喬 斐,王錦國(guó),鄭詩(shī)鈺,衛(wèi)云波,莊 超,楊 棟

重點(diǎn)區(qū)域建設(shè)用地污染地塊特征分析

喬 斐,王錦國(guó)*,鄭詩(shī)鈺,衛(wèi)云波,莊 超,楊 棟

(河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 南京 211100)

以我國(guó)工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域京津冀、長(zhǎng)三角和珠三角為研究對(duì)象,基于2018～2021年納入《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控和修復(fù)名錄》的共496個(gè)污染地塊,對(duì)其區(qū)域分布、土壤和地下水超標(biāo)污染物特征、污染的行業(yè)相關(guān)性、場(chǎng)地地質(zhì)條件等數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析.結(jié)果表明:京津冀污染地塊主要分布于京津和冀南,長(zhǎng)三角污染地塊數(shù)量最大且分布廣,珠三角污染地塊則密布于珠江口.整體上土壤污染以重金屬-有機(jī)復(fù)合污染為主(48.43%),地下水則是有機(jī)污染占比(42.49%)最大.化學(xué)原料及化學(xué)品制造業(yè)和金屬冶煉及延壓加工業(yè)污染地塊風(fēng)險(xiǎn)負(fù)荷指數(shù)大于0.25,為較高風(fēng)險(xiǎn);塑料和橡膠制品業(yè)、機(jī)械制造、金屬制品業(yè)、電器機(jī)械及器材制造業(yè)和皮革、皮毛制造業(yè)污染地塊為中風(fēng)險(xiǎn),其余行業(yè)污染地塊為低風(fēng)險(xiǎn).場(chǎng)地土壤和地下水污染分布與歷史行業(yè)類型息息相關(guān),如土壤中化學(xué)原料及化學(xué)品制造業(yè)超標(biāo)污染物種類最復(fù)雜,鹵代烴(占比12%)和苯系物(占比10.4%)相比其余行業(yè)占比更重,地下水中各行業(yè)重金屬污染和常規(guī)指標(biāo)如氨氮需要關(guān)注.土層深度上各類典型污染物最大超標(biāo)普遍分布在0～5m,整體上重金屬最大污染超標(biāo)深度大于有機(jī)污染最大超標(biāo)深度;土壤性質(zhì)方面超標(biāo)污染則更集中于黏性土等低滲透性土層.

重點(diǎn)區(qū)域；污染地塊；行業(yè)類型；地質(zhì)特征

城市中的建設(shè)用地污染地塊對(duì)人類健康[1]和自然環(huán)境產(chǎn)生危害[2],嚴(yán)重阻礙了城市土地的再利用和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[3].這些地塊土壤和地下水中的污染物,包括重金屬、VOCs(揮發(fā)性有機(jī)物)和SVOCs(半揮發(fā)性有機(jī)物)等,濃度遠(yuǎn)超過(guò)建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)篩選值或相應(yīng)地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[4].越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始關(guān)注重點(diǎn)區(qū)域污染地塊的空間污染水平和健康風(fēng)險(xiǎn)[1,5]問(wèn)題.京津冀、長(zhǎng)三角和珠三角,作為我國(guó)工業(yè)化發(fā)展水平相對(duì)較高的三個(gè)地區(qū),區(qū)域內(nèi)大量建設(shè)用地污染地塊亟需調(diào)查和修復(fù)處理[1,6-9],其作為研究對(duì)象具有一定典型性.

由于不同區(qū)域土壤及地下水特征等自然條件和工業(yè)化水平的差異,其污染地塊污染類型和分布不同[1].同時(shí),污染地塊的歷史行業(yè)類型與其污染特征息息相關(guān)[10-11],如化工制造業(yè)苯系物和多環(huán)芳烴污染物突出[12-13]、金屬冶煉及延壓加工業(yè)重金屬超標(biāo)占比更重[14]等.不同場(chǎng)地的土壤巖性和水文地質(zhì)條件也會(huì)對(duì)污染物的遷移和分布產(chǎn)生影響[15-16].我國(guó)部分區(qū)域建設(shè)用地污染地塊研究多集中于小范圍的研究區(qū)[17],缺乏區(qū)域之間對(duì)比性[18-19]且只針對(duì)土壤污染[20],對(duì)土壤和地下水污染同時(shí)研究較少,或是僅針對(duì)特征污染物進(jìn)行研究,比如單獨(dú)關(guān)注重金屬[21]或有機(jī)物污染[16]特征及其對(duì)人類和環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià).多數(shù)建設(shè)用地污染地塊研究集中于污染物風(fēng)險(xiǎn)和污染程度分析[1,22],極少將前期場(chǎng)地調(diào)查、監(jiān)測(cè)、行業(yè)特點(diǎn)和污染分布特征結(jié)合起來(lái)分析.目前,國(guó)內(nèi)缺乏完整的對(duì)納入名錄場(chǎng)地信息庫(kù)的建立[23],因此,將建設(shè)用地污染地塊地理信息、環(huán)境調(diào)查信息、污染特征等進(jìn)行整合,為場(chǎng)地修復(fù)工作者、規(guī)劃者和政策制定者提供數(shù)據(jù)支撐具有重要意義.

