基于综合指数法的分析重金属污染程度模型

表 2 地质累积污染指数分级标准 I I≤0 0 < ������ ≤ 1 1 < ������ ≤ 2 2 < ������ ≤ 3 3 < ������ ≤ 4 4 < ������ ≤ 5 I>5 级别 0 1 2 3 4 5 6 污染程度 无污染 无污染到中度污染 中度污染 中度污染到强污染 强污染 强污染到极强污染 极强污染
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由上表4可得，说明了地积累指数的计算结果和上述分析的正确性，工业区 和交通区处于中度污染， 生活区处于轻度污染程度，公园绿化区的污染程度也很 小，山区污染程度最小。
表4各城区的污染程度、污染水平 城区划分 生活区 工业区 山区 交通区 公园绿地区 土壤综合污染指数 1.042 2.717 0.2736 2.287 0.849 污染程度 轻污染 中污染 安全 中污染 警戒线 污染水平 污染物超过起初污染 值，作物开始污染 土壤和作物污染明显 清洁 土壤和作物污染明显 尚清洁
其中，������������������ 为第������ 个地区中元素������ 的地质累积指数；������������������ 为第������ 个地区中元素������ 的浓 度，单位为������������/������������；������������������ 元素������ 的背景浓度，单位为������������/������������；1.5 为修正指数，是 考虑到由于成岩作用可能会引起背景值的变动，通常用来表征沉积特征、岩石地 质等其他影响。 按受污染程度强弱，将地质累积指数分为 7 个级别（见下表 3） ，0-6 级表示 污染程度由无到极强，最高一级（7 级）的元素含量可能达背景值的几百倍。见 下表 2 所示：
������ ������ =1 ������������ ������������������ ������ ������ =1 ������������
12
对于权重������的确立 ，DJ.Swaine按照重金属对环境的影响程度，将环境研究 中人们都比较关注的微量元素分成了三类，因一类、二类、三类微量元素环境重 要性逐渐下降，分别赋值为3、2、1作为权重。本小题研究涉及的几种重金属其 类别和权重分配如表2所示。
5.1.1 基于综合指数法的分析重金属污染程度模型 1. 初步分析 重金属污染评价方法种类较为繁多，从地质环境角度来看，应用于土壤 重金属污染评价的方法主要有单因子指数法、地质累计指数法（ Muller 指 数） 、内梅罗指数法等。 我们通过查阅资料了解到， 地质累积指数[5]不仅反映了元素的自然变化特征, 而且可以判别人为活动对环境影响 , 是区分人为活动的重要参数。但是Muller 指数只能给出各采样点的某种重金属的污染指数，无法给出各采样点的多 种重金属污染综合指数和某种重金属的地区综合指数，即不能全面地反映土 壤的污染状况。由此，我们认为不能只用一种评价方法，内梅罗指数[5]不仅考 虑到各种影响参数的平均污染状况, 而且特别强调了污染最严重的因子,同时在 加权过程中避免了权系数中主观因素的影响, 克服了平均值法各种污染物分担 的缺陷。 因此，本小题我们采用综合指数法—地质累积指数与内梅罗指数结合法，来 分析该城区内不同区域重金属的污染程度。 2. 模型建立 地质累积指数法： ������������������ = ������������������2 ������������������ 1.5 ∙ ������������������ 10
������������ =
������������������
2 ������������������
+ ������������������
2
������������������������ = ������������������ ������������������ ；������������������������ 为地质累积指数算术平均值。 但是，由于不同重金属对土壤环境、生态环境的影响不同，采用加权计算法 来求平均值比较合适，进一步改进公式如下： ������������������������ =
因此，结合表 3 和图 2 分析可得， （1）在生活区，Cu、Zn 元素呈轻度污染，污染物超过起初污染值，作物开始污 染， 而其他元素的污染程度处于警戒线以下， 较为安全。 说明在人类日常生活中， 门把手、锁、灯具、墙饰以及厨房炊具等 Cu 制品及 Zn 有着重要的影响，使其 污染累积。由此来看，该地区的污染程度较小； （2）在工业区，Hg 污染最强，达到了强污染程度，相对而言，受 Cu 的污染则 达到了中度污染到强污染，Cd、Pb、Zn 达到了轻污染，而受 As、Cr、Ni 的污 染最小，却也处于警戒线到轻污染的程度。由此可见，工业区的发展带来了大量 的重金属沉积土壤，导致污染较为严重； （3）在山区，八种元素的污染程度都处于安全状态。因此，山区几乎是无污染 状态； （4） 在交通区， Hg 同样污染最强， 达到了强污染程度， Cu 和 Zn 达到了轻污染， As、Cd 、Cr、Pb 也处于警戒线到轻污染的程度，而 Ni 污染最小，处于安全状 态。近年来，随着城市化进程和人们生活水平的提高，私家车使用量增加，汽车 尾气的排放、轮胎磨损等等都导致重金属的污染。综合来看，交通区的污染也较 为严重； （5）在公园绿化区，Hg 达到了轻污染，As、Cd 、Cu、Pb、Zn 处于警戒线到 轻污染的程度，而 Cr、Ni 污染最小，处于安全状态。由此来看，该地区的污染 程度较小。 然后，根据上述所求得的各采样点的地积累指数，求得地质积累指数的最大 值和代入 12 式中所求得的平均值，一并代入 11 求出各地区的综合指数。 结合表4得出各城区的污染程度、污染水平，见下表4所示：

综合指数法： 内梅罗指数法是先求出各因子的分指数(超标倍数)，然后求出各分指数的平 均值，取最大分指数和平均值计算。而综合指数法是对内梅罗指数进行改进，将 单因子指数换成地质累积指数，得到新的综合指数������������ ，公式如下：
������������������ 11 2 其中， ������������ 是第 ������ 个地区的综合污染指数； ������������������������ 为地质累积指数最大值，即
������ ≤ 0.7 0.7 < ������ ≤ 1.0 1.0 < ������ ≤ 2.0 2.0 < ������ ≤ 3.0 ������ ≥ 3.0
3. 模型求解 首先，运用 10 式，计算出各采样点的地积累指数，绘制出各区八种重金属 元素的地积累指数的均值，见下图2：
图2各区八种重金属元素的地积累指数的均值图像
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表2 重金属污染物对环境的重要性分类和权重值 元素 类别 权重 Hg I 3 Pb I 3 Cd I 3 As I 3 Zn II 2 Cu II 2 Cr II 2 Ni II 2
综合污染指数分级标准见表3所示。
表3 土壤综合污染程度分级标准 土壤综合污染等级 1 2 3 4 5 土壤综合污染指数 污染程度 安全 警戒线 轻污染 中污染 重污染 污染水平 清洁 尚清洁 污染物超过起初污染 值，作物开始污染 土壤和作物污染明显 土壤和作物污染严重