張振海

(黑龍江省第六地質(zhì)勘查院，黑龍江 佳木斯 154000)

隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，城市工業(yè)文明迅速崛起，城鎮(zhèn)工業(yè)化水平不斷提高。在工業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，由現(xiàn)代工業(yè)和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的固體廢物及化肥農(nóng)藥已經(jīng)對(duì)土壤產(chǎn)生嚴(yán)重污染，土壤污染所帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境問題制約著人類的可持續(xù)發(fā)展[1-3]。因此,眾多學(xué)者將研究的目光投向了土壤污染及相關(guān)領(lǐng)域。謝云峰等[4]利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)方法，采用蟻群算法對(duì)土壤污染程度進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析，根據(jù)土壤中重金屬含量的不同對(duì)土壤進(jìn)行了等級(jí)劃分；張寧等[5]利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的方差、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)特征建立了污染評(píng)價(jià)模型；李鳳果等[6-8]以模糊數(shù)學(xué)為理論基礎(chǔ)，建立了重金屬毒性和重金屬種類的綜合權(quán)重土壤污染評(píng)價(jià)體系；蒲生彥等[9]利用地理統(tǒng)計(jì)方法建立了區(qū)域內(nèi)土壤中重金屬Cu含量分布圖；高陽(yáng)等[10]利用克里克空間差值方法，分析了德國(guó)小鎮(zhèn)土壤中重金屬Pb的分布空間特性。

從以上國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究中可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于土壤污染的不確定性分析中，針對(duì)土壤污染的時(shí)空變異性研究有待加強(qiáng)，污染區(qū)域劃分有待進(jìn)一步明確。本文以南方某市為研究對(duì)象，結(jié)合城市地理信息系統(tǒng)(GIS)，采用現(xiàn)場(chǎng)取樣實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)區(qū)域內(nèi)土壤污染進(jìn)行了不確定性分析，針對(duì)污染狀況提出了治理措施。

1 項(xiàng)目概況

以某市為研究對(duì)象，區(qū)域GIS如圖1所示。該區(qū)域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，夏季多雨，冬季干燥，年平均降雨量1 521 mm，年平均氣溫16.8 ℃。該市的工業(yè)體系較為完整，工業(yè)發(fā)展水平較高，尤其是化工產(chǎn)業(yè)及服裝加工業(yè)已經(jīng)發(fā)展為當(dāng)?shù)氐?大支柱性產(chǎn)業(yè)，且這2大產(chǎn)業(yè)污染物排放均高于其他工業(yè)行業(yè)。由此可以推斷該市的土壤污染形式已經(jīng)比較嚴(yán)峻，有必要對(duì)其污染狀況進(jìn)行一次摸排調(diào)查。

圖1 區(qū)域GISFig.1 Regional GIS

2 土壤污染不確定性分析

2.1 土壤樣品采集與測(cè)試

區(qū)域內(nèi)采樣密度是關(guān)系到其評(píng)價(jià)精確度的重要因素。由于目標(biāo)區(qū)域較大，本文采用GIS系統(tǒng)按照2 km×2 km的方形網(wǎng)格布點(diǎn)，在網(wǎng)格線交點(diǎn)處按照田字形取樣法對(duì)交點(diǎn)附近取5組土樣混合作為交點(diǎn)處樣品，對(duì)不同點(diǎn)處樣品編號(hào)以待實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步分析。

土壤污染是一個(gè)由多種重金屬離子共同作用的結(jié)果，必須從重金屬離子種類入手，通過(guò)重金屬離子分類和含量測(cè)定，采用指標(biāo)控制法對(duì)土壤污染狀況做出評(píng)價(jià)[11-12]。土壤中Cd與Pb的含量采用等離子體質(zhì)譜法，Cr、Zn、Cu、Ni含量采用等離子體光學(xué)發(fā)射光譜法測(cè)定，As元素的測(cè)定采用氫化物—原子熒光法，Hg元素的測(cè)定采用冷蒸氣—原子熒光法。

2.2 不確定性分析

通過(guò)以上的取樣和測(cè)試方法，對(duì)土壤中重金屬離子含量進(jìn)行了測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見表1。

表1 重金屬含量統(tǒng)計(jì)性分析Tab.1 Statistical analysis of heavy metal content

由表1可知，區(qū)域內(nèi)8種重金屬元素含量平均值低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值，表明區(qū)域內(nèi)土壤整體狀況較好，但8種重金屬含量高于此區(qū)域內(nèi)歷史背景值，說(shuō)明區(qū)域內(nèi)重金屬污染物已經(jīng)出現(xiàn)了富集現(xiàn)象，區(qū)域內(nèi)土壤污染已經(jīng)初見端倪。地質(zhì)累計(jì)指數(shù)Igeo是表征土壤中重金屬離子歷史變化和人為活動(dòng)造成的土壤中離子變化情況，其計(jì)算公式為：

Igeo=log2[Cn/1.5Bn]

(1)

式中，Cn為測(cè)試樣品中元素n的濃度；Bn為樣品背景濃度。

根據(jù)式(1)得到了區(qū)域內(nèi)累計(jì)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果見表2。

