基于多重分形的金華城市灰塵金屬元素空間分布規(guī)律研究.pdf

1、近些年來，水、土壤和大氣顆粒物的含量成為評價城市環(huán)境質(zhì)量的重要研究對象。城市灰塵中某些指標(biāo)對城市環(huán)境污染有一定的指示意義，并且城市灰塵具有較強的代表性、取樣相對簡單方便、空間分布范圍大、且與非點源污染之間聯(lián)系密切等眾多優(yōu)點。城市灰塵易受工礦業(yè)生產(chǎn)、交通以及城市房產(chǎn)、市政建設(shè)等人類活動的影響，許多重金屬元素不斷在城市灰塵中富集，城市灰塵污染已成為城市污染的重要污染物之一。城市灰塵重金屬富集過程會對城市生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大的危害，不僅會造成城市

2、環(huán)境污染，還會危害城市居民的健康，降低城市的居住質(zhì)量。因此，對城市灰塵重金屬元素空間分布規(guī)律及其影響因素進(jìn)行研究具有重要意義。
　　國內(nèi)、外學(xué)者有關(guān)城市灰塵中重金屬元素的研究，主要有以下幾個領(lǐng)域:重金屬元素的含量、賦存形態(tài)、源解析、在空間上的分布規(guī)律以及污染評估等。在研究城市灰塵中的重金屬空間分布特征時較多的是以城市作為單元，研究城市灰塵中的重金屬含量在城市主城區(qū)內(nèi)“點”“線”“面”上的空間分布特征，并對其影響因素進(jìn)行分析。

3、>　　在以往工作中，灰塵化學(xué)元素分布規(guī)律的研究，通常采用空間統(tǒng)計學(xué)方法來研究灰塵金屬元素的空間變化，通過概率分布圖或者頻率分布直方圖的方法來研究灰塵金屬元素的概率分布。多重分形方法能夠很好的將這兩種功能融為了一體，不但考慮了地球化學(xué)場的空間變化性和相關(guān)性，而且對于突出場值在局部空間上的變化特征以及識別異常也具有很好的效果。但將多重分形方法應(yīng)用于城市灰塵的研究尚較為罕見。揭示城市灰塵化學(xué)元素的分布特征，提取異常區(qū)域?qū)τ诔鞘协h(huán)境保護(hù)具有較高

4、的參考價值。為此，本文選取了二環(huán)以內(nèi)的金華城區(qū)作為研究區(qū)域，以金華市城市灰塵作為研究載體，并測定了樣品中的Pb、Zn、Cu、Cr、Ni等重金屬元素，以及受人類活動影響較大的Ca元素的含量值。本文采用多重分形方法進(jìn)行研究，揭示了城市灰塵重金屬元素的空間分布特征，并對重金屬元素含量空間分布異常值進(jìn)行識別和提取。最后，著重分析了奇異性指數(shù)與交通、商業(yè)因素、工業(yè)因素等之間的關(guān)系。通過上述研究得到如下主要結(jié)論:
　　(1)計算了金華城市灰塵

5、中Pb、Zn、Cu、Cr、Ni、Ca等元素在4個不同功能區(qū)內(nèi)的分維值。通過對比分析不同功能區(qū)內(nèi)元素的分維值高低，發(fā)現(xiàn)除了Ca元素以外，Pb、Zn、Cu、Ni和Cr元素的分維值D的最小值都在工業(yè)區(qū)內(nèi)，說明這五種元素在工業(yè)區(qū)內(nèi)分布的均一性程度差，在工業(yè)區(qū)內(nèi)富集污染的可能性較大。
　　(2)利用多重分形譜分析了金屬元素含量在研究區(qū)內(nèi)的空間分布特征。研究發(fā)現(xiàn)，本文所研究的6種金屬元素含量的分形譜函數(shù)f（α）曲線均為上凸的不對稱圖像。其中，

6、Pb、Cu、Ni和Zn元素多重分形譜的形狀呈右鉤狀，說明這四種灰塵重金屬元素的低含量值區(qū)域所占的比例較高含量值區(qū)域大。而Ca和Cr元素多重分形譜的形狀呈左鉤狀，譜函數(shù)的左端點值比右端點值高，說明Ca和Cr元素的高含量值部分所占比例較大。
　　(3)開發(fā)并計算了所研究的六種金屬元素含量的奇異性指數(shù)，并提取了Pb、Zn、Cu、Cr、Ni、Ca等六種元素的地球化學(xué)異常。金華市灰塵重金屬的主要污染區(qū)域有:江南核心商圈、汽車西站—婺城工貿(mào)區(qū)

7、一帶和金華市工業(yè)園區(qū)。這些區(qū)域內(nèi)人類活動頻繁，工業(yè)發(fā)達(dá)，交通便利，說明城市灰塵金屬可能受工業(yè)和交通等人類活動的影響。
　　(4)利用相關(guān)分析方法，探究了奇異性指數(shù)與交通、工業(yè)、商業(yè)等影響因素的關(guān)系。結(jié)果表明，城市灰塵金屬元素的奇異性指數(shù)與道路網(wǎng)密度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明交通是影響金華城市灰塵金屬含量分布的一個重要因素，灰塵金屬元素的奇異性指數(shù)可以用來指示金華城區(qū)的交通污染情況;金華城區(qū)灰塵金屬的奇異性指數(shù)與各點到工業(yè)區(qū)中心，以及到商業(yè)