污染场地环境调查的土壤监测点位布设方法初探

结合我国污染场地环境调查中土壤监测面临的现状,通过分析国外土壤监测采样的点位布设方法及国内相关技术标准的相应要求,对我国污染场地环境调查土壤监测的点位布设方法进行了探讨。提出土壤样品采集的平面点位、纵向分层布设应考虑的影响因素、基本原则和布点要求,分别对具体的平面、纵向采样点位布设方法进行了分析阐述,为开展污染场地环境调查的土壤监测采样提供借鉴。     

污染场地调查中离散采样的局限性分析

采样误差是污染场地调查不确定性的主要来源.对污染场地调查采样方法进行研究,是提升调查数据精度和风险管控决策水平的重要手段.该研究结合污染场地的调查目标、污染物在土壤中分布的空间异质性特征,重点对离散采样方法和增量采样方法的应用现状及局限性进行了分析阐述.结果表明:①采样目标的设定取决于决策尺度.基于地块尺度决策的采样目标是表征污染物的空间分布,基于网格尺度决策的采样目标是获取更小尺度决策单元内污染物的平均浓度水平;②利用离散点表征污染物空间分布时,由于本身空间自相关性不强,表征结果不确定性大;③通过采用大样本量、高覆盖率的增量采样方法,能增强样本的代表性,更加精确地表征污染物在决策单元内的平均浓度,弥补离散采样的不足.但增量采样在挥发性有机物场地、深层土壤调查等情景下存在局限性.因此,污染场地调查应充分考虑污染物分布的空间异质性特征、采样方法应用条件、决策尺度等因素,选择合适的采样方法才能有效提升污染场地风险管控决策的科学性.      

土壤污染调查加密布点优化方法构建及验证

鉴于传统调查布点方法对土壤污染物平均含量的估计精度较高,但对污染区范围的估计精度不能满足修复治理需求的问题,同时,为了准确估计土壤污染区面积及其空间位置,提出了土壤污染详查样点优化方法.在初步调查的基础上,首先利用地统计条件模拟方法预测土壤污染概率,基于污染概率和土壤污染物含量局部空间变异确定加密布点的优先区域,并根据污染物含量的空间变化趋势布设样点,然后根据优化后的土壤污染调查布点方案估计污染区面积和空间位置.最后,以某Cd污染场地为例,验证了布点优化方法的效果.结果表明,土壤污染调查加密布点方法显著提高了污染区面积及其空间位置的估计精度.案例场地土壤Cd污染区面积的预测误差为4.10%,污染区空间位置的精度为86.10%.土壤污染调查布点优化方法在保证土壤污染调查精度的同时,相比于传统调查方法可显著降低土壤污染调查的样本量.     

某工业场地砷污染的加密布点优化与精度对比分析

场地污染调查是开展场地风险评估和修复的基础,随着我国颁布建设用地土壤风险管控标准等文件,提出风险筛选值和管制值的分级管控体系,我国土壤污染调查工作对于精确掌握污染物浓度梯度及空间分布有了更高的要求,因而如何构建高效采样布点方法变得尤为重要.本研究以南京市某砷工业污染场地为例,开展了优化布点方法与调查精度的研究.首先,在初查数据的基础上,运用指示克里格的方法预测土壤污染概率,参考城市土壤背景值开展阈值设定,提取加密布点区域,之后结合场地历史生产资料与自然信息布设加密点位,最终将插值预测污染结果与非加密、均匀加密、真实情况结果进行对比,验证方法精度.结果表明：本方法符合国际中基于设计抽样以达到场地调查简单、经济、客观的理念,适用于数据存在明显空间相关性的场地;该方法获得的污染区域面积占比为8.32%,与8.57%的现实情况较为接近,但普通法得到的污染面积比相对未加密情况不升反降,可能的原因是在非污染区域增设点位会造成阈值边缘区域在模拟时往清洁区域偏移,污染区域被误判为清洁,反而造成结果偏差;在目前我国环境管理对超阈范围重点关注的背景下,该方法既能够节约布点成本,又精确化预测场地污染超标范围,为后续的场地修复和治理工作提供帮助.     

某焦化场地苯并(a)芘污染空间分布范围预测的不确定性分析

针对目前我国大型工业污染场地调查和污染范围确定过程中的不确定性,以我国某焦化场地为研究对象,选择场地中的特征性污染物苯并(a)芘,分别采用反距离加权模型、Johnson数据正态变换后的普通克里格模型及数据拆分后的组合预测模型,参照北京市污染场地土壤筛选值标准,将大于规定标准0.4 mg·kg-1的区域界定为污染范围,系统阐述空间插值模型对污染范围界定结果的不确定性影响.结果显示,3种插值模型界定的污染范围分别占场地总面积的70.15％、44.78％和57.06％,数据拆分后的组合预测模型插值精度最高,插值结果能较真实地反映场地实际污染情况,通过创建的预测标准误差图显示,预测标准误差大的区域主要集中在污染场地中样点较为稀疏的右上位置和有高值点的中下部区域.本研究结果对分析污染范围界定结果的不确定性和修复治理范围的确定提供了重要参考.     

