沈棟國(guó)

（廣東省揭陽(yáng)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，廣東 揭陽(yáng) 522000）

在目前工業(yè)技術(shù)高速發(fā)展的背景下，盡管其對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高起到了良好的促進(jìn)作用，但由于后續(xù)的排放處理存在差異，其在工作階段中很可能會(huì)產(chǎn)生各類工業(yè)廢物，對(duì)周邊的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。而土壤當(dāng)中的污染源相對(duì)比較多，比如化學(xué)肥料、工業(yè)廢水以及農(nóng)藥等，這部分物質(zhì)會(huì)在土壤中進(jìn)行大規(guī)模擴(kuò)散，導(dǎo)致整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)失去平衡。在現(xiàn)階段的發(fā)展進(jìn)程中，所采用的環(huán)境監(jiān)測(cè)方式主要分為兩種類型，分別為原位測(cè)定和異位測(cè)定。這兩種監(jiān)測(cè)方式都是將相關(guān)的化學(xué)特性作為基礎(chǔ)，根據(jù)獲取到的數(shù)據(jù)信息展開(kāi)深入分析，整體適用范圍較廣，操作過(guò)程還具備簡(jiǎn)便性特征。然而，這種方式在針對(duì)重金屬污染土壤與地下水修復(fù)工程的監(jiān)測(cè)工作中存在著較為顯著的缺陷，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的連續(xù)測(cè)定，也會(huì)對(duì)修復(fù)工程的進(jìn)度產(chǎn)生不良影響。因此，這就需要針對(duì)重金屬污染土壤以及地下水修復(fù)工程環(huán)境監(jiān)測(cè)方式進(jìn)行完善優(yōu)化，以此來(lái)為后續(xù)環(huán)境修復(fù)工程的順利開(kāi)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 引發(fā)土壤與地下水重金屬污染的主要原因

1.1 引發(fā)土壤重金屬污染的原因

1.1.1 煤炭資源使用不當(dāng)

煤炭資源的使用管理不當(dāng)，其屬于引發(fā)土壤重金屬污染問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因，其中主要涉及了兩方面，一方面是居民生活中煤炭資源的利用不合理，另一方面則是生產(chǎn)階段中煤炭資源的利用不合理。首先，在家庭生活領(lǐng)域，中國(guó)的大部分地方已經(jīng)制定了相應(yīng)的法規(guī)，包括制定了煤炭資源的使用規(guī)范，但站在群眾日常生活的角度上來(lái)看，小區(qū)內(nèi)均采取了集中供熱模式，并對(duì)煤氣的使用率實(shí)施嚴(yán)格控制，把煤炭資源和新能源的利用有效整合到一起，這樣就能夠有效降低大氣污染。但是，即使國(guó)家已經(jīng)限制了一些含硫量很高的煤，但仍有部分煤炭商為了追求利益而無(wú)視規(guī)定限制，導(dǎo)致農(nóng)村地區(qū)中產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的有毒物質(zhì)沉降問(wèn)題，對(duì)后續(xù)農(nóng)作物的生產(chǎn)造成了相當(dāng)重大的經(jīng)濟(jì)損失；其次，在工業(yè)生產(chǎn)方面，煤炭資源得到了十分廣泛的應(yīng)用，而產(chǎn)生這種狀況的主要因素在于我國(guó)整體煤炭資源比較豐富，而且在價(jià)格方面低于其他能源，并且還缺少可代替的資源，在這種情況下，部分工業(yè)企業(yè)會(huì)將煤炭燃燒過(guò)后所產(chǎn)生的含重金屬物質(zhì)氣體排放至大氣環(huán)境中，使得這部分重金屬物質(zhì)逐步沉降在土壤內(nèi)部，引發(fā)嚴(yán)重的污染問(wèn)題[1]。

