鐵路交通是環(huán)境中重金屬污染物的重要排放源之一,近年來(lái)鐵路交通導(dǎo)致的重金屬污染問(wèn)題日益受到學(xué)者的關(guān)注。我國(guó)鐵路交通發(fā)展迅速,因此需要科學(xué)研究與分析鐵路運(yùn)行對(duì)環(huán)境的影響,尤其是對(duì)土壤中重金屬的影響,為鐵路建設(shè)的發(fā)展決策提供有力的科學(xué)依據(jù)。日本的鐵路建設(shè)屬于世界先進(jìn)水平。目前日本已經(jīng)建成了總里程超過(guò)20000km,覆蓋城市內(nèi)部以及城市之間的相當(dāng)成熟的鐵路運(yùn)輸體系。悠久的運(yùn)營(yíng)歷史和高密度的線路分布使得日本鐵路適合作為研究鐵路源重金屬污染的對(duì)象,對(duì)我國(guó)鐵路交通的發(fā)展有重要的參考價(jià)值。本論文運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)理論與方法,選取日本6條鐵路線——室蘭本線、八高線、水郡線、越后線、總武本線和中央本線作為研究對(duì)象,采集沿線土壤樣品,部分線路采集道路粉塵樣品進(jìn)行對(duì)比。對(duì)19種重金屬(V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Sr、Rb、Se、Mo、Cd、Sn、Ba、Pb、Bi)以及 5 種其他金屬元素(Li、Na、Mg、Al、K)進(jìn)行了總量及不同形態(tài)的含量分析,探索了鐵路沿線土壤中重金屬含量的分布特征和影響因素,并借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法建立鐵路沿線土壤重金屬含量預(yù)測(cè)模型。采用相關(guān)系數(shù)法,主成分分析法,聚類分析法,Pb穩(wěn)定同位素法和克里金插值圖解分析法對(duì)鐵路沿線土壤中重金屬進(jìn)行了判源分析。通過(guò)富集因子分析、綜合污染指數(shù)分析、地積累指數(shù)分析、潛在生態(tài)危害分析和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),從污染程度、對(duì)生態(tài)影響、對(duì)人體健康影響3個(gè)方面對(duì)鐵路沿線土壤樣品中重金屬進(jìn)行評(píng)價(jià)。本論文獲得如下結(jié)論:1、鐵路沿線土壤中Cu、Pb等重金屬含量超過(guò)日本土壤背景值。在6條線路沿線的土壤樣品中,Cu和Pb含量超過(guò)了日本背景值,2種元素的變異系數(shù)都很大,Cu的變異系數(shù)從16.0%到175%,Pb的變異系數(shù)從18.3%到275%,表明這2種元素在鐵路沿線土壤中的含量受到人為因素影響較大。除這2種元素外,各條線路沿線土壤中分別存在其他元素含量超過(guò)背景值。含量分析結(jié)果表明鐵路沿線土壤中重金屬含量不同程度超過(guò)土壤背景值,且與人為因素有一定關(guān)系。分步提取實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不同類型鐵路沿線土壤中某些重金屬的生物吸收性不同,鐵路沿線土壤中大部分重金屬生物吸收性較差,元素主要以殘留態(tài)的形態(tài)存在于土壤中。2、富集因子分析表明,在每條線路沿線土壤中,重金屬都存在污染。其污染程度隨著采樣點(diǎn)與鐵路距離的增加而減輕,較為嚴(yán)重的污染多發(fā)生在距離鐵路20m范圍內(nèi)。Zn在所有采樣點(diǎn)都達(dá)到了中度污染水平,污染情況最為嚴(yán)重;其次是Cu,在室蘭本線、八高線、和總武本線所有采樣點(diǎn)的EF值≤2,達(dá)到污染水平。在水郡線和總武本線沿線,Pb在所有采樣點(diǎn)得EF值≥2。表明鐵路沿線土壤中存在重金屬污染,其中Cu、Zn和Pb的污染程度較為嚴(yán)重。3、不同鐵路沿線土壤中重金屬分布存在差異,水郡線和八高線的沿線土壤中,元素的分布總體較為均勻。在其他線路的樣品中,均有部分元素的含量與采樣點(diǎn)與鐵路的距離呈顯著負(fù)相關(guān)。列車頻次、機(jī)車動(dòng)力類型、是否存在貨運(yùn)列車、土壤pH值、風(fēng)向等因素都對(duì)鐵路沿線土壤中重金屬的分布產(chǎn)生影響。4、鐵路沿線土壤重金屬的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型除Cd外訓(xùn)練精度均較好。Cu、Zn、Mn、Cd、Sn和Pb的預(yù)測(cè)模型模擬精度較高,說(shuō)明這幾種元素含量與鐵路運(yùn)行的相關(guān)性較高。5、判源分析結(jié)果表明,土壤中Cu、Zn、Sn和Pb主要來(lái)源于鐵路運(yùn)行,同時(shí)也受到公路機(jī)動(dòng)車運(yùn)行的影響。其中相關(guān)分析結(jié)果表明,柴油機(jī)車鐵路沿線和電力機(jī)車鐵路沿線土壤樣品中重金屬的相關(guān)性不同。柴油機(jī)車鐵路線中,室蘭本線和水郡線幾乎所有元素之間都存在顯著相關(guān)。電力機(jī)車的3條鐵路線中Cu、Zn、Se、Sn、Pb和Bi的相關(guān)系數(shù)較為顯著,因此這6種元素在電力機(jī)車鐵路沿線具有相同的人為源。主成分分析結(jié)果表明柴油機(jī)車沿線土壤重金屬Fe、Cu、Zn、Mn、Cd和Pb的含量相關(guān)性明顯,這些元素主要來(lái)自鐵路的運(yùn)行。電力機(jī)車沿線的主成分分析表明公路運(yùn)行和鐵路運(yùn)行都是土壤中重金屬的潛在污染源,Cu、Zn、Sn和Pb同時(shí)受到2種交通工具的影響,Cr則主要來(lái)源于鐵路。聚類分析結(jié)果表明柴油機(jī)車鐵路沿線樣品中重金屬含量在3條鐵路線之間沒(méi)有明顯的相似性;電力機(jī)車沿線樣品中Cu、Zn、Sn和Pb具有顯著的相關(guān)性,處于同一組分類中,因此可能來(lái)自同一污染源。Pb穩(wěn)定同位素的分析表明鐵路對(duì)于沿線土壤中Pb的含量也有貢獻(xiàn),除此之外,公路對(duì)于土壤中重金屬的含量也有影響。圖解分析法表明,Cu、Zn、Sn和Pb這4種元素在所選的6條線路沿線土壤中,其高含量主要分布在距離鐵路較近的區(qū)域,表明這些元素的來(lái)源主要為鐵路的運(yùn)行。6、綜合污染指數(shù)分析結(jié)果表明,本論文所選擇的鐵路線沿線土壤中重金屬對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了污染,室蘭本線、總武本線和中央本線的IPI平均值3,屬于重度污染;地積累指數(shù)分析表明,研究中各條線路沿線出現(xiàn)不同程度污染。污染最為嚴(yán)重的元素為Zn,其次嚴(yán)重的元素為Cu。地積累指數(shù)較高的樣品主要集中在距離鐵路20m范圍內(nèi)的樣品中。7、本論文所選的6條線路的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高,總武本線的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到極強(qiáng)烈風(fēng)險(xiǎn)水平,中央本線為很強(qiáng)烈風(fēng)險(xiǎn)水平,其它線路均為強(qiáng)烈風(fēng)險(xiǎn)。單項(xiàng)潛在生態(tài)危害分析結(jié)果表明,Cd的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最大,Cu次之。鐵路沿線土壤中重金屬的單項(xiàng)和綜合非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)都小于1,非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)可以忽略。除Cr外其他元素的致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)都小于國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)所建議的標(biāo)準(zhǔn)值5.0×10-5,處于無(wú)致癌風(fēng)險(xiǎn)。6條線路的綜合致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)都超過(guò)了 5.0×10-5。本論文中鐵路沿線土壤中重金屬存在較為嚴(yán)重的致癌風(fēng)險(xiǎn)。
【學(xué)位單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X53
【部分圖文】：