不同三维模型对铅酸蓄电池污染场地土壤Pb空间分布预测的影响

为准确界定污染场地土壤中污染物三维分布范围和受污染土壤土方量并提供相关技术方法和思路,以某典型铅酸蓄电池污染场地为例,对比研究了不同三维插值模型(三维克里格、反距离加权、最邻近点)在不同水平垂直向异性系数设置,对土壤铅污染评价和污染边界分布的影响.研究结果显示,不同模型预测的精度不同,随着水平垂直比值增大,平均误差和均方根误差有增大趋势;通过对比修复目标表明,反距离加权统计的受污染土方量最大,其次是三维克里格和最邻近点,统计值相差约为13%;从污染评价结果和预测精度来看,三维克里格模型和反距离加权要优于最邻近点,选择适宜的模型和合理的参数设置对准确界定污染边界和降低不确定性具有重要影响.     

土壤污染状况调查普查区点位布设技术初探

土壤布点是土壤污染普查前期工作的一个重要技术部分。为了以最省时、最省力的办法布设采样点,本研究结合土壤污染状况调查中土壤监测面临的现状,对土壤污染普查区点位布设方法进行了探讨。提出土壤样品采集的平面点位、纵向分层布设应考虑的影响因素、基本原则和布点要求,分别对具体的平面、纵向采样点位布设方法进行了分析阐述,为开展土壤污染普查区的土壤监测采样提供借鉴。     

某铅酸蓄电池污染场地表层土壤重金属Pb空间分布预测研究

为准确界定某典型蓄电池企业污染场地土壤中特征性污染物Pb的空间分布范围,分析和比较了数据拆分后的分区预测模型(OKLG+TIN)、数据正态变换后克里格模型(OKBC)、反距离加权模型(IDW)以及样条函数模型(Spline)对土壤Pb污染空间分布预测和污染评价的影响.结果表明,原始数据集具有高偏倚特征,局部区域存在较大的空间变异性;分区预测模型取得了最高的预测精度,预测的污染物空间分布比较符合场地实际污染状况,其它3种模型受适用原理及数据特征影响,预测精度较低,预测结果不能很好反映高污染区域的细部变化特征,不适合该场地Pb的空间分布预测与制图.研究结果对于此类型工业污染场地后续的修复范围确定和修复治理决策制定提供了参考.     

复杂污染场地的风险管理挑战及应对

复杂污染场地中土壤和地下水介质的非均质性、污染物形态归趋变化的复杂性是导致复杂污染场地调查、风险评估与修复过程存在较大不确定性的主要原因.基于侵入式采样和实验室样品分析等高成本调查技术无法理想反映复杂场地的真实污染分布,简单的定值风险评估结果则具有较大的不确定性,线性化场地管理技术体系不能适应复杂污染场地风险管理面临的不确定性挑战.结合国内外实践经验,本文提出"二精一优"的场地风险管理技术方法体系,即:①基于"有效数据理论"的定量测试与半定量实时监测技术相结合的精准调查技术;②基于污染物形态归趋规律,综合采用基于生物有效性、多证据和概率分析等多种手段的精细化风险评估技术;③动态调整优化的非线性场地风险管理技术框架.      

场地土壤污染状况调查监测点位布设方法研究

污染场地环境调查中点位布设直接影响调查结果的真实性,采取合理的点位布设方法,在场地调查过程中尤为重要。本文在分析了场地土壤污染状况调查监测点位布设原则的基础上,进一步探究了系统布点法、分区布点法及专业判断法的适用条件及具体操作方法等,同时佐以实例。为相关调查人员准确、合理布设土壤监测点位提供了参考依据。     