本研究對(duì)3個(gè)重點(diǎn)區(qū)域納入名錄的污染地塊的行業(yè)類型和污染特征對(duì)比分析;從污染地塊地質(zhì)調(diào)查和監(jiān)測(cè)為切入分析討論其特點(diǎn);結(jié)合場(chǎng)地巖性與土壤中主要超標(biāo)污染物垂向分布進(jìn)行分析,以期為我國(guó)建設(shè)用地污染地塊的土壤-地下水污染防治和風(fēng)險(xiǎn)管控提供參考.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

京津冀:研究對(duì)象為北京市、天津市和河北省.屬溫帶季風(fēng)氣候區(qū),整體地勢(shì)呈西北高、東南低的特征,區(qū)域內(nèi)部自然地理要素齊全.土地資源類型多樣,不同地貌單元的土壤類型差異較大.壩上高原區(qū)土壤類型主要為鈣層土,山地區(qū)主要分布淋溶土、半淋溶土、鈣層土和初育土,泛濫平原、黃泛平原主要分布半水成土,山前沖積扇地區(qū)以淋溶土為主,海積平原則主要發(fā)育鹽堿土.該地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,重點(diǎn)行業(yè)如化工、冶煉、垃圾填埋場(chǎng)等排放的污染物種類繁多[24].

長(zhǎng)三角:研究對(duì)象為上海市、江蘇省和浙江省.屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,地貌以平原為主,西部和南部存在山地和丘陵.土壤類型主要有鐵鋁土、淋溶土、初育土、半水成土、鹽堿土和人為土.其中,地帶性土壤中黃紅壤亞類分布面積最大,而水稻土則以潴育型為主,此外,沿江和沿海地區(qū)還有較大面積的灰潮土分布.該地區(qū)紡織業(yè)、電子設(shè)備制造業(yè)、交通運(yùn)輸設(shè)備制造業(yè)、醫(yī)藥制造業(yè)發(fā)達(dá).

珠三角:研究對(duì)象為廣東省.屬南亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,地貌以丘陵和平原為主.土壤類型以赤紅壤、紅壤和水稻土為主,赤紅壤分布于山地、丘陵地帶,紅壤分布于低山丘陵盆地,水稻土主要分布于西江、北江、東江、潭江及其支流沖積平原和沿海岸濱海平原.該地區(qū)工業(yè)行業(yè)類別豐富,電子、電氣機(jī)械和石油化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛.

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

收集3個(gè)重點(diǎn)區(qū)域被生態(tài)環(huán)保廳納入《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控和修復(fù)名錄》[25](自名錄制定起至2021年底凡是被納入過(guò)的)共496塊建設(shè)用地污染地塊的名稱、歷史地塊行業(yè)類型、地理坐標(biāo)、地層巖性、潛水位埋深、土壤和地下水超標(biāo)污染物等(部分地塊信息收錄不全).首先,通過(guò)研究區(qū)內(nèi)各省份和直轄市生態(tài)環(huán)保廳公開(kāi)的建設(shè)用地污染地塊名錄獲取污染地塊名稱和地理位置分布,再根據(jù)地塊名稱通過(guò)相關(guān)合作修復(fù)單位以及搜索引擎以“xx地塊場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告”或“xx地塊修復(fù)項(xiàng)目方案報(bào)告”為檢索內(nèi)容獲取其歷史行業(yè)信息、地質(zhì)信息和超標(biāo)污染物信息.

建設(shè)用地污染地塊行業(yè)類型參考《國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類》[26](GB/T 4754-2017)以及《建設(shè)用地土壤污染狀況調(diào)查技術(shù)導(dǎo)則》[27](HJ 25.1-2019),將常見(jiàn)污染地塊行業(yè)類型和對(duì)應(yīng)區(qū)域納入名錄污染地塊數(shù)量進(jìn)行總結(jié).

1.3 研究方法

對(duì)搜集的報(bào)告中的不同行業(yè)類型污染地塊占比、區(qū)域分布、污染面積、污染土方量、污染物類型、污染種類、地質(zhì)特征及其相互關(guān)系等進(jìn)行分析,探討不同行業(yè)的污染特征差異及同一行業(yè)的污染共性.

土壤污染風(fēng)險(xiǎn)分析采用污染負(fù)荷指數(shù)法(PLI)[28]進(jìn)行評(píng)價(jià),對(duì)同一行業(yè)類型污染地塊占比及單位面積污染土方量進(jìn)行綜合表征,各行業(yè)負(fù)荷指數(shù)結(jié)果取均值,計(jì)算公式:

式中:CF1為同一行業(yè)類型污染地塊占比,%;CF2為污染地塊每平方米調(diào)查范圍的污染土方量,m3.PLI值越大,地塊污染風(fēng)險(xiǎn)水平越高.

聚類分析是一種根據(jù)研究對(duì)象本身提供的信息將其進(jìn)行分類的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法,其實(shí)質(zhì)是按照變量距離的遠(yuǎn)近將數(shù)據(jù)分類,在多元統(tǒng)計(jì)分析中達(dá)到降維的目的.系統(tǒng)聚類的變量可以是連續(xù)型變量也可以是分類變量,它的類間距離計(jì)算方法和結(jié)果表示方法十分豐富.

為進(jìn)一步對(duì)各行業(yè)污染地塊進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)歸類,采用污染地塊占比、生產(chǎn)歷史、污染面積及單位面積土壤污染量等數(shù)據(jù)對(duì)各行業(yè)進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析,并運(yùn)用歐氏距離對(duì)結(jié)果進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)表征,與污染負(fù)荷指數(shù)法結(jié)合分析,為污染地塊分類管理提供參考.

1.4 數(shù)據(jù)處理

土壤污染物閾值選自《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》[29](GB36600- 2018)規(guī)定的第一類或第二類建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值(根據(jù)地塊未來(lái)規(guī)劃而定),該標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有規(guī)定的依次參考各地塊場(chǎng)調(diào)報(bào)告中依據(jù)的地方標(biāo)準(zhǔn)、《美國(guó)環(huán)保署區(qū)域篩選值》[30](US EPA Regional Screening Levels,Nov.,2020).

