復(fù)合污染土壤環(huán)境安全預(yù)測預(yù)警研究——以浙江省富陽市某污染場地為例.pdf

1、土壤是構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的基本要素之一，是人類賴以生存與發(fā)展的基礎(chǔ)性自然資源。我國土壤污染退化比較嚴(yán)重，尤其在經(jīng)濟快速發(fā)展的長江三角洲和珠江三角洲地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計全國耕地污染退化面積約占總耕地的1/10，土壤污染退化已經(jīng)成為環(huán)境保護中所面臨的最主要問題之一。土壤環(huán)境是整個環(huán)境系統(tǒng)的一個重要部分，它與水環(huán)境、大氣環(huán)境和生物環(huán)境等密切相關(guān)。因此，土壤環(huán)境安全是整個環(huán)境安全的一個重要組成部分，土壤環(huán)境安全是保障整個生態(tài)環(huán)境安全的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。近年來，隨

2、著土壤環(huán)境問題的日益突出，人類生存的土壤環(huán)境受到了嚴(yán)重的威脅，土壤環(huán)境安全意識的需要被逐漸強化，建立土壤環(huán)境安全預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)對典型土壤污染區(qū)進行土壤環(huán)境安全預(yù)測預(yù)警已成為保障土壤環(huán)境安全的重要舉措。我國政府對土壤環(huán)境安全預(yù)測預(yù)警研究十分重視，早在2004年就提出將逐步建立中國土壤環(huán)境安全預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)。 本研究在分析土壤污染的危害特征和國內(nèi)外污染土壤風(fēng)險管理需求，調(diào)查并研究了現(xiàn)有的各種環(huán)境安全預(yù)測預(yù)警體系與預(yù)警方法，將富陽研究區(qū)

3、土壤污染物濃度預(yù)測、各種污染物污染范圍界定與污染物源解析、土壤環(huán)境質(zhì)量綜合評價與風(fēng)險評估中關(guān)鍵性問題的研究，與土壤環(huán)境安全預(yù)測預(yù)警體系的建立及土壤環(huán)境信息系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)緊密地結(jié)合在一起。在富陽研究區(qū)土壤污染物濃度預(yù)測：(1)利用常規(guī)統(tǒng)計分析法分析了研究區(qū)各種土壤污染物濃度數(shù)據(jù)的分布特征，研究了高偏倚性且有少數(shù)高峰值數(shù)據(jù)的正態(tài)變換方法和空間預(yù)測方法，并比較了正態(tài)劃分克里格法、等級次序克里格法、對數(shù)克里格與三角網(wǎng)格聯(lián)合插值法在此類數(shù)據(jù)空間

4、預(yù)測中的優(yōu)劣性；(2)研究了利用土壤圖單元信息作為輔助信息分區(qū)預(yù)測土壤重金屬污染物濃度，并分析了土壤圖單元信息在預(yù)測中的作用；(3)研究了單一時相污染物濃度時間預(yù)測方法，利用情景預(yù)測法預(yù)測了2020年研究土壤中重金屬污染物含量。 在污染范圍界定與污染源初步解析方面：(1)研究了利用污染物濃度空間預(yù)測圖和污染概率圖來聯(lián)合界定污染物的污染范圍，并探討了如何進行補充采樣；(2)利用主成份分析法、Pearson相關(guān)分析法和現(xiàn)場調(diào)查分析

5、法進一步開展了研究區(qū)污染源初步解析研究。 在富陽研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量綜合評價與風(fēng)險評估方面：(1)研究了現(xiàn)存土壤環(huán)境質(zhì)量評價方法和評價標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍和不足，改進了范數(shù)灰關(guān)聯(lián)法并將其應(yīng)用于土壤環(huán)境質(zhì)量評價，并研究了如何綜合評價土壤環(huán)境質(zhì)量；(2)分別利用Rapant生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法、Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法和生態(tài)風(fēng)險商法對區(qū)內(nèi)不同時刻的生態(tài)風(fēng)險進行了評估和分級，并對三種分級結(jié)果進行了綜合；(3)利用健康風(fēng)險商法評估了土壤污

6、染暴露對兒童、成人和終生的人體健康風(fēng)險，并研究了污染物濃度空間變異性對評估結(jié)果的不確定性影響。、土壤環(huán)境安全預(yù)測預(yù)警可以讓人們盡早了解土壤污染的風(fēng)險，采取有效措施避免或減輕土壤污染對人體和生態(tài)的危害。目前，還沒有現(xiàn)成的土壤環(huán)境安全預(yù)測預(yù)警體系。本研究在考慮了土壤環(huán)境安全預(yù)測預(yù)警的目標(biāo)和需求，結(jié)合土壤環(huán)境研究現(xiàn)狀，并參照其它預(yù)警體系，在此基礎(chǔ)上率先構(gòu)建了土壤環(huán)境安全預(yù)測預(yù)警體系并設(shè)計開發(fā)了適合于污染場地土壤環(huán)境安全預(yù)測預(yù)警研究的土壤環(huán)境信

