徐振坤　方小滿　洪碧圓　江濤　諸曉鋒

摘要：目的：探究富陽(yáng)區(qū)域土壤潛在污染的主要影響因子。方法：以區(qū)域內(nèi)主要工業(yè)區(qū)為研究對(duì)象，采集土壤和地下水樣品，并進(jìn)行土壤污染和地下水流場(chǎng)檢測(cè)?；诘叵滤鲌?chǎng)，采用特征選擇算法模擬區(qū)域土壤的潛在污染情況，選取土壤潛在污染影響因子并計(jì)算貢獻(xiàn)率。結(jié)果：在選取的潛在污染影響因子中，地下水pH值、土壤含水率和土壤黏粒含量對(duì)土壤潛在污染的貢獻(xiàn)率最高，分別達(dá)到0.155、0.083、0.076。結(jié)論：在該區(qū)域中，地下水pH值、土壤含水率和土壤黏粒含量為主要的土壤潛在污染影響因子，因此在進(jìn)行土壤環(huán)境改善和土地再利用時(shí)應(yīng)考慮這些因素的影響。

關(guān)鍵詞：地下水流場(chǎng)；特征選擇算法；區(qū)域土壤潛在污染；影響因子模擬；地下水pH數(shù)值

中圖分類(lèi)號(hào)：X833 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

綜合考慮土壤污染狀況對(duì)于土地再利用和防止二次污染具有重要意義。在工廠運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的污染物，這些污染物具有潛在的導(dǎo)致土壤污染的可能性。另外，隨著水的滲透，地表徑流中的污染物也可能對(duì)地下水環(huán)境造成一定程度的污染。為有效治理土壤污染，對(duì)場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查是必要的，并需要了解地下水污染情況，以便為受污染場(chǎng)地的土地用途規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。長(zhǎng)期以來(lái)，場(chǎng)地調(diào)查評(píng)估和治理修復(fù)一直是土壤污染治理的重要工作。通過(guò)分析土壤中的潛在影響因子，可以全面了解土壤環(huán)境質(zhì)量，并準(zhǔn)確判斷土壤環(huán)境質(zhì)量的變化趨勢(shì)，從而有針對(duì)性地采取相應(yīng)的治理措施。

特征選擇算法是從已有的特征中選取出最優(yōu)的一組特征，讓指標(biāo)更加優(yōu)化。在機(jī)器學(xué)習(xí)模型中，特征選擇算法會(huì)對(duì)機(jī)器的預(yù)測(cè)精度產(chǎn)生一定的影響。傳統(tǒng)的特征選擇方法主要有四類(lèi)，這四類(lèi)方法被廣泛運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域中。隨著對(duì)特征選擇算法研究的不斷深入，逐漸有了新的算法。文章基于地下水流域與特征選擇算法，提出區(qū)域土壤潛在污染影響因子模擬分析。針對(duì)地塊特征和潛在污染物特征，選取富陽(yáng)市主要工廠用地情況為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在規(guī)范性原則下，結(jié)合地下水流情況，對(duì)該區(qū)域的污染影響因子進(jìn)行模擬，具體情況如下所示。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象概況

文章模擬分析的地點(diǎn)為杭州市富陽(yáng)。研究地的氣候?qū)儆诒眮啛釒У募撅L(fēng)氣候。該地的氣候氣象以及水文特征信息如下：氣候氣象信息為：多年平均氣溫為16.1℃；多年平均氣壓為1015.7Pa；多年平均降水量為1153.7mm；多年平均相對(duì)濕度為80%；最大積雪厚度為290mm；多年平均風(fēng)速為1.83m/s；常年地面主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)（NW）；基本風(fēng)壓為6.4KN/m2。水文特征信息為：多年平均水位為4.28m；實(shí)測(cè)最高水平為9.23m；多年平均最高水位為7.96m；頻率0.1%高水位為10.99m；頻率1%高水位為10.17m；頻率2%高水位為9.58m；多年平均最低水位為2.7m；實(shí)測(cè)最低水位為1.76m。