地下水污染指標(biāo)限值參考《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[31](GB/T 14848-2017)中的地下水質(zhì)量分類,以第Ⅳ類或第Ⅲ類限值作為閾值(依據(jù)場(chǎng)地未來(lái)規(guī)劃而定).對(duì)于該標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有規(guī)定的污染物,采用《荷蘭土壤及地下水干預(yù)值》[32](Circulaire streefwaarden en interventiewaarden bodemsanering,原荷蘭住房、空間規(guī)劃與環(huán)境部(Ministry of Housing,Spatial Planning and Environment,VROM,2000))作為閾值.

以上標(biāo)準(zhǔn)中未列出的有毒有害物質(zhì),只要檢出,即作為關(guān)注污染物.分析僅針對(duì)污染地塊包含的土壤和地下水中超過(guò)上述閾值的數(shù)據(jù).

采用Microsoft Excel 2016軟件對(duì)所有數(shù)據(jù)從多個(gè)維度,包括區(qū)域、行業(yè)類別、各行業(yè)典型污染物、特征污染物超標(biāo)深度等進(jìn)行匯總整理,采用Origin2019b進(jìn)行圖形繪制.聚類分析采用SPSS 26.0軟件完成.

2 結(jié)果與討論

2.1 污染地塊行業(yè)區(qū)域分布

表1 常見(jiàn)地塊行業(yè)類型及地塊數(shù)量

由于不同區(qū)域、不同行業(yè)類型地塊存在較大差異,為了把握3個(gè)重點(diǎn)區(qū)域的污染地塊整體現(xiàn)狀,首先對(duì)行業(yè)類型數(shù)據(jù)完整的462個(gè)地塊進(jìn)行行業(yè)類型統(tǒng)計(jì)(34個(gè)地塊行業(yè)類型數(shù)據(jù)缺失),參考表1,京津冀、長(zhǎng)三角和珠三角地塊數(shù)量分別為110、285、67.京津冀污染地塊的行業(yè)類型占比前6依次是化學(xué)原料及化學(xué)品制造(36.4%)、機(jī)械制造(10.9%)、復(fù)合行業(yè)(9.1%)、電氣機(jī)械及器材制造(8.2%)、塑料和橡膠制品(6.4%)、金屬冶煉及延壓加工(5.5%)和煉焦廠(5.5%);長(zhǎng)三角污染地塊行業(yè)類型占比前6依次是化學(xué)原料及化學(xué)品制造(32.6%)、金屬冶煉及延壓加工(17.5%)、復(fù)合行業(yè)(9.8%)、金屬制品業(yè)(6.3%)、電氣機(jī)械及器材制造(6.3%)、機(jī)械制造(4.9%);珠三角地區(qū)占比前5則依次為化學(xué)原料及化學(xué)品制造(23.9%)、金屬冶煉及延壓加工(11.9%)、復(fù)合行業(yè)(11.9%)、塑料和橡膠制品業(yè)(10.4%)、金屬制品業(yè)(7.5%).3個(gè)地區(qū)污染地塊行業(yè)類型占比前幾的行業(yè)大致相同.珠三角相較于長(zhǎng)三角和京津冀,塑料和橡膠制品業(yè)及金屬制品業(yè)占比較大;京津冀機(jī)械制造、電氣機(jī)械制造及器材制造業(yè)占比較長(zhǎng)三角和珠三角大;長(zhǎng)三角金屬冶煉及延壓加工業(yè)占比突出.3個(gè)地區(qū)化學(xué)原料及化學(xué)品制造業(yè)占比均最大.

從圖1可知,京津冀污染地塊主要分布于京津一帶工業(yè)區(qū)及冀南.長(zhǎng)三角污染地塊分布廣,數(shù)量多,杭州灣口和上海地區(qū)密度較大.珠三角污染地塊則主要密布于珠江口,其余地方零散分布.

圖1 污染地塊空間分布示意

審圖號(hào):GS(2016)2923號(hào)

2.2 污染地塊污染類型

本次統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中具有土壤超標(biāo)污染物信息和地下水超標(biāo)污染物信息的地塊數(shù)量分別為317和225,土壤和地下水超標(biāo)污染物信息同時(shí)包含的地塊有200個(gè).參考《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》[29](GB36600-2018),對(duì)3個(gè)地區(qū)納入名錄的污染地塊進(jìn)行污染類別分類(缺少超標(biāo)污染物信息的地塊不納入下述統(tǒng)計(jì),地下水分類依據(jù)同土壤).從表2可以看出,土壤重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染場(chǎng)地占比48.43%,有機(jī)污染場(chǎng)地占比31.71%,重金屬污染場(chǎng)地占19.86%.根據(jù)相關(guān)研究,重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染存在交互作用[33]可能導(dǎo)致污染加劇,二者還可能具有空間相互作用[34],因此需要重點(diǎn)關(guān)注.長(zhǎng)三角重金屬污染、有機(jī)物污染、重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染場(chǎng)地?cái)?shù)量占比均明顯多于珠三角和京津冀.總體上地下水有機(jī)污染場(chǎng)地占比最大,為42.49%,其次為重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染,占比39.38%,最后為重金屬污染,占比18.13%.因此,未來(lái)污染場(chǎng)地土壤修復(fù)和地下水修復(fù)應(yīng)將重點(diǎn)分別放在重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染和有機(jī)污染物方面,同時(shí)需考慮復(fù)合污染帶來(lái)的污染加劇.

表2 土壤和地下水污染類型及地塊數(shù)量

2.3 地塊污染風(fēng)險(xiǎn)表征

對(duì)具有詳細(xì)污染信息的12個(gè)行業(yè)污染地塊采用污染負(fù)荷指數(shù)法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)表征(圖3),其余行業(yè)具有詳細(xì)污染信息的地塊數(shù)小于3,具有偶然性,不予討論.結(jié)果表明,化學(xué)原料及化學(xué)品制造業(yè)和金屬冶煉及延壓加工業(yè)污染風(fēng)險(xiǎn)較大,PLI值均大于0.25,塑料和橡膠制品業(yè)、機(jī)械制造、金屬制品業(yè)、電器機(jī)械及器材制造和皮革、皮毛制造業(yè)的PLI值為0.1～0.2,其余行業(yè)PLI值小于0.1.

