1、地表层土壤重金属污染传播模型摘 要：本文在获取地表层土壤的主要重金属污染元素分布数据的前提下，根据实际土壤中重金属元素的传播特性及影响因素，建立了传播特性微分方程模型，以此可进一步确定污染源位置并进行污染预警。 关键词：重金属；插值；污染源；微分方程 随着城市经济的快速发展，人类工业活动中产生的重金属污染对城市环境质量的影响日显突出。因此，研究人类活动影响下城市地质环境的演变模式，日益成为人们关注的焦点。本文以某城市地表层土壤的八种主要重金属元素的分布数据为基础，根据实际土壤中重金属元素的传播影响因素，建立传播特性微分方程模型，以确定污染源及对可能污染区域进行预警。 为了分析重金属污染物的传播
2、特征，确定污染源的位置，首先分析在土壤中重金属污染物的传播方式，继而分析影响传播的因素。 重金属污染物的传播方式主要有自然传播和人类活动影响传播两方面，自然传播主要指通过土壤中泥沙颗粒的扩散来实现，人类活动影响主要来自大气的沉降、水体的污染、固体废物的堆放以及矿产资源的开发和冶炼等。 大气的沉降：能源、运输、冶金、建筑等工业，汽车尾气的排放及轮胎的磨损，化石能源的燃烧产生的气体和粉尘含有大量重金属，这些元素最终通过自然沉降和雨淋沉降融入土壤。经查阅资料，煤所含的Cr、Pb、Hg 等金属和石油所含的 Hg 等元素，其燃烧时产生的污染物1030%沉降在排放源十几公里的范围内。大气沉降所带来的污染与
3、城市的人口密集度，工业发达程度，交通的便利程度有直接的关系，离污染源越近污染程度就越高。 水体的污染：水体的污染主要来源于未经处理的生活污水、石油化工污水，工业废水、污水灌溉以及渗水坑处理污水的方式。各种污水都不同程度的含有重金属等污染物质，例如，被铅锌矿废水污染的农田土壤中含镉高达 10136mg/kg。 固体废物的堆放：固体废物主要包括工业固体、化工原料、矿产业、城市垃圾等废弃物，其种类繁多，成分复杂，不同种类其危害方式和污染程度不同，其中矿业和有毒的工业固体废弃物污染最为严重。其污染范围一般以废弃堆为中心向四周扩散。有一些固体废弃物被直接或通过加工作为肥料施入土壤，对土壤造成更为严重的污
4、染，并且通过土壤污染地下水，将污染物流向其他地方。 矿产资源的开发和冶炼：金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣堆放等，可以被酸溶出含重金属离子的矿山酸性废水，随着矿山排水和降雨使之带入水环境（如河流等）或直接进入土壤，都可以间接或直接地造成土壤重金属污染，其污染特性是随着污染源距离延长而逐渐降低。 由于土壤中重金属元素的扩散传播是最基本的的传播方式，所以在本文分析中主要考虑土壤中扩散因素。 以某城市地表层土壤的八种主要重金属元素的实测分布数据，利用不规则数据的二元函数插值可以绘制出八种重金属元素在研究区内的二维空间分布图，得出每种重金属污染元素的污染程度，同时得到浓度最高值点。但由
5、于土壤对重金属元素的扩散传播特性及土壤表层植被和微生物的降解能力，结合实际地况的影响，可能导致污染源所在点的污染浓度积累值在一定区域范围内不是最大值，例如图 1 所示，若两个污染源点处于鞍形地形的峰值点，如图 1 中 A、B 点处，则受地理环境的影响，土壤颗粒及土壤中的水分受重力影响经一定时间的积累后，会携带重金属元素向海拔低处迁移，致使鞍点处最终可能达到此地理区域内的浓度最大值，如图中 C 点处。即经过理论分析得到污染浓度最大值点不一定是污染源点。 结论：由于重金属元素污染浓度是随时间变化的值，根据污染源点的特性可分析得污染浓度随时间变化量最大处即为污染源点。下面对重金属污染传播特性建立微分
6、方程模型。 1 条件假设 4 改进模型 式 1 所示模型的缺点是模型分析过于简单，受已知数据的限制，模型中仅考虑了土壤中重金属元素的扩散传播，没有考虑以下方面：生物、植被的影响；土壤性质差异对传播特性的影响；土壤中水流量的影响；各类区域间的地理位置关系；采样点的采样误差等。在模型的求解时，还将扩散系数视为等值。使得求解值与实际值有一定误差。 为优化模型，需要收集以下信息： （1）第 i 种重金属元素在第 j 个采样点的土壤颗粒性质差异对传播特性的影响因数 Kij （2）各类区域间的地理位置关系影响因子 Kr （3）土壤水流量影响因子 Kv 作者简介 魏西媛（1979-） ，女，讲师，硕士，西安外事学院工学院。
