天 津 师 范 大 学
本科生毕业论文（设计）
题目：天津城市道路灰尘重金属空间分布与污染评价
学 号： 09508128 姓 名： 孙宗斌 专 业： 资源环境与城乡规划管理 年 级： 2009级 学 院： 城市与环境科学学院 完成日期： 2013年 5月 指导教师： 胡蓓蓓
天津城市道路灰尘重金属空间分布与污染评价
摘要：本文以天津城市道路灰尘重金属为研究对象，分析了天津市道路灰尘重金属的
含量水平和空间分布特征，并运用地积累指数Igeo法对重金属含量水平进行了污染评价，运用潜在生态风险指数法进行污染风险评价，通过Pearson相关分析和主成分分析判析重金属来源。结果表明：市区道路灰尘中重金属Cd、Cr、Cu、Ni和Pb的平均含量依次为0.99、121.41、100.62、43.35和61.48mg/kg，均超过天津土壤环境背景值；Cd、Cr和Cu的空间分布差异较大，Ni和Pb的空间分布差异较小；天津城市道路灰尘重金属污染整体上处于轻度—中度污染水平，潜在生态风险程度达到较高水平；Pearson相关分析和主成分分析得出Cu、Ni和Pb主要受人为因素影响，交通尾气排放和工业污染为其主要来源，且以多因子复合影响为主。
关键词：道路灰尘；重金属；空间分析；污染评价；天津
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Spatial Analysis and Pollution Assessment on Heavy Metals in
Urban Street Dust of Tianjin
Abstract: The contents of heavy metals in urban street dust of Tianjin were studied, and
Kriging analysis was applied to analyze the spatial distribution of heavy metals in street dust of urban area. The pollution level was assessed by the geo-accumulation index, and the risk was assessed by the potential ecological index. Pearson correlative analysis and principal component analysis indicated the main pollution sources of heavy metals. The results showed that the average contents of Cd(0.99mg/kg), Cr(121.41mg/kg), Cu(100.62mg/kg), Ni(43.35mg/kg), Pb(61.48mg/kg) in street dust of urban area, and all the five heavy metals were higher than the soil background value in Tianjin. The spatial distribution of Cd, Cr and Cu had larger differences except Ni and Pb. The pollution of heavy metals in urban street dust of Tianjin were generally at slight to medium pollution level, and the potential ecological risk got to higher ecological hazards. Pearson correlative analysis and principle component analysis indicated that Cu, Ni and Pb were polluted by industry and traffic. Many factors complexly impacted mainly.
Key words: street dust; heavy metal; spatial analysis; pollution assessment; Tianjin
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目 录
1 引言.........................................................................................................................................1 2 材料与方法.............................................................................................................................1 2.1 研究区域概况 ..................................................................................................................1 2.2 采样布点 ..........................................................................................................................2 2.3 样品采集 ..........................................................................................................................2 2.4 样品处理与分析 ..............................................................................................................2 2.4.1 样品粒度的测定........................................................................................................2 2.4.2 样品有机质的测定....................................................................................................3 2.4.3 样品重金属的测定....................................................................................................3 3 结果与讨论.............................................................................................................................4 3.1 天津城市道路灰尘基本理化性质 ..................................................................................4 3.2 天津城市道路灰尘重金属含量水平 ..............................................................................4 3.3 天津城市道路灰尘重金属分布特征 ..............................................................................6 3.4 天津城市道路灰尘重金属污染评价 ..............................................................................8 3.4.1 基于地积累指数Igeo法的评价 .................................................................................8 3.4.2 潜在生态风险指数法的评价....................................................................................9 3.5 天津城市道路灰尘重金属来源判析 ............................................................................ 11 3.5.1重金属和有机质Pearson相关系数分析 ................................................................ 11 3.5.2重金属主成分分析...................................................................................................12 4 结论.......................................................................................................................................13 参考文献...................................................................................................................................13
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1 引言
随着城市化和工业化进程的不断加快，天津城市人口愈发密集，继而提升的城市环境污染水平引发了政府和众多研究者的广泛关注。道路灰尘是引发城市环境污染的重要来源，它是由交通运输排放、工业排放、建筑和道路等表面粒子风化剥蚀、大气沉降以及其他人类活动共同作用产生的[1-10]。在城市区域内部污染物质短时间积累的前提下，道路灰尘可以准确地指示城市的环境状况[11]。富集于道路灰尘中的元素主要存在形态为重金属，其具有潜伏性、持久性、难降解性和毒性效应等特点[12]，因此在城市环境中长时间积累的有毒元素被称为“化学定时炸弹”[13-17]。环境中重金属浓度的增加会潜在威胁人类的安全和健康，并且严重干扰了自然生态系统的循环[14,17]。以灰尘为介质携带重金属的传播方式，一方面极易通过对悬浮粒子的摄取、吸收和皮肤接触吸收直接进入人体[2,5,17-22]；另一方面，地表灰尘重金属还可通过水循环和大气循环间接影响城市环境质量[23]，威胁人类健康。因此，对道路灰尘中重金属进行空间分析和污染评价具有重要的理论价值。
自上世纪70年代中后期以来，国内外在道路灰尘重金属研究领域主要涉及地表灰尘重金属来源识别[23]，污染特征与迁移转化探析[24,25]，重金属粒级效应与赋存状态研究[26]，道路灰尘重金属污染现状和生态风险评价[4,16,17,27-30]，以及健康风险评价等方面
[31-33]
。虽然国内外学者在许多大城市展开了道路灰尘重金属方面的研究，然而作为我
国四大直辖市之一的天津在此领域的研究却较少。因此开展天津城市道路灰尘重金属的污染调查与研究具有刻不容缓的现实意义。
本文运用ArcGIS地统计分析法对道路灰尘中5种重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Pb的空间分布特征进行探究，分别运用地积累指数Igeo法和潜在生态风险指数法对天津城市道路灰尘重金属进行污染评价和潜在生态风险评价，运用SPSS19.0对灰尘重金属进行来源判析，为保障居民身心健康和改善城市环境质量提供科学依据。 2 材料与方法 2.1 研究区域概况
天津坐落于38°34′N-40°15′N、116°43′E-118°04′E，地处华北平原东部，北靠燕山，东临渤海，全年平均气温13.4℃，属于温带季风性气候类型区，常住人口为1299.29万人，人口密度为837人/km2（截至2010年），是中国四大直辖市之一，也是中国北方最重要的沿海开放城市。天津市中心城区位于天津市的中心偏西南部，39°01′N-39°15′N、117°05′E-117°19′E，其中内环、中环和外环贯穿整个中心城区。本文以天津市中心城区内各大交通干线为研究对象。研究区域如图1所示。
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