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土壤和地下水环境风险初步设计

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学社博客 发表于 2019-8-20 12:22 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
土壤和地下水作为最终承接大气和地表水中污染物的载体,其污染来源于大气和地表水具有必然联系。然而,与大气和地表水的污染形式有所区别,土壤和地下水的污染是一个缓慢和累积的过程。特别是在环境风险方面,大气的风险污染后果表现往往以分钟、小时的时间尺度体现,地表水的风险污染后果通常以小时、天的时间尺度体现,相比而言,在这种时间尺度上,土壤和地下水的污染难以快速显现(岩溶区、污水直接泼洒土壤表层等特殊情况除外)。
3 k2 \3 Y# t# }; U! A7 L2 B. \9 e3 H4 R/ a9 b  o$ J" j1 n2tech.cn
一、污染途径与概念模型
( i2 H) G% W% `2tech.cn
8 A2 x: ?+ x# r+ N+ z) f2tech.cn
根据土壤和地下水接受污染的途径进行方向追踪,初步可分为来源于大气、地表水和装置自身泄漏等三种情况。那么对于环境风险的定义而言,大气和地表水的适用性更加明确,土壤和地下水在时间效应上适用较差。考虑到环境风险的一体性与土壤和地下水自身的特殊性,将其环境风险分为以下三种形式,如图1所示:
7 R- Z7 A5 D, v3 m3 i  a
( `; k( _+ D0 `! |4 { 环境学社1.jpg
8 h" w  ?' a$ w  {5 l7 V图1 土壤和地下水环境风险示意图* b# D/ V* z/ u9 B& M2tech.cn

" t1 m/ G3 k: o( _" [" r第一,土壤和地下水的风险源有来自于大气风险污染。% }! i! ^. a: P5 S2tech.cn
4 r) j7 {# ^( h2tech.cn
Phase 1:风险由大气污染风险引起,产生沉降后,逐步影响土壤和地下水环境,按照接触关系来分别判定风险源强大小,给出各自的风险预测方法。' t0 Z2 n0 b( t/ F) D0 H+ _. r3 N2tech.cn
) o% h& Z# G* O% u: y( G: }2tech.cn
大气环境风险产生的污染源强(Qa),经过大气自身消减(α)后,落入土壤环境,即成为土壤环境的污染源强(Qs),在经过土壤消减(β)后,最终进入地下水环境,成为地下水环境的污染源强(Qgw)。' i: b0 I1 v- j' ?0 `2tech.cn

# P' l4 ~9 C  _6 B$ `* \则可形成下述等式关系:8 N/ d0 v$ H! s3 Y) x1 w2tech.cn

7 |9 I, m, c0 Q2 X9 g0 r+ Z# aQs=α·Qa;Qgw=β·Qs;3 s+ {& B* ^- S7 U1 P8 i& z2tech.cn

- P2 \9 f+ r0 D% Y: y2 o, P各符号表示的含义:
* g( j1 c" Z6 p9 {' n4 j1 K, s% W! r( ^) n2tech.cn
Qa——大气污染风险源强;
" Y9 \( h  h( m7 e, X* i3 x  E* ?. S! F/ p' h2tech.cn
L——大气污染风险距离;
+ f" Y; |3 X( k1 l) t9 @6 V- _3 i) Y
+ F* {9 h& U* d3 |+ VQs——大气沉降后土壤源强;
+ ?' O8 n( W/ E- ]2 E0 d2 V& |" M% K6 A6 b
1 j( h! J) r  C. R" EQgw——入渗后地下水源强;8 a7 V, b* T# h; j! y$ w) ~: `2tech.cn
4 m  ^9 d+ z& i$ a. n& [8 D0 c; }2tech.cn
α——大气消减系数;
& i# ~: }  j5 a* {+ X1 J4 {4 {. M/ o% \9 j, b4 Y7 {! d" D2tech.cn
  β——土壤消减系数;( p- W7 |- M9 i* n, ^* N# g2tech.cn