1.1.2 廢水廢渣的管理不規(guī)范

污水和垃圾的處置方法缺乏合理性，其屬于造成土壤重金屬污染問(wèn)題發(fā)生的最主要因素，而且這些污染物主要都聚集在以下產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，分別是礦產(chǎn)冶金加工業(yè)、化工業(yè)、電鍍行業(yè)以及酸洗行業(yè)等（加多電鍍和酸洗行業(yè)）。首先，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，這既對(duì)資源開(kāi)采業(yè)的發(fā)展起到了良好的促進(jìn)作用，又為礦產(chǎn)冶煉加工等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)，礦產(chǎn)處理階段中所排出的垃圾和廢棄物中仍舊蘊(yùn)含著各種各樣的重金屬物質(zhì)，并且往往都是沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理就直接排放至外部環(huán)境中，引發(fā)土壤重金屬污染的新問(wèn)題出現(xiàn)；其次，化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展雖然對(duì)礦山資源的需求量相對(duì)較大，但是由于其在使用各種礦產(chǎn)資源的過(guò)程中，經(jīng)常都會(huì)生成大量的重金屬污染排放，而同時(shí)在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域中又沒(méi)有處置廢水的意識(shí)，從而導(dǎo)致了這些沒(méi)有經(jīng)過(guò)處置的廢水和垃圾排入土壤中。

1.2 引發(fā)地下水重金屬污染的原因

1.2.1 金屬礦山的過(guò)度開(kāi)發(fā)

各大金屬礦山企業(yè)所實(shí)施的過(guò)量采礦，也是導(dǎo)致地下水重金屬污染產(chǎn)生的主要因素。在金屬礦山企業(yè)的挖掘工作中，通常都要求開(kāi)挖到比較深厚的地層區(qū)域，一旦金屬礦物質(zhì)和地下水資源之間進(jìn)行碰撞，地下水資源就會(huì)遭受重金屬污染。而一旦金屬礦山企業(yè)的挖掘工作過(guò)量，將會(huì)使二者之間的接觸面更加廣泛，這也會(huì)增加對(duì)地下水資源的重金屬污染程度。

1.2.2 污水處理體系不完善

在中國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展歷程中，生活污水處理體系不完善也是導(dǎo)致地下水環(huán)境污染事件發(fā)生的重要因素，大致上可從如下兩個(gè)方面加以研究：其一是對(duì)于生活污水的處理，由于目前使用的生活污水處理體系很難確保包含過(guò)多重金屬污染物的生活污水沒(méi)有進(jìn)入到飲用水當(dāng)中，再加上由于地表水和地下水都處于同一個(gè)水資源體系內(nèi)部，因此有色重金屬污染物很輕易就會(huì)進(jìn)入到地下水中；其次是對(duì)工業(yè)生產(chǎn)污水的處理，因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)污水中一般都蘊(yùn)含著一定量的重金屬化合物，一些環(huán)境保護(hù)意識(shí)較強(qiáng)的工業(yè)企業(yè)嚴(yán)格執(zhí)行工業(yè)污水排放規(guī)范，但依然有部分公司把未進(jìn)行處理的工業(yè)生產(chǎn)污水直接排放至河流中，從而導(dǎo)致了嚴(yán)重的地下水重金屬污染問(wèn)題出現(xiàn)[2]。

2 土壤與地下水重金屬污染的具體特征

2.1 污染的不可逆性

土壤和地下水的重金屬污染，其主要特征在于它的不可逆，造成這種環(huán)境污染的最大根源是重金屬污染物的極難降解性。在土壤的重金屬污染中，重金屬污染物的分解過(guò)程非常慢，而遭受重金屬污染的土地要經(jīng)歷數(shù)百年的歲月才能夠慢慢修復(fù)。而相對(duì)于土壤來(lái)說(shuō)，地下水當(dāng)中的有機(jī)質(zhì)濃度相當(dāng)?shù)?，這將導(dǎo)致重金屬化合物的降解速率逐漸下降，并且含有重金屬物質(zhì)的地下水如果進(jìn)入生物循環(huán)系統(tǒng)中，就會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的危害，導(dǎo)致生物體內(nèi)出現(xiàn)病變等問(wèn)題。

2.2 污染很難根治

土壤和地下水中的重金屬污染還具備很難根治的特征。對(duì)于土壤的重金屬污染區(qū)域，所采取的常規(guī)處理手段大多是切除污染源，或者干脆關(guān)停所有排出大量重金屬?gòu)U水的化工廠，而此類處理手段“治標(biāo)不治本”。通過(guò)對(duì)治理方式的持續(xù)完善優(yōu)化，土壤內(nèi)部的重金屬污染一般會(huì)采用換土或洗地的方法加以處理，但是此類處理方法的成本耗費(fèi)相當(dāng)大，處理時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致土地的重金屬污染很難完全根除。但是在地下水的重金屬環(huán)境污染中，往往因?yàn)榈叵滤谡麄€(gè)水資源的循環(huán)過(guò)程中都處于動(dòng)態(tài)變化中，這也就提高了地下水重金屬環(huán)境污染綜合治理工作的復(fù)雜性，往往在進(jìn)行了某一個(gè)水體的環(huán)境綜合治理工作后，在另一個(gè)水體中又產(chǎn)生了新的環(huán)境污染問(wèn)題，這也就更加凸顯了地下水重金屬環(huán)境污染不易根除的特點(diǎn)。

