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(lái)，水、土壤和大氣顆粒物的含量成為評(píng)價(jià)城市環(huán)境質(zhì)量的重要研究對(duì)象。城市灰塵中某些指標(biāo)對(duì)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(qiáng)的代表性、取樣相對(duì)簡(jiǎn)單方便、空間分布范圍大、且與非點(diǎn)源污染之間聯(lián)系密切等眾多優(yōu)點(diǎn)。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(lèi)活動(dòng)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(guò)程會(huì)對(duì)城市生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大的危害，不僅會(huì)造成城市

2、環(huán)境污染，還會(huì)危害城市居民的健康，降低城市的居住質(zhì)量。因此，對(duì)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(guó)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(gè)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(píng)估等。在研究城市灰塵中的重金屬空間分布特征時(shí)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(diǎn)”“線(xiàn)”“面”上的空間分布特征，并對(duì)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(jì)學(xué)方法來(lái)研究灰塵金屬元素的空間變化，通過(guò)概率分布圖或者頻率分布直方圖的方法來(lái)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(chǎng)的空間變化性和相關(guān)性，而且對(duì)于突出場(chǎng)值在局部空間上的變化特征以及識(shí)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(jiàn)。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(jià)值。為此，本文選取了二環(huán)以?xún)?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(cè)定了樣品中的Pb、Zn、Cu、Cr、Ni等重金屬元素，以及受人類(lèi)活動(dòng)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(duì)重金屬元素含量空間分布異常值進(jìn)行識(shí)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(guò)上述研究得到如下主要結(jié)論:
　　(1)計(jì)算了金華城市灰塵

5、中Pb、Zn、Cu、Cr、Ni、Ca等元素在4個(gè)不同功能區(qū)內(nèi)的分維值。通過(guò)對(duì)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(shuō)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(xiàn)均為上凸的不對(duì)稱(chēng)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(shuō)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(diǎn)值比右端點(diǎn)值高，說(shuō)明Ca和Cr元素的高含量值部分所占比例較大。
　　(3)開(kāi)發(fā)并計(jì)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(chē)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(lèi)活動(dòng)頻繁，工業(yè)發(fā)達(dá)，交通便利，說(shuō)明城市灰塵金屬可能受工業(yè)和交通等人類(lèi)活動(dòng)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(gè)重要因素，灰塵金屬元素的奇異性指數(shù)可以用來(lái)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(diǎn)到工業(yè)區(qū)中心，以及到商業(yè)