* J3 }) `" I  Z) |! W5 T
* N7 d- _. X' A% O4 t第二,土壤和地下水的风险源来自于地表水风险污染。
% S% {+ L! B( x, W" J1 L* v5 l
% z. e4 v5 E7 G2 ], u2 D2 h. m7 vPhase 2:风险由正常与非正常之外的破坏导致的泄漏引起,逐步影响土壤与地下水环境。此处主要是指处于地面的装置或设置发生了环境风险定义的“泄漏”风险,而不同于大气和地表水环境风险,或者为造成明显大气或地表水污染的情形。进入土壤环境的风险源强主要是泄漏量(Ql),有时存在一些地表溢流或者大气挥发的损失,但该量相对渗入土壤和地下水而言相对较小,而不受关注,此类污染往往造成土壤和地下水的累积性影响。消减(α’)后形成土壤环境的污染源强(Qs),然后经土壤消减(β’),进入地下水环境(Qgw)。0 }! a! t6 Q3 c+ F- H* b0 U- @& D2tech.cn

5 U" R8 G9 [: Y则可形成下述等是关系:
6 {6 ^0 C$ R5 Y, \. ^- `6 z. d9 q5 w0 a2tech.cn
Qs=α’·Ql;Qgw=β’·Qs;  h# R, ]$ ^9 D2tech.cn

! P! U' t$ }( W5 t' B各符号表示的含义:
% T; P1 t( a$ a6 C7 J
+ ~% C# e- A; `# W, uQl——风险渗漏源强;
! W% p) Y2 H% }9 E- ]+ U. ?( E6 G1 M7 n, q1 B( ]2tech.cn
Qs——地表消减后土壤源强;
& M& {# o  _1 }( o, u6 [( ~) c9 y8 e+ ]7 ~. S. \8 Z2tech.cn
Qgw——入渗后地下水源强;
2 w! M* M( x; L9 C3 k$ ^
9 p$ k4 }, R/ yα’——地表(回收)消减系数;$ q' w9 c5 [( v: j! o2tech.cn

: s4 M" w4 j/ l3 b' X& }β’——土壤消减系数;
1 m' F5 C9 [0 q
3 b4 g  `/ U& u该类情形,也可产生时间尺度较小的风险状况,如泄漏发生的岩溶区或渗透系数较大的地区。
3 T" P) d; R9 ~' j3 \8 ^0 Y: L$ ~# a, F* a2tech.cn
第三,土壤和地下水的风险源来自装置风险泄漏。
+ G. j( r! K0 ?2 l2 q3 f7 ^/ p: c. u
; D  f4 m( q8 @5 c8 _7 nPhase 3:风险由地表水污染风险引起,地表水迁移中污染物沉积,导致下午含水层中地下水环境污染(不考虑底泥污染)。将时间尺度拉到足够大,松花江爆炸事件是典型的此类污染风险,即地下水污染风险源强(Qgw)源自地表水消减(α’’)和土壤消减(β’’),这种消减,有时是两项同时存在,但多数是只存在地表水消减。# K! d4 l. p9 t, N2tech.cn

' h, Q$ I2 E4 ?" DQsw——地表水风险源强,
8 v* s! e& y- K
, f$ X' k4 j4 U) Gα’’——地表稀释消减系数;
7 g; o# r$ L# |& K
! ~8 j/ b! |0 ~; L3 Z8 _' T  β’’——土壤消减系数;7 |5 O$ ]) m( z2tech.cn
( p$ v  W6 ~7 Y) w$ u3 p2tech.cn