該地區(qū)的主要工廠是杭州某公司所在的地塊，占地面積為19800m2，大門(mén)定位經(jīng)度為120.022543°，緯度為30.023094°，地塊中心定位經(jīng)度為120.023399°，緯度為30.023577°。地塊范圍邊界拐點(diǎn)坐標(biāo)為：1號(hào)邊界拐點(diǎn)坐標(biāo)為經(jīng)度120.022256°，緯度30.023649°；2號(hào)邊界拐點(diǎn)坐標(biāo)為經(jīng)度120.023811°，緯度30.244857°；3號(hào)邊界拐點(diǎn)坐標(biāo)為經(jīng)度120.024348°，緯度30.023584°；4號(hào)邊界拐點(diǎn)坐標(biāo)為經(jīng)度120.022792°，緯度30.022801°。

區(qū)域內(nèi)共計(jì)18個(gè)工廠地塊，對(duì)每個(gè)地塊進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

通過(guò)資料收集、現(xiàn)場(chǎng)踏勘等方法，收集并整理與地塊污染相關(guān)的該區(qū)域土壤污染和地下水流場(chǎng)的資料，包括地塊的歷史變遷、污染特征、未來(lái)用地規(guī)劃等內(nèi)容。根據(jù)這些信息，判斷區(qū)域內(nèi)可能存在污染的地塊，之后制定相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)采樣布點(diǎn)方案。

將按照規(guī)范采集的土壤以及地下水樣品，從地塊運(yùn)輸至中煤浙江檢測(cè)技術(shù)有限公司實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，并提供符合規(guī)范的土壤、地下水污染檢測(cè)報(bào)告和質(zhì)控報(bào)告。以主要區(qū)域杭州某公司地塊土壤污染狀況調(diào)查為例，設(shè)置采樣點(diǎn)。采樣點(diǎn)設(shè)置情況如下。

在該區(qū)域共設(shè)有15個(gè)土壤采樣點(diǎn)。其中，11個(gè)土壤采樣點(diǎn)位于地塊內(nèi)，4個(gè)土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于地塊外。在整個(gè)采樣過(guò)程中，共采集了139個(gè)土壤樣品，共監(jiān)測(cè)了64個(gè)土壤樣品。得到的土壤對(duì)照點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

該區(qū)域的地下水流場(chǎng)的情況見(jiàn)圖1。

以該數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬分析。

1.3 分析方法

Hydrus-1D軟件建立的土壤水文和溶質(zhì)運(yùn)移數(shù)值模型綜合考慮了土壤孔隙結(jié)構(gòu)、土壤水力性質(zhì)和邊界條件等因素，為幫助模擬土壤中的水分運(yùn)動(dòng)和潛在污染物遷移，并對(duì)水分流動(dòng)、排水和傳質(zhì)等過(guò)程實(shí)施監(jiān)測(cè)、分析提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具。而特征算法是一種基于土壤屬性和環(huán)境因素的數(shù)據(jù)處理和預(yù)測(cè)方法。通過(guò)對(duì)土壤屬性（如土壤類(lèi)型、有機(jī)質(zhì)含量等）和環(huán)境因素（如降雨量、施肥情況等）進(jìn)行定性和定量分析，可以較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)土壤潛在污染影響因子的分布和變化趨勢(shì)。

綜合使用Hydrus-1D軟件進(jìn)行模擬分析，基于特征算法建立土壤潛在污染影響因子模擬分析模型，能夠充分考慮土壤水分運(yùn)動(dòng)和溶質(zhì)遷移的過(guò)程，并結(jié)合土壤屬性和環(huán)境條件的影響，更好地模擬和分析土壤潛在污染的影響因子，更好的幫助決策者和研究人員了解土壤潛在污染問(wèn)題并采取有效治理措施來(lái)減少或防止土壤污染的發(fā)生概率。