2.3 早期的污染問(wèn)題很難被發(fā)現(xiàn)

土壤和地下水中的重金屬污染還具備早期難以被發(fā)現(xiàn)的特征，而導(dǎo)致這些污染特征產(chǎn)生的主要因素為兩方面內(nèi)容，分別是重金屬化合物的直觀性和累積性。站在直觀性的角度上來(lái)看，重金屬等物質(zhì)一般都是無(wú)法看見(jiàn)的，其與其他類型的污染問(wèn)題之間存在較為顯著的差異，監(jiān)測(cè)人員必須通過(guò)較為復(fù)雜的采樣檢測(cè)研究才能夠獲取有關(guān)土壤或地下水中的重金屬指標(biāo)，這也就導(dǎo)致了土壤和地下水中的重金屬污染問(wèn)題很難在早期階段中被發(fā)現(xiàn)；在累積性方面，由于重金屬化合物在土壤與地下水之中都處于沉淀的狀態(tài)，在污染物的早期形成過(guò)程中整體積累，因此很難被監(jiān)測(cè)，直至下一個(gè)監(jiān)測(cè)期才能夠發(fā)現(xiàn)重金屬化合物超標(biāo)的問(wèn)題，而這又會(huì)錯(cuò)失重金屬污染物的最好處置時(shí)間[3]。

3 重金屬污染土壤和地下水修復(fù)工程環(huán)境監(jiān)測(cè)的具體方法

3.1 土壤重金屬污染控制方法

3.1.1 生態(tài)恢復(fù)法

這個(gè)方式主要是通過(guò)使用某些特定的微生物和植物，經(jīng)過(guò)新陳代謝消除并轉(zhuǎn)化土壤中的重金屬，進(jìn)而減少重金屬的毒害，在一定程度上凈化土壤。

3.1.2 熱處理方法

其實(shí)，土壤熱修復(fù)的基本原理就是利用土壤污染物的高溫?fù)]發(fā)性以及由高頻電流所產(chǎn)生的電磁波將土壤進(jìn)一步加熱，使土壤中的廢物得以解吸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)土壤復(fù)原的目的，該方法對(duì)重金屬汞的處理效果顯著。

3.1.3 排土、客土、土壤水洗技術(shù)

排土是將表面的污染物土層剝離，而客土則是用未污染物土層包裹表面污染物的土層。水洗法則是用清液澆灌，稀釋并沖刷掉有害重金屬離子，從而降低重金屬污染物的含量。

3.1.4 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

該技術(shù)使用土壤中一些物質(zhì)和土壤中重金屬反應(yīng)而產(chǎn)生的一種聚合物，這種結(jié)合體可以和酸自由基離子反應(yīng)發(fā)生沉淀。通過(guò)在土壤中加入某些改性劑，減少有色重金屬在土壤中的流動(dòng)性和數(shù)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)恢復(fù)和處理土地的目的。

3.2 地下水修復(fù)工程環(huán)境監(jiān)測(cè)方法

3.2.1 建設(shè)單位應(yīng)建立健全水環(huán)境監(jiān)測(cè)制度

①注重廠房建設(shè)，同時(shí)兼顧周邊環(huán)境。對(duì)廠區(qū)可能造成環(huán)境污染的設(shè)備，如危險(xiǎn)原料罐、污水儲(chǔ)罐、固體廢物堆等在工地周圍均設(shè)有環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)。②以下游監(jiān)測(cè)為主，兼顧上游和側(cè)面。③對(duì)地下水質(zhì)實(shí)施分級(jí)監(jiān)控，以易被污染的淺層水和礦泉水來(lái)源的深含水層為重點(diǎn)，同時(shí)考慮其他含水層。④一年必須在雨季和旱季開(kāi)展二次地下水監(jiān)測(cè)。重要地區(qū)和異常情況下應(yīng)加大監(jiān)測(cè)頻次。⑤水質(zhì)監(jiān)控項(xiàng)目主要根據(jù)國(guó)家飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和地方地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并可根據(jù)區(qū)域狀況合理擴(kuò)大和縮減監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