圖3 各行業(yè)PLI值分布

進(jìn)一步采用系統(tǒng)聚類分析對(duì)12個(gè)行業(yè)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分,并通過(guò)歐氏距離法呈現(xiàn)(圖4).結(jié)果表明,聚類分析結(jié)果與污染負(fù)荷指數(shù)結(jié)果基本一致,化學(xué)原料及化學(xué)品制造業(yè)污染最為嚴(yán)重,金屬冶煉及延壓加工業(yè)污染風(fēng)險(xiǎn)次之,塑料和橡膠制品業(yè)、機(jī)械制造、金屬制品業(yè)、電器機(jī)械及器材制造和皮革、皮毛制造業(yè)污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中風(fēng)險(xiǎn),其余行業(yè)為污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為低風(fēng)險(xiǎn).因此,相關(guān)人員在進(jìn)行場(chǎng)地調(diào)查和修復(fù)時(shí),可以分類管理和對(duì)待,如針對(duì)低風(fēng)險(xiǎn)歷史行業(yè)地塊,且其生產(chǎn)歷史較短,可簡(jiǎn)化管理,以提高效率.

圖4 各行業(yè)污染風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)聚類結(jié)果

2.4 各行業(yè)土壤和地下水污染物分布

同時(shí)具有行業(yè)類型和土壤超標(biāo)污染物數(shù)據(jù)的場(chǎng)地有265個(gè),同時(shí)具有行業(yè)類型和地下水超標(biāo)污染物數(shù)據(jù)的場(chǎng)地有196個(gè).對(duì)污染地塊數(shù)量占比較大的6個(gè)行業(yè)進(jìn)行土壤(圖5)和地下水(圖6)超標(biāo)污染物出現(xiàn)頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì),其余行業(yè)地塊數(shù)占比小于5%,數(shù)據(jù)具有一定偶然性,不進(jìn)行討論和分析.

圖5 各行業(yè)污染地塊土壤污染物

圖6 各行業(yè)污染地塊地下水污染物

從圖5和圖6可以看出,6個(gè)行業(yè)污染地塊相互之間及自身的土壤、地下水污染分布特征差別較大,行業(yè)特點(diǎn)明顯.

各行業(yè)土壤污染中,總體上占比較大的均為PAHs和重金屬,其中污染嚴(yán)重的重金屬為砷、鎳、鉛和銅.化學(xué)原料及化學(xué)品制造業(yè)鹵代烴和苯系物污染占比較其余行業(yè)大.金屬冶煉、機(jī)械制造、金屬制品業(yè)和電氣機(jī)械及器材制造原材料涉及大量重金屬,重金屬污染特征明顯.電氣機(jī)械及器材制造業(yè)汞污染突出,需要留意汞遷移風(fēng)險(xiǎn)[35].金屬冶煉及延壓加工和金屬制品業(yè)銅污染則相對(duì)突出.各行業(yè)中塑料和橡膠制品業(yè)PAHs污染占比最大.同時(shí),各個(gè)行業(yè)TPHs污染也較為突出.需要注意的是化工地塊出現(xiàn)的PAEs(鄰苯二甲酸酯類)污染物,作為一種難降解、有毒的有機(jī)物,逐漸成為環(huán)境中廣泛存在的污染物[36].

地下水中行業(yè)污染特點(diǎn)與土壤差別較大,各行業(yè)重金屬和常規(guī)指標(biāo)(如氨氮、耗氧量等)超標(biāo)占比均較大,金屬冶煉及延壓加工、電氣機(jī)械及器材制造和金屬制品業(yè)重金屬污染最為突出,總占比均大于40%.化學(xué)原料及化學(xué)品制造業(yè)和塑料及橡膠制品業(yè)鹵代烴和苯系物污染相對(duì)其他行業(yè)較為明顯.除塑料和橡膠制品業(yè)外,其它5個(gè)行業(yè)重金屬主要污染為砷、鎳和鉛,電氣機(jī)械及器材制造業(yè)還需特別注意銻污染.同時(shí),各行業(yè)的TPHs污染占比均超過(guò)5%.

因此,實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)不同行業(yè)地塊進(jìn)行修復(fù)應(yīng)遵循其污染特點(diǎn),進(jìn)行區(qū)分對(duì)待,如化學(xué)原料及化學(xué)品制造業(yè)應(yīng)著重進(jìn)行鹵代烴和苯系物修復(fù),塑料和橡膠制品業(yè)則需重點(diǎn)關(guān)注PAHs污染.

2.5 場(chǎng)地調(diào)查和監(jiān)測(cè)特征

分析污染地塊地質(zhì)勘探、采樣、監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù),有助于相關(guān)工作人員優(yōu)化場(chǎng)地調(diào)查和監(jiān)測(cè)方案.該研究收集到的具有土壤勘探深度、土壤初步采樣深度、土壤補(bǔ)充采樣深度和地下水監(jiān)測(cè)井深度數(shù)據(jù)的污染地塊數(shù)量分別為62、87、90和88.從圖7和圖8中可以看出,現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查過(guò)程中土層揭露深度小于10m和介于10～20m的場(chǎng)地?cái)?shù)量分別為23處(占比37.1%)和20處(占比32.26%),介于20～30m的有12處(占比19.35%),超過(guò)30m的共有7處(占比11.29%),這表明當(dāng)前我國(guó)污染場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中對(duì)土壤的勘探深度基本介于0～30m,在20m附近波動(dòng),超過(guò)30m的較少.另一方面,現(xiàn)場(chǎng)土壤初查采樣深度小于5m的有18處(占比20.69%),介于5～10m的有50處(占比57.47%),超過(guò)10m的共有19處(占比21.84%),補(bǔ)充采樣深度小于10m的占比83.34%,而10～15m和15～20m的占比為5.56%和10%.同時(shí),現(xiàn)階段重點(diǎn)區(qū)域污染地塊地下水監(jiān)測(cè)井建井深度基本在0～20m之間(約占87%),超過(guò)20m的約占1/7.且監(jiān)測(cè)井深度因地區(qū)不同差異明顯,京津冀地區(qū)污染地塊地下水監(jiān)測(cè)井深度20m以上的較多,最深55m.