表2 地質(zhì)累計(jì)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.2 Evaluation results of geological cumulative index

按照統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，給出了地質(zhì)累計(jì)指數(shù)在均值、中位數(shù)等5個(gè)不同統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)下的值。從表2可以發(fā)現(xiàn)，根據(jù)地質(zhì)累積指數(shù)法分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[13]，從均值考慮，區(qū)域內(nèi)Cd與 Hg元素在無(wú)污染到中度污染狀態(tài)，其他元素均為無(wú)污染狀態(tài)；從極值分析，這8種重金屬離子最嚴(yán)重的處于中度污染狀態(tài)；以中位數(shù)分析，Cd與 Hg元素在無(wú)污染到中度污染狀態(tài)，其他元素均為無(wú)污染狀態(tài)。以上分析表明，該地區(qū)的重金屬已經(jīng)出現(xiàn)了一定的富集現(xiàn)象，但從8種金屬離子總體考慮，該地區(qū)重金屬離子富集程度較弱，處于治理較為輕松階段。

從表1和表2的檢驗(yàn)結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，土壤重金屬污染范圍和程度都具有很大的波動(dòng)性，本文借助GIS系統(tǒng)對(duì)土壤重金屬污染的不確定性進(jìn)行了分析。由于本文的采樣方法為2 km×2 km的網(wǎng)格采樣法。因此，將某一點(diǎn)的采樣值代表4 km2范圍內(nèi)土壤污染狀況，且此處采樣點(diǎn)污染程度衡量標(biāo)準(zhǔn)采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)值。利用GIS得到了區(qū)域內(nèi)重金屬污染范圍，如圖2所示。從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，污染區(qū)域主要分布于區(qū)域位置的中部，且有一定的集中現(xiàn)象，除此之外，區(qū)域內(nèi)南北部均有零星土壤污染情況。從實(shí)際情況出發(fā)，中部為城鎮(zhèn)居住區(qū)。因此，會(huì)出現(xiàn)較為密集的污染區(qū)域，南北部零星區(qū)域?yàn)楣I(yè)園區(qū)，石化及紡織工業(yè)的污染物排放對(duì)土壤環(huán)境造成了一定的污染。

圖2 土壤重金屬污染范圍Fig.2 Pollution range of heavy metals in soil

3 土壤污染治理措施

目前常用的土壤重金屬污染修復(fù)方法有3種，分別為異位化學(xué)還原、土壤異位淋洗、原位化學(xué)還原。異位化學(xué)還原是針對(duì)1 m深度范圍內(nèi)表層土壤，采用化學(xué)置換的方法將重金屬?gòu)奈廴镜耐寥乐羞€原出來(lái)；土壤異位淋洗是將1～5 m內(nèi)淺層土壤中重金屬采用含有化學(xué)溶劑的液體將土壤中重金屬采用置換的方法還原析出；深層原位注入是針對(duì)5～18 m內(nèi)污染土壤，采用高壓噴射的方法對(duì)土壤進(jìn)行化學(xué)處理，以降低其重金屬濃度。

土壤治理的目的是改善環(huán)境，在土壤修復(fù)過(guò)程中要避免對(duì)環(huán)境造成二次污染。本文采用影響因子價(jià)值評(píng)價(jià)方法，用標(biāo)準(zhǔn)化綜合環(huán)境影響單一計(jì)分指數(shù)表示污染修復(fù)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的影響，如圖3所示。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)化綜合環(huán)境影響單一計(jì)分指數(shù)Fig.3 Standardized integrated environmental impact single score index

根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)土壤污染治理實(shí)際情況，將人體健康、生態(tài)系統(tǒng)、氣候變化和資源消耗為指標(biāo)，得到了3種修復(fù)方式下環(huán)境影響百分比如圖4所示。

圖4 環(huán)境影響百分比Fig.4 Environmental impact percentage

由圖4可知，3種土壤污染治理方法均對(duì)人體健康損害最大，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)破壞最低。因此，在今后的環(huán)境治理中要加強(qiáng)材料及施工過(guò)程中的環(huán)?？刂?。

4 結(jié)論

城市土壤污染是城市發(fā)展過(guò)程中不可避免的問題，本文以我國(guó)某市為例，采用地理信息系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行邊界劃分后又對(duì)區(qū)域內(nèi)土壤樣品采用點(diǎn)進(jìn)行了布設(shè)，使用網(wǎng)格采樣法對(duì)目標(biāo)區(qū)域土壤進(jìn)行了抽樣提取，通過(guò)分析土壤中8種重金屬含量及地質(zhì)累計(jì)指數(shù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)指標(biāo)，采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)值法對(duì)區(qū)域污染狀況進(jìn)行了不確定分析。針對(duì)區(qū)域內(nèi)3種污染治理方法，采用影響因子價(jià)值評(píng)價(jià)方法分析了各種方法的環(huán)境影響百分比，得出3種土壤污染治理方法均對(duì)人體健康損害最大，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)破壞最低，在今后的環(huán)境治理中要加強(qiáng)材料及施工過(guò)程中的環(huán)保控制。