3.2.2 合理規(guī)劃布局，改進(jìn)生產(chǎn)工藝

根據(jù)國(guó)家的有關(guān)產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整工農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，合理布局支柱產(chǎn)業(yè)，建立地下水飲用水源保護(hù)區(qū)，是保護(hù)地下水免遭污染的主要有效途徑之一。

3.2.3 水污染防治工程措施

對(duì)地下水實(shí)施持續(xù)控制。如果出現(xiàn)了地下水環(huán)境污染事件，要迅速采取措施，查清主要污染源和危害途徑并采取保護(hù)措施，對(duì)受污染地下水進(jìn)行帷幕灌漿、封閉、抽運(yùn)等措施排放或者修復(fù)，防止其進(jìn)一步污染。具體措施如下：

①地下水分層開(kāi)采。在多層土壤的開(kāi)發(fā)中，若其各含水層質(zhì)量差異較大，則必須分層開(kāi)發(fā)；嚴(yán)禁將已被嚴(yán)重污染區(qū)域與未破壞含水層混雜開(kāi)發(fā)；在勘查等活動(dòng)中，必須采取防治跨層，防止對(duì)土壤產(chǎn)生不可逆的環(huán)境污染。

②防滲漏措施。建設(shè)工程防滲措施是為避免因施工而產(chǎn)生的工業(yè)廢氣、污水和城市固體廢物滲濾液進(jìn)入地下水中所進(jìn)行的必不可少的安全措施。

③污染物清除和屏障措施。針對(duì)干燥地表排放的廢水，一般采用地面施工的清除方法。針對(duì)已經(jīng)流入地下水的污染物，可以采取廢水回流的方法去除，而后加以處置。還可通過(guò)地下帷幕、泥漿等物理遮擋手段對(duì)地下水污染物加以屏蔽。

4 重金屬污染與地下水修復(fù)工程環(huán)境監(jiān)測(cè)方式的設(shè)計(jì)

4.1 建立對(duì)應(yīng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)參數(shù)模型

在環(huán)境監(jiān)測(cè)參數(shù)模型的構(gòu)建過(guò)程中，其往往會(huì)選擇關(guān)聯(lián)性比較強(qiáng)的光譜系數(shù)，來(lái)作為對(duì)應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)，根據(jù)輸入的樣本數(shù)量來(lái)選擇相關(guān)的多項(xiàng)式核函數(shù)。同時(shí)，在這部分多項(xiàng)式核函數(shù)當(dāng)中，其具備著較為顯著的局部性特征，并且在重金屬污染土壤以及地下水修復(fù)工程當(dāng)中有著十分廣泛的應(yīng)用，還能夠應(yīng)用于不同類型的樣品當(dāng)中。在實(shí)際構(gòu)建過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)將數(shù)據(jù)集成劃分為K份，并結(jié)合多項(xiàng)式函數(shù)自身所具備的特征進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的分類工作，確保涉及的所有數(shù)據(jù)信息能夠進(jìn)行循環(huán)應(yīng)用。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合交叉選取的方式來(lái)選擇最佳參數(shù)作為構(gòu)建模型的主要參數(shù)。在將輸入的數(shù)據(jù)信息與地下水修復(fù)工程當(dāng)中的水環(huán)境參數(shù)濃度值展開(kāi)對(duì)比后，必須針對(duì)所有數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)一處理，以此得出相關(guān)的預(yù)測(cè)值。而在實(shí)際監(jiān)測(cè)模型的構(gòu)建當(dāng)中，中心波長(zhǎng)以及波段寬度之間存在著較為顯著的差異，而傳感器具備比較強(qiáng)的光波段，這也有利于后續(xù)波段關(guān)系的校正處理，使得重金屬污染土壤以及地下水修復(fù)工程當(dāng)中涉及的所有獨(dú)立驗(yàn)證數(shù)據(jù)應(yīng)用至對(duì)應(yīng)的參數(shù)模型當(dāng)中。相同參數(shù)的模型與傳統(tǒng)線性模型相比，其監(jiān)測(cè)精度有所提升，樣本誤差的發(fā)生概率也比較低。不同的樣本其所產(chǎn)生的誤差率也不相同，在地下水環(huán)境修復(fù)工程遙感監(jiān)測(cè)工作中，能夠獲取到的樣本數(shù)量比較有限，環(huán)境監(jiān)測(cè)參數(shù)模型的監(jiān)測(cè)精度也會(huì)受到一定程度的限制。而將建立起的監(jiān)測(cè)模型與Landsat數(shù)據(jù)信息進(jìn)行結(jié)合，就可以對(duì)地下水環(huán)境的監(jiān)測(cè)時(shí)序進(jìn)行反演，從而獲取各類環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息[4]。

