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.     

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.     

基于Monte Carlo方法的污染场地风险评价及不确定性研究

风险评价结果的不确定性直接影响风险管理者的管理和决策,为定量研究污染场地评价过程的不确定性,在系统分析污染场地危害产生过程的基础上,构建了污染场地暴露过程评价的概念模型;提出用概率分布函数表征场地污染参数的不确定性,采用基于过程的污染物运移数值模拟模型以减小模型不确定性的影响,用Monte Carlo方法评估参数不确定性对暴露浓度不确定性的贡献,进而形成暴露点污染物浓度的概率分布函数.在此基础上,基于剂量-效应模型,分别采用暴露点浓度的5%、50%和95%置信区间上限值表示乐观情况下,正常情况下以及最不利情况下的暴露浓度,计算敏感人群的健康风险.研究选择国内西南地区某铬渣污染场地进行案例分析,结果表明,在最乐观情况下六价铬和总铬的非致癌危害商分别是8.98和1.02,正常情况下分别是30.57和2.72;最不利情况下分别是77.95和7.11.研究结果表明该方法能较好的表征各参数不确定性影响下的最终风险,为污染场地的修复和后续管理提供决策支持.     

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.     

空间插值模型对土壤Cd污染评价结果的影响

分析和比较了不同插值模型(反距离加权、局部多项式、普通克里格和径向基函数)对土壤Cd空间插值、污染面积估算和污染区空间分布的影响,结果表明,插值方法对极大值都存在不同程度的平滑,交叉验证的Cd极大值插值的相对误差高于45.1%.不同插值模型估算的污染区域面积在0～2.12%之间.根据样点超标率估算的污染面积比插值模型估算的面积高1.53%～3.65%.污染评价结果不确定性较大的区域主要是在局部极大值区域和高值向低值的过渡区域.因此,土壤重金属的空间插值精度对污染评价结果有很大影响,开展土壤重金属污染调查时应注意在浓度过渡区域加大采样密度.     

基于条件模拟的污染场地土壤修复量的确定研究

针对一般空间插值方法的局限性,以某铁合金厂污染场地为例,利用基于地统计的条件模拟法对研究区待修复的范围及土方量进行评估,定量评价土壤修复量估算结果的不确定性所带来的风险大小,并引入传递函数量化决策结果与风险损失之间的关系,提出一种以风险损失最小化为原则的修复范围划定方法.同时,将结果与利用反距离权重法、径向基函数法和普通克里格法得到的评估结果进行对比分析.研究结果显示,利用条件模拟法可以得到超过修复目标的污染概率的空间分布,进而得到确定不同土壤修复量时所面对的风险大小.研究区大部分面积的土壤中Mn的超标概率在20%~70%,超标概率较高的区域集中在场区北部和西南部.如果分别将超标概率在30%和50%以上的区域作为修复范围,所面对的相对风险值将分别为4.1%和56.5%.此外,通过与传递函数相结合,利用条件模拟法可以得到基于风险损失的修复范围,按照本研究所设定的风险损失条件,得到风险损失最小的待修复土方量为32.4×104m3.该方法将有助于决策者从风险损失出发对污染场地修复范围进行合理划定.     

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。     

污染场地调查动态追补钻井点位的方法研究

污染场地中的污染区域较小,但污染物的空间变异性大,污染土体较深,因而在场地调查中通常需采集场地钻井数据进行三维模拟.为了准确估计场地土壤污染物的空间分布和需修复的污染土方量,提出了场地污染调查补充采样钻井点位布设的优化方法.在初始采样的基础上,首先利用克里格方法预测场地中土壤污染物的克里格方差,基于克里格方差估算置信度,再结合场地置信度和场地污染物含量的空间分布确定场地的最大不确定性点,并将该点作为下一阶段补充采样点,以实现逼近式动态追补钻井点位的布设.最后,以某硝基苯污染的工业场地为例对该方法进行验证.结果表明:场地中硝基苯的空间变异性大,增加采样点会显著减少基台值,提高研究区总体的置信度,同时减少总体的不确定性.在项目经费约束条件下,不确定性减少65%时,需要至少增加采样点10个.10个样点的增加使得总体估值方差降低了40%,同时总体的估计精度提高了22.4%.案例结果验证了该方法在单一类有机污染场地中的可行性和适用性,能够在保证场地污染调查精度的同时,显著降低样本量,实现场地调查的成本-效益最大化.     