基于统计方法学的焦化类污染场地风险筛选决策研究

利用统计方法学估算场地污染物平均浓度能更客观地反映实际污染程度,这对污染场地风险评估和管理决策具有重要意义. 本研究以某焦化场地中典型污染物——萘为例,分别依据英国环境署颁布的《土壤污染浓度与临界浓度比较导则》(Guidance on Comparing Soil Contamination Data with a Critical Concentration)(简称“英国CL:AIRE导则”),以及美国环境保护署颁布的ProUCL技术导则(ProUCL Technical Guide, Statistical Software for Environmental Applications for Data Sets with and Without Nondetect Observations)(简称“美国ProUCL导则”),基于统计方法学对场地土壤萘浓度进行描述性统计分析、数据审查、分布类型判断及真实平均浓度估算,并根据《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600—2018)第一类建设用地的筛选值对场地进行了初步风险评估. 结果表明:污染场地0~1 m土壤萘的真实平均浓度小于GB 36600—2018第一类建设用地筛选值,但1~2 m和2~4 m土壤萘的真实平均浓度大于筛选值;在不同土壤深度上,萘的空间分布特征相似,以场地中心为主要污染源,向四周逐级扩散递减,因此需对场地开展详细风险评估. 此外,通过对比英美两国导则可知,美国ProUCL导则更加严格,利用Q-Q图示法和拟合优度检验法判断场地数据的分布类型,并基于数据分布特征计算相应的95%置信上限值估算污染物的真实平均浓度;而英国CL:AIRE导则相对简单,主要基于中心极限定理通过计算双侧置信区间估算污染物浓度,同时利用空间图判断污染物空间布局,有助于评估场地污染状况. 研究显示,基于统计方法估算场地土壤污染平均浓度可降低风险评估结论的不确定性. 建议我国以英国CL:AIRE导则中的统计方法为基础估计污染物真实平均浓度,逐步融入美国ProUCL导则中的统计方法以提高风险决策水平,对实现我国污染场地精细化风险评估具有重要意义.      

某大型焦化企业污染场地中多环芳烃空间分布的分异性特征

以我国某大型焦化企业污染场地为研究对象,应用非参数地统计学中指示克里格方法对场地中0～50 cm深度土壤的多环芳烃（PAHs）空间分布进行污染概率分析,并绘制在设定阈值条件下的概率分布图.结果表明,对采样样点数据进行指示转换后,可获取较为稳健的指示半变异函数,但由于样本的空间变异原因,导致样本间空间相关性差;所研究的4种PAHs污染概率在空间分布上具有相似性,概率超过45%的区域主要分布于炼焦、煤气净化、焦油化产品回收等生产工艺的车间中,位于厂区的中部及西北和东南,污染较为严重;概率〈45%的区域主要分布在备煤和煤气净化等生产工艺车间,位于厂区西南和东北区域.污染概率预测结果与该场地污染源的产生和分布状况相一致.研究结果对后续的污染场地修复治理范围确定和土方量估算提供了重要参考。     

基于不确定性分析的健康环境风险评价

基于对水源地石油污染等现场调查数据为基础,选取典型污染物苯,利用可传递参数差异的蒙特卡罗技术方法,分析了乙烯厂不同分区苯污染经过呼吸和饮水暴露途径造成人体健康风险的不确定性,量化不确定性因素影响的A地区人体健康风险水平.结果表明,裂解装置区是苯污染影响人体健康风险水平的主要来源,产生的健康风险水平均值为1.17×10^-4,而其他3个分区的影响较小;所有分区苯污染对A地区产生的人体健康总风险均值为1.18×10^-4,大于美国环保局人体健康风险建议值10^-6,对人体健康已产生影响;受不确定性因素影响,根据不同的人体健康可以承受的风险水平限值,污染对人体健康产生影响的概率存在差异.因此量化不确定性对风险水平的影响,可为污染场地的风险管理和修复行动提供科学依据.     

基于现场快速检测技术的土壤采样优化策略

合理的土壤采样策略是精确刻画场地污染情况的关键。以湖南某铬污染场地为研究对象,基于现场快速检测数据对反距离加权法（IDW）、普通克里金法（OK）、局部多项式法（LPI）和径向基函数法（RBF）4种空间插值方法的精确度和适用性进行了比较;通过冗余分析确定了实验室分析样品的布点数量;分析对比了实验室检测与快速检测空间插值结果。结果表明:1）不同空间插值方法对场地污染分布识别存在明显差异,适用性排序为IDW法 > RBF法 > OK法 > LPI法;2）经基于快速检测阶段235个点位数据进行的采样策略优化,需送往实验室分析的采样点位减少至113个;3）快速检测技术可有效反映场地铬污染区域分布趋势。     

考虑参数不确定性的地下水污染源识别

为分析参数不确定性对地下水污染源识别的影响,本文通过模拟-优化方法、灵敏度分析方法、蒙特卡罗方法和克里格方法的综合运用,建立了描述渗透系数与污染物质释放强度之间关系的推算模型,进行了考虑参数不确定性的地下水污染源识别研究.研究结果表明,推算模型具有较高的精度,确定性系数和平均相对误差分别为0.9895和4.51%;运用推算模型推算了8000组渗透系数影响下的污染源识别结果,节省了约99%的计算负荷和时间;对8000组污染源识别结果进行了定量的统计与分析,得到了概率密度最大的污染源识别结果和置信水平分别为80%、60%、40%和20%对应的污染源识别结果置信区间.本研究改善了应用模拟-优化方法进行地下水污染源识别时,难以考虑参数不确定性的缺点,可以为决策者提供更多的参考依据.