4.2 MODIS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息的預(yù)處理

根據(jù)上文中所建立起的環(huán)境監(jiān)測(cè)參數(shù)模型，可以更好地獲取到重金屬污染土壤以及地下水修復(fù)工程環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中的各類數(shù)據(jù)信息。通過(guò)光譜儀獲取監(jiān)測(cè)環(huán)境內(nèi)部的光譜波段，需要覆蓋全光譜范圍，而在地下水環(huán)境當(dāng)中，波段的信號(hào)趨于飽和的狀態(tài)，其在識(shí)別水體污染程度以及修復(fù)程度等方面存在著極大的困難。通過(guò)MODIS數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用可以有效解決這方面問(wèn)題，并在小型水體區(qū)域當(dāng)中來(lái)對(duì)渾濁度進(jìn)行反演。MODIS的波段反射率與地下水環(huán)境當(dāng)中的泥沙濃度之間存在著較為緊密的聯(lián)系，在地下水修復(fù)工程中產(chǎn)生了較為顯著的變化，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息當(dāng)中的信噪比相對(duì)較高。針對(duì)MODIS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所進(jìn)行的預(yù)處理，屬于整體環(huán)境監(jiān)測(cè)方式當(dāng)中的關(guān)鍵組成部分。對(duì)重金屬污染土壤與地下水修復(fù)工程中的大氣校正值與幾何校正值展開(kāi)優(yōu)化處理，能夠得出優(yōu)化過(guò)后的數(shù)據(jù)信息，在這部分?jǐn)?shù)據(jù)信息中并不包括空氣中的大氣分析干擾。由于土壤與地下水環(huán)境所產(chǎn)生的變化相對(duì)比較頻繁，這就需要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)確定好分辨率、傳感參數(shù)以及中心波長(zhǎng)?；诙囗?xiàng)式擬合控制地面的布設(shè)點(diǎn)以及遙感監(jiān)測(cè)當(dāng)中存在的對(duì)應(yīng)點(diǎn)變幻關(guān)系，對(duì)于土壤內(nèi)部的監(jiān)測(cè)值來(lái)說(shuō)有著較高的糾正精度。利用MODIS匹配的操作設(shè)備可以導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)系，結(jié)合精確度與噪聲之間的要求來(lái)對(duì)獲取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息展開(kāi)預(yù)處理，從而得出近紅外波閾值的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，并在其中提取出所需的數(shù)據(jù)值。除此之外，通過(guò)對(duì)MODIS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)處理，還可以得出近紅外閾值的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，完成了環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的重要一步，而在環(huán)境監(jiān)測(cè)中，監(jiān)測(cè)空間插值也進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)優(yōu)化，為了確保插值的結(jié)果有著更高的準(zhǔn)確性，應(yīng)當(dāng)選擇更多的樣本點(diǎn)，保證其能夠呈現(xiàn)出一種更加均勻地分布狀態(tài)[5]。

5 結(jié)論

綜上所述，在目前的社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中，隨著工業(yè)企業(yè)的高速發(fā)展，盡管其對(duì)于經(jīng)濟(jì)水平的提升起到了良好的促進(jìn)作用，但卻對(duì)周邊的自然環(huán)境帶來(lái)了極其嚴(yán)重的影響，尤其是重金屬污染，其所帶來(lái)的后果十分嚴(yán)重。因此，需要通過(guò)設(shè)計(jì)重金屬污染土壤與地下水修復(fù)工程環(huán)境監(jiān)測(cè)的方式，確保其能夠在重金屬污染土壤與地下水修復(fù)工程的環(huán)境監(jiān)測(cè)工作當(dāng)中更好地發(fā)揮出自身的實(shí)際作用，提升監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性，從而為后續(xù)環(huán)境修復(fù)工作的順利開(kāi)展提供必要的數(shù)據(jù)支持，促進(jìn)整體工作質(zhì)量的穩(wěn)步提高。