青山区土壤重金属超标范围的不确定性分析

以武汉市青山区为研究区,基于155个样点,对Cu、Pb和Zn 3种重金属的超标范围进行了不确定性研究,采用普通克里格法对重金属含量的空间分布状况进行预测,再用指示克里格法对重金属超过背景值的超标概率进行预测,最后分别依据插值结果是否超过土壤背景值和超过背景值概率是否大于50%划分3个不同程度的超标范围。结果表明:不确定Cu、Pb和Zn是否超标的范围分别为2.59%、40.25%和15.52%,大都处于超标和未超标的交错区域。Cu的不确定范围较小,主要在研究区西北部,区域较小且集中;Pb和Zn的不确定性区域都比较大,Pb的不确定区域主要分布在东部农业区和中部的工业区以及北部部分居民区,Zn的不确定区域分布较分散。因此,在以后的工业生产以及农业活动中要注意控制减少Pb、Zn等重金属流入土壤,以免不确定区域进一步演变成超标区域。     

污染场地地下水中砷的运移模拟研究

为研究污染场地地下水中砷(As)的运移规律,选取我国西南某机械制造厂污染场地为研究区,根据场地调查和污染物检测结果,利用GMS软件建立了地下水流和溶质运移模型,分析了不确定性因素补给量、含水层渗透系数和抽水量对污染场地地下水中砷运移的影响.结果表明:污染场地中部地下水中砷污染羽呈辐射状递减分布;砷的运移分布范围与补给量...     

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。     

典型区土壤重金属空间插值方法与污染评价

选择最优的空间插值方法对土壤重金属空间分布特征的反映和污染评价具有重要的意义.以湖北省恩施市典型区表层土壤重金属As和Cd为例,选取常用的反距离权重法(IDW)、径向基函数法(RBF)、局部多项式法(LPI)和普通克里格法(OK)进行空间插值,对比分析了不同插值方法的插值精度及结果差异.同时采用地累积指数和指示克里格法(IK)评价了土壤重金属污染状况.结果表明,不同插值方法对于同一种元素的预测误差相差较小,但对土壤重金属含量的空间分布特征存在明显差异,其中LPI法表现出明显的平滑效应,OK法次之,而IDW法和RBF法极大地保留了元素含量的极值信息,插值结果较详尽.为准确了解局部高背景区土壤重金属的空间分布状况,应优选IDW法或RBF法进行插值.以湖北省深层土壤重金属含量算术均值作为背景值,地累积指数污染评价结果显示:As和Cd的超标样点分别占5.5%和99.0%,研究区Cd污染程度较高.IK法污染评价显示:Cd中度-强污染以上的高概率污染区域主要位于研究区的中部,应重视土壤Cd污染分布,并对其有效治理与修复.     

基于BP神经网络的污染场地土壤重金属和PAHs含量预测

受土壤检测成本和项目周期等因素制约,污染场地土壤经常存在检测数据缺失的现象,如何利用有限的检测数据获得更全面的信息成为当前研究热点.以某金属加工厂污染场地为研究对象,运用多元统计方法分析土壤样品中重金属(As、Zn、Cu、Pb、Ni、Cd、Cr)和多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)〔苯并[a]芘(BaP)、二苯并[a,h]蒽(DBA)、苯并[k]荧蒽(BkF)、苯并[b]荧蒽(BbF)、苯并[a]蒽(BaA)、萘(Nap)、?(Chr)〕之间的关联性,并以此为基础,利用已知数据建立BP神经网络模型,预测缺失土壤样本中重金属和PAHs的含量.结果表明:与GB 36600—2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》中的风险筛选值对比,重金属超标率表现为w(Ni)>w(Cu)>w(As)>w(Pb)>w(Zn)=w(Cd)>w(Cr),除w(Chr)未超标外,其他6种PAHs按超标率排序为w(BaP)>w(DBA)>w(BbF)=w(BaA)>w(Nap)>w(BkF).重金属Zn与Pb、As与Cd关联性较好,Cu与Ni关联性较好,Cr与其他6种重金属关联性较差,PAHs中除Nap外,BaP、DBA、BkF、BbF、BaA和Chr彼此关联性均较好;构建的BP神经网络模型的污染物浓度预测值与实测值的决定系数(R₂)范围为0.812~0.993,模拟效率系数(NSE)范围为0.779~0.959,均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)均较小.研究显示,研究区土壤重金属和PAHs含量整体存在不同程度的超标现象,构建的BP神经网络模型对污染物浓度预测结果准确可靠,利用该模型对土壤污染进行空间分析与评价具有可行性,且关联性较弱的因子作为输入参数能进一步提高预测模型的精度.      