4 D6 X0 k: c# [' Q
二、固有风险筛选判定
  k. I' g7 W" T2tech.cn

0 r& o; J2 B) V( z. \, O根据土壤和地下水污染途径分析和概念模型的分析,结合土壤和地下水污染风险产生的特征情况,进行固有风险的判定分析。
5 T' I  J+ J4 B6 W8 d+ \# H
+ `4 [. w8 r- H) k: g  K# i首先,Phase1和Phase3的风险源来自于大气和地表水,固有风险筛选判定应结合各自的风险大小(风险已经隐含了规模、范围)。能否造成土壤和地下水污染,或可造成土壤和地下水污染的严重程度则分别由土壤固有性质和污染物性质决定。
9 N8 ]" a. C* |2 M' A$ t: n! D% @+ ]( H$ b2 o7 F. v/ [9 k- O; l2 L* P2tech.cn
就Phase1中大气风险来源而言,污染物是否挥发或沉降决定是否能够进入土壤环境,判定指标选择污染物的“挥发性”;而对于土壤环境自身而言,土壤垂向渗透系数决定污染物能否进入深层土壤,则判定指标定为“土壤垂向渗透系数”。形成土壤环境风险判别矩阵如下:
1 _6 |, f: n8 i7 v+ b* O8 ?  L: D
( u9 I. m! u+ T! \) R8 d  E- b8 [) u表1  土壤环境风险等级判定表
! d6 Z  i; ]$ s 环境学社2.jpg
6 e8 P1 d( w, B0 A4 D+ X, U; f' J7 I- V4 ^2tech.cn
就Phase3中地表水风险来源而言,河湖底部低渗透介质的特性(如渗透性、连续性、厚度及与地下水补排关系等)决定着污染物能否进入地下水含水层。! e/ q0 L( d- x5 z- w2tech.cn
/ G, J' }/ \* E, J. g2tech.cn
首先用地下水与地表水的补排关系判定是否具有进入的风险:' ^# j& U, t; p1 H8 }* I2tech.cn

1 {* M0 [7 O$ u表2  地表水风险污染的地下水污染可能性筛选表
+ l" K1 s) q) K6 q4 d, t 环境学社3.jpg 9 ?1 X- Q' |* ?8 `* w2tech.cn
7 b" A' H8 y* W0 Y2tech.cn
Case1:地表水风险污染对地下水无影响,无须进行地下水风险评估;) H' i$ i& T# p3 i9 K! v2tech.cn

- L& {4 v9 ?4 I2 |% `) E  cCase2:地表水直接补给地下水时,则由地表水风险大小(隐含规模与程度)和底部低渗透介质条件共同决定。7 E# }9 q- K* x8 \' n6 D/ H, k2tech.cn
: R: `$ ]7 a3 P. E, W' Q3 Y, J2tech.cn
表3  地下水风险大小判定2 ]8 N; f9 C; j/ d. [2tech.cn
环境学社4.jpg
% ^7 _# f# x- M1 F; t( `
- m! w9 q' b( U  k  b表4  低渗透介质条件
! x% C2 f) {$ K8 @  [, `! ] 环境学社5.jpg
8 m) n, T, u- N0 p+ B9 e! Q2 c9 M; c+ N+ f9 s2tech.cn
Case3:需根据地下水与其下包气带土壤的污染风险情况,再分析对地下水的污染风险,形成以下判定筛选。
! r8 C4 z; D' B: d
, M5 T* \% r7 x! f- ]" _表5  地表水与地下水无直接水力练习时的风险判定$ W" ~2 E0 @1 f$ Q6 s2tech.cn
环境学社6.jpg
& {( m2 j; ?5 Y3 k0 x' x5 `: v& K% B' p
* m$ f  \3 b. Y& r! aPart A:对土壤与地下水无污染风险,土壤与地下水的环境风险评估终止;
+ b0 ^6 ]7 e$ H2 V6 H
! C0 t& M; w$ w* U2 DPart B:无论是否对地下水有污染风险,地表水风险都会造成土壤污染风险,造成土壤污染严重成的决定性因素主要靠低渗透介质特性,返回表3、表4;若地下水无风险,则地下水风险评估终止,若地下水污染有风险,则需要根据污染物的可迁移能力和土壤风险等级判定。
7 S0 r: ~5 W! N- n
2 M  s( J: M7 W# ^' E) @表6  地下水污染风险定级
# }3 w; {$ @0 b; K. q 环境学社1.jpg 0 Y1 `9 `% o0 {2 x: u) {3 y2tech.cn

, p/ H% J. X3 z2 T( D* J表7  污染物可迁移性判定表
9 K8 \( Y8 q0 u% i 环境学社2.jpg - p9 i% n& N  G& X2tech.cn

/ U' ^( h% `7 D/ r1 ^1 R3 C   这一点上,Phase1中进入造成土壤污染后能否再次造成地下水污染亦需进一步判定。) t; J, \) X6 f2 o2tech.cn