圖２－１室蘭本線本意圖??

部的一條地方線路，只有客車運(yùn)行。該線路既有電力機(jī)車；也有柴油機(jī)車，東京都八Ｍ??子市八王子站至琦玉縣高麗川站之間１９９６年起改為電力機(jī)車，高麗川站至倉(cāng)賀野站之??間為柴油機(jī)車。八高線示意圖見(jiàn)圖２－２，圖中紅線為八高線，綠線為其他鐵路線。??＾?１〇〇ｋｍ??圖２－２八隱線本意圈??水郡線隸屬于ＪＲ東日本，位于日本東海岸，東京都以北地區(qū)，起點(diǎn)為茨城縣水戶??市水戶車站，終點(diǎn)為福島縣郡山市安積永盛車站，全長(zhǎng)１３７．５ｋｍ，共計(jì)４５個(gè)車站。水??郡線于１８９７年開(kāi)始運(yùn)營(yíng)，１９３４年全線貫通。該線路屬午茨城縣和福島縣之間的地方線??路，只有客運(yùn)車輛運(yùn)行。水郡線只有柴油機(jī)車運(yùn)行。水郡線示意圖見(jiàn)圖２－３，圖中紅線??為水都線，綠線為其他鐵路線。??

點(diǎn)站位于新潟市新潟車站，全長(zhǎng)８３．８ｋｍ，共計(jì)３２個(gè)車站。越后線１９１２年開(kāi)始運(yùn)善，??是新潟縣內(nèi)的一條地方線路，全程只有客運(yùn)列牟運(yùn)行，１９８４年電氣化之后至今所有列??車均為電力機(jī)車。越后線示意圖見(jiàn)圖２－４，圖中紅線為越后線，綠線為其他鐵路線。??．／?爾?ｓ＇‘??：：??ＹＶａｆｉ?Ｉ?ｙ?１００ｋｍ??圖２－４越后線本意圖??總武本線隸屬于ＪＲ東日本，位于位于東京都和千葉縣；起點(diǎn)站為東京都千代田ｇ??東京車站，終點(diǎn)為千葉縣銚乎市銚乎車姑，全長(zhǎng)１２０．５ｋｍ，共計(jì)４９個(gè)車站，有三條復(fù)??
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本文編號(hào)：2879018