北京燕山石化区土壤苯并(a)芘污染及其环境容量研究

本研究采用网格布点法对燕山石化区农田每一平方公里采集土样,同步采集农作物样品,对其苯并(a)芘进行残留量测定。并把无污染的同类土壤背景值作为评价标准。结果表明,土壤中BaP非污染面积占54.14％,轻度污染占12.27％,中度污染占12.03％,重度污染占21.66％;粮食中BaP的重度污染占43.06％。其污染程度:污灌重于混灌,混灌重于清灌。结合盆栽模拟试验,应用图论工具建立的数学模型,研究了BaP的土壤环境容量。      

重点区域建设用地污染地块特征分析

以我国工业发展的重点区域京津冀、长三角和珠三角为研究对象,基于2018~2021年纳入《建设用地土壤污染风险管控和修复名录》的共496个污染地块,对其区域分布、土壤和地下水超标污染物特征、污染的行业相关性、场地地质条件等数据进行相关数据统计分析。结果表明:京津冀污染地块主要分布于京津和冀南,长三角污染地块数量最大且分布广,珠三角污染地块则密布于珠江口。整体上土壤污染以重金属-有机复合污染为主(48.43%),地下水则是有机污染占比(42.49%)最大。化学原料及化学品制造业和金属冶炼及延压加工业污染地块风险负荷指数大于0.25,为较高风险;塑料和橡胶制品业、机械制造、金属制品业、电器机械及器材制造业和皮革、皮毛制造业污染地块为中风险,其余行业污染地块为低风险。场地土壤和地下水污染分布与历史行业类型息息相关,如土壤中化学原料及化学品制造业超标污染物种类最复杂,卤代烃(占比12%)和苯系物(占比10.4%)相比其余行业占比更重,地下水中各行业重金属污染和常规指标如氨氮需要关注。土层深度上各类典型污染物最大超标普遍分布在0~5m,整体上重金属最大污染超标深度大于有机污染最大超标深度;土壤性质方面超标污染则更集中于黏性土等低渗透性土层。     

统计方法在污染场地修复验收评估中的应用

为合理评估污染场地修复验收结果,运用2种统计学方法——平行样t检验和UCL(置信上限)评估方法,对修复案例场地土壤样品的检测结果进行评估. 结果表明:采用传统的逐一对比方法,有8个采样点的w(As)和1个采样点的w(Hg)超过修复目标;平行样t检验法显示,这9个超标采样点中,S48采样点w(As)和S1采样点w(Hg)略微超过修复目标,是由采样与实验室误差引起,可视为已经达到修复效果;95%UCL评估方法结果则显示,w(As)和w(Hg)的95%UCL分别为23.81和5.83mg/kg,均小于对应的修复目标值,只有S26采样点w(As)大于修复目标值的2倍,可判定该场地土壤中除S26采样点w(As)外,其他均已达标. 研究说明:①运用适当的统计分析方法对修复效果进行评估,可节省不必要的修复成本;②传统的逐一对比方法适用于修复场地面积较小、采样数量有限的情况,平行样t检验则可剔除采样过程或实验室分析误差导致的超标值的影响;③95%UCL评估方法可从整体上判断场地修复效果,适合于修复面积较大、采样数量相对较多的情况,应用时注意95%UCL应小于修复目标值,污染物含量的最高检测值应不超过修复目标的2倍且不出现局部连续超标区域.      

某焦化厂污染场地环境损害评估案例研究

以某大型焦化厂土壤和地下水多环芳烃、苯污染损害评估为例,采用资源等值分析法分别开展场地土壤和地下水污染环境损害评估,并对评估结果的不确定性进行分析.结果表明,损害评估的数额（27.1亿元）与实际污染修复成本（20.5亿元）具有较大差异,损害评估额明显大于污染治理修复成本;社会贴现率的取值（1%~5%）选择对土壤污染损害评估结果影响最大,污染含水层厚度（3m~9m）、含水层孔隙度（0.25~0.35）、社会贴现率（1%~5%）和单位地下水修复成本（4000~5000元/m²）等因子对地下水污染环境损害评估的结果影响较大.资源等值分析的方法作为评估工业场地土壤和地下水污染理论和技术上较为可行,但需要精细化的立法和明确的技术导则来规范损害评估的内容、程序和方法.     

污染地块层次化风险评估发展历程与研究进展

风险评估是污染地块管理的核心环节,基于风险的管控策略已被广泛认可和应用.风险评估过程中暴露情景构建、暴露模型表征和暴露参数选用等的不确定性是影响评估结果的主要因素.而层次化风险评估（Tiered Risk Assessment）通过迭代方法可有效平衡评估不确定性、结果准确性和资源有限性之间的矛盾,为污染地块提供了经济高效的风险管控思路.因此,为强化对层次化风险评估的理论认知并推动其在污染地块风险评估领域的发展和应用,本文通过文献调研,系统梳理了国内外污染地块层次化风险评估的发展历程,分析了污染物环境行为的暴露情景构建、暴露模型表征及参数本土化调整等方面的研究进展,探讨了层次化风险评估技术的发展方向.结果表明,层次化方法在污染面积较大、污染状况复杂的大型污染地块中得到广泛的重视和应用,相较于传统风险评估,这一方法可提高结果准确性、减少不必要的成本投入和避免过度修复.基于现实假设构建暴露情景和优化暴露模型、耦合不确定模型评估及参数本土化调整是目前研究的热点和趋势.基于此,结合我国污染地块风险管理的政策要求及现状,提出层次化和精细化的风险评估在污染地块风险管理中的应用建议.未来可从内涵演变、...