地下水位由于氣候變化和人類活動(dòng)影響而產(chǎn)生波動(dòng)形成的最高水位與最低水位之間的區(qū)域叫做地下水位波動(dòng)帶[37].地下水位波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致地下水水動(dòng)力條件發(fā)生變化[38],并且可能引起地下水環(huán)境條件和地下水水文地球化學(xué)作用發(fā)生改變[39],進(jìn)而影響地下水中污染物組分的遷移轉(zhuǎn)化[40].

收集到的場(chǎng)調(diào)報(bào)告中具有勘察期間地下水位穩(wěn)定埋深數(shù)據(jù)的污染地塊有87處(圖9),缺失相應(yīng)數(shù)據(jù)的地塊不計(jì)入分析.從圖9可以看出,所有場(chǎng)地的地下水位埋深最大值不超過(guò)50m,其中珠三角和長(zhǎng)三角場(chǎng)地地下水位埋深變化范圍為0～7.5m,京津冀地區(qū)污染地塊地下水位埋深不同場(chǎng)地之間差別較大,最深達(dá)45.6m,而最淺為9.51m,整體地下水位埋深大于珠三角和長(zhǎng)三角地區(qū).

圖7 污染地塊調(diào)查深度分布占比

圖8 污染地塊勘探-采樣-監(jiān)測(cè)深度分布

調(diào)查結(jié)果表明,補(bǔ)充采樣深度和初次采樣深度均值基本一致,部分地塊補(bǔ)充采樣深度大于初次采樣深度.補(bǔ)充采樣往往是根據(jù)初次采樣濃度結(jié)果來(lái)進(jìn)行密度和深度上的擴(kuò)充,因此補(bǔ)充采樣深度可以作為污染物最大超標(biāo)深度的側(cè)面反映,表明當(dāng)前地塊初次調(diào)查最大深度基本包含了最大污染超標(biāo)深度,部分污染嚴(yán)重地塊需適當(dāng)增加采樣深度.而監(jiān)測(cè)井布置情況與初次采樣深度、詳細(xì)采樣深度和水位埋深結(jié)合起來(lái)分析,京津冀、長(zhǎng)三角監(jiān)測(cè)井深度布置大于整體水位埋深和兩期采樣深度,比較合理,而珠三角地下水監(jiān)測(cè)井深度可適當(dāng)增加,應(yīng)盡量大于2期采樣深度.

圖9 污染地塊地下水位埋深變化統(tǒng)計(jì)

2.6 主要超標(biāo)污染物埋深和地質(zhì)特征

污染地塊典型污染物為VOCs、SVOCs、重金屬和TPHs,針對(duì)這4類污染物,對(duì)所有地塊土壤污染物超標(biāo)最大深度進(jìn)行整理,繪制這幾類污染物中占比最大的幾種污染物的最大超標(biāo)深度(圖10).從圖10可以看出,超篩選值VOCs污染物中,苯污染深度一般在0～4m和6～8m,最大向下污染深度可達(dá)18.2m.1,2-二氯乙烷污染深度在0～8m穩(wěn)定分布,氯仿和乙苯主要分布在0～7m,個(gè)別地塊污染深度較大.超篩選值SVOCs污染物中,苯并[a]芘污染地塊數(shù)目最多,污染最深可達(dá)16.5m,整體上苯并[a]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[a]蒽、苯并[b]熒蒽、茚并[1,2,3-cd]芘在0-5m深度范圍內(nèi)穩(wěn)定分布,最大9m左右.超篩選值重金屬污染物中,砷、鎳、鉛、總鉻和銅超標(biāo)深度整體上穩(wěn)定在0～4m,砷和鉛污染占比較大,二者污染深度最大可達(dá)18m和15m.超篩選值TPHs在0～14m深度均有分布,其中0～4m超標(biāo)地塊較多,占比超70%.

圖10 污染地塊土壤主要超標(biāo)污染物最大深度統(tǒng)計(jì)

圖10場(chǎng)地代號(hào)與圖9不同

提取出同時(shí)包含場(chǎng)地概化巖性、潛水位埋深和主要超標(biāo)污染物最大埋深數(shù)據(jù)的地塊,長(zhǎng)三角、珠三角和京津冀分別為9、12、9.繪制圖11,其中京津冀潛水位埋深過(guò)大未標(biāo)出.

將巖層、潛水位埋深和主要超標(biāo)污染物埋深結(jié)合起來(lái)觀察.從土壤深度角度來(lái)看,涉及重金屬超標(biāo)的污染地塊,最大污染超標(biāo)深度多集中于0～5m,占比65.4%,且整體上重金屬最大污染超標(biāo)深度大于有機(jī)污染最大超標(biāo)深度.此外,PAHs和苯系物最大超標(biāo)深度多在潛水位埋深附近,考慮與其不溶于水隨地下水遷移有關(guān).區(qū)域上京津冀污染地塊由于地下水埋深較大,石油烴污染下沉深度較長(zhǎng)三角和珠三角石油烴污染地塊更大,污染物多集中在包氣帶中,污染嚴(yán)重時(shí),穿透粉土和卵石層,污染深度較大.

