点无,150<RI<300的采样点有3个,300<RI<600的有1个,600<RI<1200的有5个,RI>1200的采样点有1个,RI均值为604.5,说明湘江长沙段表层沉积物中重金属的污染较严重,属于很强生态危害。

全文目录


摘要  4-6
abstract  6-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 研究背景和意义  10
  1.2 土壤中重金属来源  10-12
  1.3 国内外研究现状  12-17
    1.3.1 重金属元素测试分析技术  13-14
    1.3.2 土壤重金属污染评价方法  14-17
  1.4 研究内容、方法及技术路线  17-18
第二章 实验与方法  18-29
  2.1 研究区概况  18
  2.2 样品采集  18-19
  2.3 样品处理  19-20
  2.4 测试与分析  20-23
    2.4.1 实验试剂及设备  20
    2.4.2 ICP分析参数选择  20-21
    2.4.3 标准曲线的绘制  21-22
    2.4.4 质量控制与保证  22-23
  2.5 数学分析方法  23-28
    2.5.1 内梅罗综合指数法  23-24
    2.5.2 BP人工神经网络  24-26
    2.5.3 因子分析法  26-27
    2.5.4 地统计分析法  27-28
  2.6 应用软件  28-29
第三章 岳麓区城市表层土壤重金属污染评价  29-37
  3.1 城市表层土壤中重金属含量统计学特征  29-31
  3.2 不同功能区的土壤重金属污染特征  31-32
  3.3 土壤重金属污染评价  32-37
    3.3.1 内梅罗综合污染指数法  32-34
    3.3.2 基于BP神经网络的环境质量评价  34-37
第四章 地统计学在重金属空间分布研究应用  37-47
  4.1 变差函数的数学拟合模型  37-38
  4.2 变差函数的拟合  38-44
  4.3 Kriging插值的Matlab实现  44-47
第五章 湘江长沙段底泥重金属污染评价  47-53
  5.1 湘江长沙段重金属统计特征  47-48
  5.2 湘江长沙段底泥重金属来源  48-50
  5.3 湘江底泥重金属污染评价  50-53
    5.3.1 地累积指数法评价  50-51
    5.3.2 潜在生态风险指数评价  51-53
结论和建议  53-55
参考文献  55-63
攻读学位期间主要的研究成果目录  63-64
致谢  64

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境质量评价与环境监测 > 环境质量分析与评价 > 区域环境质量评价
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