7、息系統(tǒng)。該預(yù)警體系建立于土壤環(huán)境質(zhì)量綜合評價、生態(tài)風(fēng)險評估和人體健康風(fēng)險評估基礎(chǔ)之上，以前面的評價結(jié)果和評估結(jié)果為預(yù)警指標(biāo)，分別利用單項預(yù)警法和綜合預(yù)警法對土壤環(huán)境安全各單項指標(biāo)和綜合狀況進行狀態(tài)預(yù)警。并以富陽某污染場址區(qū)為例，利用新建的土壤環(huán)境安全預(yù)警體系和新開發(fā)的土壤環(huán)境信息系統(tǒng)，對研究區(qū)土壤環(huán)境安全狀況進行預(yù)警?，F(xiàn)將本研究的主要研究結(jié)果歸納如下： (1)污染物濃度數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明研究區(qū)各種土壤污染物濃度都具有較強的空間變

8、異性，特別是少數(shù)污染“熱點”區(qū)域具有極強的局部變異性；幾乎所有重金屬污染物濃度數(shù)據(jù)都具有高偏倚性且有少數(shù)高峰值，單獨利用數(shù)據(jù)正態(tài)變換和克里格插值法無法得到滿意的空間預(yù)測結(jié)果；數(shù)據(jù)拆分后，利用對數(shù)克里格和三角網(wǎng)格聯(lián)合插值法可以很好地滿足研究區(qū)各種污染物濃度數(shù)據(jù)空間預(yù)測需求。此外，我們嘗試了利用土壤圖單元對重金屬污染物進行預(yù)測，結(jié)果表明該方法可以提高預(yù)測精度。 (2)研究區(qū)土壤中各種污染物污染范圍界定結(jié)果表明，當(dāng)前的網(wǎng)格采樣方案還

9、不能滿足污染界定的需求，還需對不能確定是否被污染的區(qū)域補充采樣；2003年研究區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域都被重金屬污染物污染，多種污染物復(fù)合污染比較普遍。污染物源解析結(jié)果表明土壤銅、鋅、鉛和鎘可能主要來源于當(dāng)?shù)匾睙挊I(yè)的小高爐所排放的廢氣、廢水和廢渣，砷、鎳和汞主要來自于成土母質(zhì)，局部高濃度區(qū)可能主要來源于附近的煉銅小高爐。 (3)土壤重金屬污染情景預(yù)測結(jié)果表明，在樂觀情景下到2020年研究區(qū)各種土壤重金屬污染物含量有所下降，但大多數(shù)污染物

10、的含量下降不明顯；而在無突變情景下到2020年研究區(qū)土壤重金屬污染物含量將顯著升高。 (4)土壤環(huán)境質(zhì)量綜合評價結(jié)果表明，2003年研究區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量比較差，有40％區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量都屬于中到重污染級別；在樂觀情景下到2020年區(qū)內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量略有好轉(zhuǎn)，但仍有50％的區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量都屬于輕中到重污染；而無突變情景下到2020年區(qū)域90％以上土壤環(huán)境質(zhì)量都屬于輕到重污染級別。 (5)生態(tài)風(fēng)險評估結(jié)果表明，2003年研

11、究區(qū)大部分區(qū)域生態(tài)風(fēng)險比較大，有68％的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險都處于中等到嚴(yán)重危害；在樂觀情景下到2020年區(qū)內(nèi)生態(tài)風(fēng)險有所下降，仍有近54％的區(qū)域處于中等到嚴(yán)重危害，而無突變情景下到2020年區(qū)內(nèi)生態(tài)風(fēng)險進一步增大，有84％的區(qū)域處于中等到嚴(yán)重危害。 (6)人體健康風(fēng)險評估結(jié)果表明，2003年研究區(qū)人體健康風(fēng)險等級為極嚴(yán)重危害，在樂觀情景下到2020年其降至嚴(yán)重危害，在無突變情景下到2020年仍為極嚴(yán)重危害；人體健康風(fēng)險評估不確定性分

12、析結(jié)果表明，研究區(qū)污染物濃度的高度空間變異性直接造成人體健康風(fēng)險評估結(jié)果具有較大的不確定性，從而直接影響健康風(fēng)險管理決策。 (7)土壤環(huán)境安全的綜合預(yù)警結(jié)果表明，2003年研究區(qū)有近14.5％的區(qū)域警度為巨警，余下區(qū)域警度為重警；在樂觀情景下到2020年區(qū)內(nèi)主要警度降為中警和重警，其面積分別占總面積的53.5％和43.1％；而在無突變情景下到2020年區(qū)內(nèi)警度為重警和巨警的區(qū)域分別占總面積的77.6％和22.4％。

13、(8)土壤環(huán)境信息系統(tǒng)的測試與應(yīng)用結(jié)果表明，新開發(fā)的土壤環(huán)境信息系統(tǒng)基本可以滿足污染場地土壤環(huán)境安全預(yù)測預(yù)警的需求，但仍需改進和完善。 經(jīng)過三年的研究工作，在下列四個方面取得了創(chuàng)新的研究成果： (1)利用數(shù)據(jù)拆分法，將污染物濃度數(shù)據(jù)拆分為反映整體空間變異性和反映熱點附近極強局部變異性這兩部分，運用對數(shù)克里格法和三角網(wǎng)格法分別對其進行插值，基本解決了高偏倚且有少數(shù)高峰值數(shù)據(jù)的空間預(yù)測問題。 (2)利用土壤圖單