從土壤性質(zhì)上來(lái)看,3個(gè)地區(qū)場(chǎng)地土層多以粉質(zhì)黏土和淤泥質(zhì)黏土等低滲透性巖性為主,整體上回填土深度一般不大于2.5m.京津冀和長(zhǎng)三角地區(qū)污染場(chǎng)地巖性出現(xiàn)粉質(zhì)土、砂質(zhì)土的數(shù)量大于珠三角.整體上超標(biāo)污染物多集中于黏性土中,占比40.3%,另有17.7%污染物最大超標(biāo)深度位于回填土和黏性土的交界面,說(shuō)明黏性土的低滲透性對(duì)污染物的垂向擴(kuò)散具有一定阻礙作用[41].

圖11 各地區(qū)污染場(chǎng)地巖性與超標(biāo)污染物垂向分布特征

因此,場(chǎng)地調(diào)查在深度上需要針對(duì)其污染物類型來(lái)確定初步采樣深度,對(duì)0～5m這一深度范圍采樣間距可以適當(dāng)加密.土壤性質(zhì)方面需留意黏性土等低滲透性土層以及回填土和黏性土的交界面.然而需要指出的是,巖性并不是影響污染物垂向分布特征的唯一因素,污染深度還與生產(chǎn)歷史、行業(yè)主流工藝、廠區(qū)管理等息息相關(guān).

3 結(jié)論

3.1 京津冀污染地塊主要分布于京津和冀南,長(zhǎng)三角污染地塊數(shù)量最大且分布廣,珠三角污染地塊則密布于珠江口.整體上土壤污染以重金屬-有機(jī)復(fù)合污染為主(48.43%),地下水則是有機(jī)污染占比(42.49%)最大,在場(chǎng)地調(diào)查和監(jiān)測(cè)過(guò)程中土壤和地下水應(yīng)針對(duì)性管理.

3.2 污染地塊的土壤和地下水典型污染物與行業(yè)類型密不可分,化學(xué)原料及化學(xué)品制造業(yè)鹵代烴和苯系物污染嚴(yán)重;電器機(jī)械及器材制造業(yè)汞污染突出;塑料和橡膠制品業(yè)PAHs污染明顯;因此實(shí)際場(chǎng)地修復(fù)時(shí)可以參考其歷史行業(yè)類型選擇適宜的修復(fù)方法.

3.3 地塊污染風(fēng)險(xiǎn)與其行業(yè)類型息息相關(guān).其中化學(xué)原料及化學(xué)品制造業(yè)和金屬冶煉及延壓加工業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較高,應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)管.紡織業(yè)等低風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)地塊則可以適當(dāng)簡(jiǎn)化管理,提高效率.

3.4 各類污染物最大超標(biāo)深度具有一定規(guī)律.整體上0～5m深度污染最為嚴(yán)重,實(shí)際采樣過(guò)程中可以對(duì)該深度范圍適當(dāng)加密,此外重金屬污染深度較大,對(duì)重金屬污染場(chǎng)地采樣深度應(yīng)適當(dāng)增加.

3.5 污染物最大超標(biāo)深度與土壤性質(zhì)有關(guān).黏性土的低滲透性對(duì)污染物遷移具有一定抑制作用,實(shí)際修復(fù)過(guò)程中應(yīng)提高黏性土的修復(fù).

[1] Peng J Y, Zhang S, Han Y, et al. Soil heavy metal pollution of industrial legacies in China and health risk assessment [J]. Science of The Total Environment, 2021,11:151632.

[2] Wu H T, Gai Z Q, Guo Y X, et al. Does environmental pollution inhibit urbanization in China? A new perspective through residents' medical and health costs [J]. Environmental Research, 2020,182(3): 109128.1-109128.9.

[3] 姜?jiǎng)P凱.城市更新背景下土地產(chǎn)權(quán)的退出障礙與治理對(duì)策——基于空間要素循環(huán)的視角[J]. 城市發(fā)展研究, 2021,28(8):100-106.

Jiang K K. The obstacles on the withdrawal of property rights and the discussion on governance countermeasures under the background of urban renewal:Based on the circulation of urban spatial elements [J]. Urban Development Studies, 2021,28(8):100-106.

[4] Liu G, Niu J, Zhang C, et al. Characterization and assessment of contaminated soil and groundwater at an organic chemical plant site in Chongqing, Southwest China [J]. Environmental Geochemistry and Health, 2016,38(2):607-618.

[5] 李 翔,汪 洋,鹿豪杰,等.京津冀典型區(qū)域地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法研究[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2020,33(6):1315-1321.

Li X, Wang Y, Lu H J, et al. Groundwater pollution risk assessment method in a typical area of Beijing-Tianjin-Hebei Region [J]. Research of Environmental Sciences, 2020,33(6):1315-1321.

[6] Zhou Y, Chen Y, Hu Y. Assessing efficiency of urban land utilisation under environmental constraints in Yangtze River Delta, China [J]. Environmental Research and Public Health, 2021,18(23):12634.

[7] Shan T H, Li X R, Huang F C, et al. Research on industrial structure transfer under the coordinated development of Beijing, Tianjin and Hebei [J]. Journal of Physics: Conference Series ,2019,1176:042014.

[8] 金遠(yuǎn)亮,侯德義,田 莉,等.基于用地規(guī)劃的污染地塊修復(fù)多目標(biāo)優(yōu)化研究 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2021,41(2):787-800.

Jin Y L, Hou D Y, Tian L, et al. Multi-objective optimization for brownfield remediation on the basis of land use planning [J]. China Environmental Science, 2021,41(2):787-800.