其中，X為上邊界條件，C為下邊界條件，V為污染物濃度，B為飽和滲透系數(shù)，N為零通量邊界。在此基礎(chǔ)上，對(duì)污染物遷移狀況進(jìn)行計(jì)算，公式表示為式（2）：

其中，L為慣性權(quán)重參數(shù)，K為加速因子，J為偽隨機(jī)數(shù)，H為個(gè)體最佳粒子。在此基礎(chǔ)上，對(duì)因變量影響的空間異質(zhì)性進(jìn)行計(jì)算，公式表示為式（3）：

其中，F(xiàn)為解釋變量參數(shù)，D為自變量的同歸系數(shù)，5為因變量參數(shù)，A為使用加權(quán)最小二乘值，Q為空間數(shù)據(jù)范圍。從而得到空間異質(zhì)性，根據(jù)該參數(shù)對(duì)類(lèi)別變量進(jìn)行計(jì)算，公式表示為式（4）：

其中，E為觀測(cè)值均值參數(shù)，R為回歸方程殘差的空間自相關(guān)參數(shù)，T為點(diǎn)位基于距離的空間權(quán)重，Y為土壤中污染物的污染指數(shù)，U為污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，G1為污染物實(shí)測(cè)質(zhì)量比。然后對(duì)污染物的污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)集處理流程如下：首先，輸入訓(xùn)練數(shù)據(jù)集和可觀察變量集。然后，構(gòu)造一個(gè)由可觀察變量集中的所有元素組成的非定向邊的完全圖。接著，根據(jù)一定規(guī)則或算法，連接這些邊并更新完全圖。通過(guò)連接和更新得到的鄰接子集會(huì)被儲(chǔ)存在分離集中，以便后續(xù)處理和分析。最后，將連接后形成的邊的三元組添加到數(shù)據(jù)集中，以豐富數(shù)據(jù)的信息。整個(gè)流程旨在構(gòu)建完整的圖，并從中提取有用的信息，幫助我們更好地理解和分析訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

在此基礎(chǔ)上，根據(jù)數(shù)據(jù)集建立評(píng)價(jià)公式表示為式（5）：

其中，P為化學(xué)背景值，z為地累積指數(shù)，x為污染因子實(shí)測(cè)值，c為修正常數(shù)，v為基學(xué)習(xí)器。在此基礎(chǔ)上，對(duì)經(jīng)驗(yàn)概率值進(jìn)行計(jì)算，公式表示為式（6）：

其中，n為指數(shù)差值，m為分裂后的右節(jié)點(diǎn)參數(shù)，l為指數(shù)變化量，k為變化量總和參數(shù)，p為決策樹(shù)節(jié)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，按照算法的開(kāi)放三元組對(duì)系數(shù)進(jìn)行分離，算法系數(shù)分離流程如下：首先，獲取待分離的系數(shù)三元組，包括地累積指數(shù)、污染因子實(shí)測(cè)值和修正常數(shù)。然后，將地累積指數(shù)、污染因子實(shí)測(cè)值和修正常數(shù)從系數(shù)三元組中分離出來(lái)，得到三個(gè)獨(dú)立的部分。最后，返回分離后的地累積指數(shù)、污染因子實(shí)測(cè)值和修正常數(shù)作為評(píng)價(jià)公式（式5）的參數(shù)，用于數(shù)據(jù)集的評(píng)估和經(jīng)驗(yàn)概率值計(jì)算（式6）。

之后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代更新，函數(shù)公式表示為式（7）：

其中，j為類(lèi)向量參數(shù)，h為初始迭代次數(shù)，g為個(gè)體目標(biāo)值，f為概率向量參數(shù)，d為平均化參數(shù)值。由此得到迭代更新數(shù)據(jù)，按照該方法對(duì)影響因子進(jìn)行計(jì)算。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

按照上述方法進(jìn)行模擬，得到選取的土壤潛在污染影響因子土壤侵蝕度、年均氣溫、相對(duì)濕度、利用類(lèi)型、距道路距離、地下水pH值、土壤含水率與土壤黏粒含量的貢獻(xiàn)率見(jiàn)圖2。

