某铀尾矿库周边土壤重金属污染评价

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土壤是人类生存与发展的基本环境要素。随着工业发展,土壤重金属污染问题愈发严重,引起了广大关注。某铀尾矿库服役30多年,累积了大量铀尾矿砂,是铀矿冶系统最大的放射性污染源,对附近区域土壤造成污染,更会通过食物链影响到人类健康与安全,因此研究该区域土壤重金属污染具有重要意义。本文首先采用描述性统计分析、相关性分析、单因子污染指数法、单项潜在生态危害指数法、内梅罗综合污染指数法和潜在生态综合污染指数法评估研究区内基于离散采样点的土壤重金属U、Mn、As、Pb和Cr污染程度。其次结合GIS与地统计学方法,对离散采样点进行空间插值,分析了重金属污染在研究区的空间分异情况。然后对空间插值与指示克里格方法的重金属污染评价结果进行不确定性分析,以确定重金属污染范围。最后借用情景预测模型,对U污染范围的时空变化趋势做出预测,得到的污染范围变化图可为环境治理工作提供有力的支持。其主要内容与研究结果如下:1、描述性统计分析表明,重金属U、Mn、As均为强变异,变异系数分别为105.77%、67.94%、41.29%;Pb的变异系数为30.36%,是中等变异;Cr属弱变异,系数为12.43%,空间分异性相对不显著。2、单因子污染指数法结果表明,样品中重金属U的污染占比为99.5%,重金属Mn的污染占比为28.6%,As的污染占比为71.4%,Pb的污染占比为60.5%,Cr的污染占比为66.2%。单项潜在生态危害指数表明,样品中有99.5%的重金属U处于中等及以上生态危害等级,100%样品的Mn、Cr处于轻微生态危害等级,96.1%的As处于轻微生态危害等级,99.5%的Pb处于轻微生态危害等级。研究区内的内梅罗综合污染指数法表明,处于中度污染的占比45.8%,处于重度污染的占比为44.9%。综合生态危害指数表明处于中等污染程度的占比为80.5%,整体上表现为中等生态危害。3、5种重金属经正态变换后均符合正态分布,建立五种重金属半方差模型特征,Cr表现为纯块金形式,无法使用普通克里格方法。因此对Cr采用反距离权重法制作空间污染分布图,而对余下4种元素则采用普通克里格法进行空间插值,制作了重金属污染的空间分布图。空间分布图显示:U在尾矿库区周边表现为重度污染情况,其余地区亦表现出轻度污染乃至严重污染情况。重金属Mn在西部表现为轻微污染状况。重金属As只在零星区域表现为清洁。Pb在尾矿库北部和东部呈现有清洁状况,其余地区均为轻微污染。重金属Cr在区域的北部、西部、南部,出现了半圈清洁区,其余地区均为轻微污染。U、Cr含量高值出现在尾矿库附近,由内向外,含量降低。Mn含量特征为西部高,东部低;As含量高值与低值分布零散;pb的含量在研究区内由西至东逐步降低。4、使用指示克里格法得到5种重金属污染的空间概率图,将之与空间插值方法得到的空间分布图相结合,对5种重金属污染的不确定性进行分析,界定了各重金属的污染范围与不确定性区域。重金属U处于中度污染及以上污染程度的面积占比8.5%,不确定性区域占比为10.6%,中度以下的面积占比为80.9%。Mn、As、Pb、Cr污染面积占比分别为28.4%、91.5%、76.3%、45.3%,情况不能被确定的区域分别占10.6%、15.3%、5.8%、16.9%、31.3%,未污染的区域占比为56.3%、2.7%、6.8%、23.4%。5、使用情景预测法的无突变模型,研究重金属U在2030年的污染情况。与2016年相比,如果不予治理,未来研究区重金属U污染将更为严重,研究区重金属U中度以上污染程度的面积占比将达到为34.60%,相对2016年增加了26.15%。中度以下污染面积占比54.12%,相对减少了26.82%。不确定性区域为11.28%,相对变化不大。但2030年不确定性区域中有10.92%是由中度以下污染区域转变而来,而原本的不确定性区域则近乎全变为了中度及以上污染区域。
摘要第4-6页
abstract第6-8页
1 绪论第11-18页
    1.1 研究背景与意义第11-12页
    1.2 国内外研究现状第12-15页
        1.2.1 土壤重金属污染评价方法研究现状第12-13页
        1.2.2 GIS与地统计学在土壤重金属污染研究中的应用第13-14页
        1.2.3 土壤重金属污染预测研究现状第14-15页
    1.3 研究思路与内容第15-16页
    1.4 论文主要创新第16-18页
2 研究区概况与评价方法第18-28页
    2.1 研究区域概况第18页
    2.2 数据获取与处理第18-21页
    2.3 污染评价方法第21-24页
        2.3.1 单因子污染指数评价法第21-22页
        2.3.2 内梅罗综合污染指数评价法第22-23页
        2.3.3 潜在生态污染指数法第23-24页
    2.4 正态变换方法第24-25页
        2.4.1 对数变换第24-25页
        2.4.2 Box-Cox变换第25页
        2.4.3 Johnson变换第25页
    2.5 地统计插值方法第25-28页
        2.5.1 普通克里格法第25-26页
        2.5.2 反距离权重法第26页
        2.5.3 指示克里格法第26-28页
3 基于离散点的土壤重金属污染评价第28-35页
    3.1 土壤重金属含量分析第28-30页
        3.1.1 描述性分析第28-29页
        3.1.2 相关性分析第29-30页
    3.2 单因子污染指数法评价结果第30-31页
    3.3 内梅罗综合污染指数法评价结果第31-32页
    3.4 潜在生态污染指数法结果第32-34页
    3.5 本章小结第34-35页
4 基于空间插值的污染面域特征分析第35-50页
    4.1 正态性检验第35-40页
    4.2 半方差模型第40-41页
    4.3 土壤重金属污染空间分布特征第41-49页
        4.3.1 单项污染指数空间分布第41-45页
        4.3.2 综合污染指数空间分布第45-49页
    4.4 小结第49-50页
5 研究区污染范围界定第50-58页
    5.1 单因子污染指数概率第50-54页
    5.2 污染范围不确定性分析第54-57页
    5.3 本章小结第57-58页
6 基于时间预测的重金属U污染评价第58-65页
    6.1 情景预测模型第58-60页
    6.2 2030年土壤重金属累积预测结果第60-64页
    6.3 小结第64-65页
结论第65-67页
致谢第67-68页
参考文献第68-73页
攻读学位期间发表的学术论文及研究成果第73页
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