[9] 馬嬌陽(yáng),田 穩(wěn),王 坤,等.污染場(chǎng)地土壤重金屬的生物可給性及毒性研究 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2021,41(10):4885-4893.

Ma J Y, Tian W, Wang K, et al. Bioaccessibility and their toxic effects of heavy metal in field soils from an electronic disassembly plant [J]. China Environmental Science, 2021,41(10):4885-4893.

[10] 蔣姝睿,王 玥,王 萌,等.區(qū)域視角下中國(guó)工業(yè)行業(yè)與工業(yè)污染關(guān)系 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2017,37(11):4380-4387.

Jiang S R, Wang Y, Wang M, et al. Industrial sectors and pollution in China based on the regional perspective [J]. China Environmental Science, 2017,37(11):4380-4387.

[11] Jia X, Hu B, Marchant B P, et al. A methodological framework for identifying potential sources of soil heavy metal pollution based on machine learning: A case study in the Yangtze Delta, China [J]. Environmental Pollution, 2019,250:601-9.

[12] Gworek B,Baczewska-Dabrowska A H, Kalinowski R, et al. Ecological risk assessment for land contaminated by petrochemical industry [J]. PloS One. 2018,13(10):e0204852.

[13] 何夢(mèng)林,肖海麟,陳小方,等.化工園區(qū)基于排放環(huán)節(jié)的VOCs排放特征研究 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2017,37(1):38-48.

He M L, Xiao H L, Chen X F, et al. Emission characteristics of volatile organic compounds in chemical industry park based on emission links [J]. China Environmental Science, 2017,37(1):38-48.

[14] Long Z J, Zhang W, Shi Z L, et al. Reducible fraction dominates the mobility of vanadium in soil around an iron smelter [J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2020,105(6):915-920.

[15] Wang S, Ma Z, Yu W, et al. Migration mechanism of petroleum hydrocarbon pollutants in groundwater system: A case study from groundwater system in Jinan refinery [A].//IEEE.2010 4th International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering [C]. 2010:1-4.

[16] 朱 輝,葉淑君,吳吉春,等.中國(guó)典型有機(jī)污染場(chǎng)地土層巖性和污染物特征分析 [J]. 地學(xué)前緣, 2021,28(5):26-34.

Zhu H, Ye S J, Wu J C, et al. Characteristics of soil lithology and pollutants in typical contamination sites in China [J]. Earth Science Frontiers, 2021,28(5):26-34.

[17] Xu L L, Zhang L Z, Liu B L. Survey and evaluation of heavy metal elements pollution of Changchun suburb land [J]. Advanced Materials Research, 2013,634-638:130-133.

[18] 譚海劍,黃祖照,宋清梅.粵港澳大灣區(qū)典型城市污染地塊土壤污染特征研究[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2021,34(4):976-986.

Tan H J, Huang Z Z, Song Q M. Characterization of soil contaminations in brownfield sites in a typical city in Guangdong- Hong Kong-Macao Greater Bay Area [J]. Research of Environmental Sciences, 2021,34(4):976-986.

[19] 馬新月,羅 帥,王 東,等.重慶市場(chǎng)地土壤污染特征分析及行業(yè)來(lái)源識(shí)別[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2020,29(4):810-818.

Ma X Y, Luo S, Wang D, et al. Analysis of soil pollution characteristics and identification of industry sources in contaminated sites in Chongqing city, China [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2020,29(4):810-818.

[20] Yang Q, Li Z, Lu X, et al. A review of soil heavy metal pollution from industrial and agricultural regions in China: Pollution and risk assessment [J]. Science of the Total Environment, 2018,642(nov.15): 690-700.

[21] Yu G, Chen F, Zhang H, et al. Pollution and health risk assessment of heavy metals in soils of Guizhou, China [J]. Ecosystem Health and Sustainability, 2021,7(1):1859948.

[22] 劉麗麗,鄧一榮,林 挺,等.粵港澳大灣區(qū)典型化工地塊地下水分層調(diào)查與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J]. 環(huán)境污染與防治, 2021,43(1):67-78.

Liu L L, Deng Y R, Li T, et al. Multi-layer sampling and health risk assessment of groundwater for a typical chemical contaminated site in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Nay Area [J]. Environmental Pollution & Control, 2021,43(1):67-78.

[23] Hayek M, Novak M, Arku G, et al. Mapping industrial legacies: building a comprehensive brownfield database in geographic information systems [J]. Planning Practice & Research, 2010,25(4): 461-475.

[24] 席北斗,李 娟,汪 洋,等.京津冀地區(qū)地下水污染防治現(xiàn)狀、問(wèn)題及科技發(fā)展對(duì)策[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2019,32(1):1-9.

Xi B D, Li J, Wang Y, et al. Strengthening the innovation capability of groundwater science and technology to support the coordinated development of Beijing-Tianjin-Hebei Region: Status Quo,Problems and Goals [J].Research of Environmental Sciences, 2019,32(1):1-9.

[25] 生態(tài)環(huán)境部.關(guān)于發(fā)布《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控和修復(fù)名錄及修復(fù)施工相關(guān)信息公開(kāi)工作指南》的公告[EB/OL]. https://www.mee. gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk01/202112/t20211224_965184.html.

Ministry of Ecology and Environment. Announcement on the publication of the "Directory of soil pollution risk control and restoration for construction land and the guidelines for the disclosure of information related to restoration construction" [EB/OL]. https://www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk01/202112/t20211224_965184.html.

[26] GB/T 4754-2017 國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類 [S].

GB/T 4754-2017 Industrial classification for national economic activities [S].

[27] HJ 25.1-2019 建設(shè)用地土壤污染狀況調(diào)查技術(shù)導(dǎo)則 [S].

HJ 25.1-2019 Technical guidelines for investigation on soil contamination of land for construction [S].