7 \# C  V% F$ M; E  {: R+ v. M表8  土壤污染后对地下水是否有污染的判定' ]" [! s$ I" U7 {* B$ V% i2tech.cn
环境学社3.jpg 0 V$ c; d6 {2 d. w! b2tech.cn
) H+ i% h' ?! L# v" {( `' |9 s2tech.cn
   对于case1和case4,则可根据表6、表7进行判定。
7 g8 n( s5 }9 `, T4 z) P9 L0 G
: R$ J. L& @  n3 o, k6 y第二,对于Phase2的情形,则需要判定装置与土壤和地下水的接触关系。
" R3 F: o9 ?% Y) }/ k' x# O1 i8 l9 h! |6 r, ?2tech.cn
表9  非大气和地表水风险情形的土壤和地下水风险判定
; Q5 _2 }# c* i: s 环境学社4.jpg 3 w" T" ?8 O. J8 E- \2tech.cn
- e1 J6 Z( y$ k" M: Y: B2tech.cn
: R% R* m+ Y( P5 l2tech.cn
Case1:参照Phase1中大气风险处理方式,按表1方式进行处理;
2 T2 ~' z& A' p5 A1 m4 s
$ t/ B7 A7 p, O8 F- R0 w$ jCase2:装置在地面以上,土壤风险一定存在,对于土壤污染风险的高低仅靠防渗条件的好坏来确定。+ a1 Y5 @9 R1 Y% q2tech.cn
0 W' F. P1 R1 J9 o. V2tech.cn
表10  地面装置土壤污染风险
- c& a' p4 x2 ]; \ 环境学社5.jpg 4 M% W, U9 t, L( T5 `: o4 ?1 m2tech.cn
) Z6 v" t, j0 L5 m5 i) R! q2tech.cn
   对其下部地下水是否可以造成污染,则由表8进行判定,再按照判定情况,根据表6、表7进行判定。
0 N! H1 ~5 ?; F6 D+ q" G# l9 K- `9 `* w$ n% o( r, a; h. z* t9 h2tech.cn
Case3:处于包气带中,则根据表10、表8判定后,再按表6、表7完成;对于处于饱水带中的,直接按照表6、表7进行判定。
2 l3 Q  W0 N6 u1 r( O) A
" f. ~5 j7 J4 V& l6 i) }4 m9 P- y最后,进入含水层后的污染能否造成损害性污染(被饮用或者将来可能别人畜饮用),则需要看地下水的敏感程度。
; ?, L1 ?6 x* {% e
7 ]) N* _, B' V' t# D表11  地下水功能性污染风险判定
0 ]; E; i' d$ |( J$ a! k+ o9 u+ e 环境学社6.jpg
/ F' t. ~! j' P' Q6 z. @: c: C* T1 h) N- X% B2tech.cn
三、土壤和地下水风险源项分析
' Q+ i4 I9 a4 Z5 j% p( W2tech.cn

, \/ Q- [/ ?3 {) tPhase1中的源强由大气风险给出,根据沉降情况确定土壤源强,再根据土壤衰减情况确定进入地下水的风险源强,然后进入地下水饱和带计算程序,计算对敏感点的风险;
9 i8 [& m/ Q& r( r7 j5 l4 }8 @2 d  V) \8 |6 {& Q/ w: `: Y2tech.cn
Phase2中的源强由渗漏量来确定,目前尚无足够的研究给出源强大小,建议仅进行定性分析;
* Q& q7 B, x; S) n; D# y$ h( ]" p" r% W6 J2 m( t2tech.cn
Phase3中的源强由地表水风险给出,根据地表水预测模式给出底部源强的量,根据与底部低渗透介质的交换与衰减给出进入土壤或进入地下水中的量,再根据土壤衰减情况确定进入地下水的风险源强,然后进入地下水饱和带计算程序,计算对敏感点的风险。
8 \% [2 [# m. o% g4 X
5 `9 B7 ~, o( a' {总体而言,土壤和地下水风险源项的研究不足,建议整体都以定性描述为主,局部条件较好的可以采用适当的定量化计算。
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四、土壤和地下水风险后果分析* W* g6 Q- T* M2tech.cn

2 m: C3 |( t7 D0 h% {3 S对于土壤与地下水目前源强尚难以定义清楚的现状,建议风险评估不进行定量计算,仅采用定性描述。根据上述识别判定的固有风险进行风险大小描述,提出相应的建议对策措施。作者: 匡吉峻
" I) o- t0 E/ r# m+ j) t7 k% y4 ~$ ?# B, }& i9 `2tech.cn

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