[28] Gu Y G.Heavy metal fractionation and ecological risk implications in the intertidal surface sediments of Zhelin Bay, South China [J]. Marine Pollution Bulletin, 2018,129:905-912.

[29] GB 36600-2018 土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行) [S].

GB 36600-2018 Soil environmental quality-Risk control standard for soil contamination of development land(On Trail) [S].

[30] EPA U.Regional Screening Level Summary Table [R]. Washington DC: 2017.

[31] GB/T 14848-2017 地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) [S].

GB/T 14848-2017 Standard for groundwater quality [S].

[32] Dutch Ministry of Housing, Spatial Planning and Environment. Dutch target and intervention values [Z]. Hague,Netherlands, 2000.

[33] Liu S H,Zeng G M,Niu Q Y,et al.Bioremediation mechanisms of combined pollution of PAHs and heavy metals by bacteria and fungi: A mini review [J]. Bioresource Technology, 2017,224:25-33.

[34] Wu S H, Zhou S L, Bao H J, et al. Improving risk management by using the spatial interaction relationship of heavy metals and PAHs in urban soil [J]. Journal of Hazardous Materials, 2019,364(FEB.15): 108-116.

[35] Zheng Y, Luo X L, Zhang W, et al. Transport mechanisms of soil- bound mercury in the erosion process during rainfall-runoff events [J]. Environmental Pollution, 2016,215:10-17.

[36] 張小紅,王亞娟,陶 紅,等.寧夏土壤中PAEs污染特征及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2020,40(9):3930-3941.

Zhang X H, Wang Y J, Tao H, et al. Study on pollution characteristics and health risk assessment of phthalates in soil of Ningxia [J]. China Environmental Science, 2020,40(9):3930-3941.

[37] Groffman A R, Crossey L J J C G. Transient redox regimes in a shallow alluvial aquifer [J]. Chemical Geology, 1999,161(4):415-442.

[38] Du S H,Su X S,Zhang W J. Effective storage rates analysis of groundwater reservoir with surplus local and transferred water used in Shijiazhuang City, China [J]. Water and Environment Journal, 2012, 27(2):157-169.

[39] Jiang M H, Sun G Y. Study on the dynamic trajectory of industrial gravity center of the leading industry of the Yangtze River Delta from 1999～2012 [C]//IEEE. International Conference on Management Science & Engineering, 2014:695-701.

[40] 林廣宇.地下水位變動(dòng)帶石油烴污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律研究[D]. 長(zhǎng)春:吉林大學(xué), 2014.

Lin G Y. Study on migration and transformation of petroleum hydrocarbons in zone of intermittent saturation [D]. Changchun:Jilin University, 2014.

[41] 劉長(zhǎng)禮,龐雅婕,王翠玲,等.黏性土對(duì)垃圾滲濾液中多環(huán)芳烴吸附機(jī)理與規(guī)律[J]. 地質(zhì)論評(píng), 2018,64(4):905-912.

Liu C L, Pang Y J, Wang C L, et al. Research on the mechanisms and disciplines of clayed soils adsorb PAHs in landfill leachate [J]. Geological Review, 2018,64(4):905-912.

Characterization of contaminated construction sites in key regions.

QIAO Fei, WANG Jin-guo*, ZHENG Shi-yu, WEI Yun-bo, ZHUANG Chao, YANG Dong

(Department of Earth Science and Engineering, Hohai University, Nanjing 211100, China)., 2022,42(11)：5265～5275

In this paper, three key regions of industrial development in China were investigated(i.e., Beijing-Tianjin-Hebei, Yangtze River Delta and Pearl River Delta regions), based on the 496contaminated sites included in the List of Soil Contamination Risk Control and Remediation of Construction Sites from 2018 to 2021. Statistical analysis was conducted on the regional distribution, soil-groundwater excess contamination characteristics, industry contamination correlation and geological conditions of the sites. The results showed that: The contaminated sites of Beijing-Tianjin-Hebei region were mainly located in Beijing-Tianjin and southern Hebei Province. The number of contaminated sites of Yangtze River Delta is the largest and the sites were widely distributed. The contaminated sites of Pearl River Delta is densely located in the Pearl River Estuary. Generally,soil contamination was dominated by the combined contamination of organic pollutants and heavy metals(48.43%), while groundwater was dominated by organic contamination(42.49%). High risk industries were chemical raw material and chemical manufacturing, metal smelting and rolling processing industry, with the risk load index greater than 0.25. The industry types of medium risk contaminated sites were plastics and rubber products industry, machinery manufacturing, metal products industry, electrical machinery and equipment manufacturing, and leather and fur manufacturing industry. The rest industry types of contaminated sites are low risk. The characteristics of the site soil-groundwater contamination were closely related to the historical industries. For example, the chemical raw materials and chemicals manufacturing industry, having the most diverse contaminations with halogenated hydrocarbons (12% of the total) and benzene (10.4% of the total), accounted for a heavier proportion than the rest of the industries. At the same time, heavy metal contamination in groundwater was serious in all industries, and conventional indicators such as ammonia nitrogen should also be noted. The maximum soil depth of exceedance for all types of typical contaminants was generally 0～5m at soil depth. The maximum soil depth of exceedance for heavy metals was greater than organic contamination. In terms of soil properties, the excess contamination was concentrated in low permeability layers such as clayey soils.

key regions；contaminated site；types of industry；geological features

X508

A

1000-6923(2022)11-5265-11

喬 斐(1998-),男,河南駐馬店人,河海大學(xué)碩士研究生,主要從事地下水資源與環(huán)境和水文地質(zhì)研究.

2022-04-10

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2019YFC1804301,2019YFC1804302)

* 責(zé)任作者, 教授, wang_jinguo@hhu.edu.cn