從圖2中可以看出，地下水pH值、土壤含水率與土壤黏粒含量三類(lèi)影響因子的貢獻(xiàn)率最大。

統(tǒng)計(jì)地下水pH對(duì)三個(gè)主要地塊污染因子的貢獻(xiàn)率，可以得到結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2中可以看出，地下水pH值對(duì)土壤污染因子的平均貢獻(xiàn)率較高，達(dá)到0.180。

統(tǒng)計(jì)土壤含水率對(duì)三個(gè)主要地塊污染因子的貢獻(xiàn)率，可以得到結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3中可以看出，土壤含水率對(duì)土壤污染因子的平均貢獻(xiàn)率達(dá)到0.084。

統(tǒng)計(jì)土壤黏粒含量對(duì)三個(gè)主要地塊污染因子的貢獻(xiàn)率，可以得到結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4中可以看出，土壤黏粒含量對(duì)土壤污染因子的貢獻(xiàn)率達(dá)到0.077。三類(lèi)主要的影響因子，對(duì)土壤潛在污染的貢獻(xiàn)率分別達(dá)到0.180、0.084、0.077，在土地污染治理等過(guò)程中，可適當(dāng)考慮三類(lèi)影響因子帶來(lái)的影響，從而加強(qiáng)土壤污染的治理。

2.2 討論

從模擬分析可以看出，在眾多影響因子中，對(duì)土壤污染貢獻(xiàn)率較高的三類(lèi)影響因子分別是地下水pH值、土壤含水率與土壤黏粒含量。影響機(jī)制分析如下：工業(yè)區(qū)域或工業(yè)活動(dòng)排放的廢水導(dǎo)致地下水酸堿性發(fā)生變化而改變土壤pH值，不適宜的pH值可能對(duì)土壤中微生物的生存和活動(dòng)產(chǎn)生不利影響進(jìn)而影響土壤質(zhì)量；土壤含水率是指土壤中含水量占總體積的比例。工業(yè)區(qū)域或工業(yè)活動(dòng)排放的廢水導(dǎo)致土壤水分含量發(fā)生變化，高含水量導(dǎo)致土壤中有機(jī)物、重金屬等污染物釋放和遷移，進(jìn)而影響土壤質(zhì)量；土壤黏粒含量是指土壤中黏粒所占比例。工業(yè)活動(dòng)和廢物排放可能導(dǎo)致土壤顆粒組成發(fā)生變化，從而影響土壤黏粒含量，低黏粒含量導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)疏松、保水能力下降和養(yǎng)分流失而影響土壤質(zhì)量。

基于此，在地塊后續(xù)開(kāi)發(fā)建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)多考慮這三類(lèi)影響因子的影響。為強(qiáng)化環(huán)境保護(hù)和確保土地利用的可持續(xù)性，建議采取以下措施：（1）建立土石方轉(zhuǎn)移聯(lián)單制度和外運(yùn)臺(tái)賬，明確記錄外運(yùn)土石方來(lái)源位置以有效管理土方開(kāi)挖并跟蹤查詢(xún)，確保土方安全轉(zhuǎn)移和合理利用；（2）對(duì)發(fā)現(xiàn)的土壤異味和地下水污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)，委托資質(zhì)單位對(duì)土壤和泥漿廢水進(jìn)行處理和定點(diǎn)存放，如設(shè)置臨時(shí)沉淀池，并明確污染物種類(lèi)、程度和合理處置方案；（3）實(shí)施環(huán)境監(jiān)理以追蹤和指導(dǎo)施工期間環(huán)境保護(hù)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、解決和預(yù)防環(huán)境問(wèn)題，確保施工人員安全和環(huán)保措施到位，減少對(duì)外部環(huán)境的影響；（4）鑒于污染物缺乏連續(xù)性，應(yīng)密切監(jiān)測(cè)場(chǎng)地土壤和地下水情況，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)報(bào)告，同時(shí)在后續(xù)開(kāi)發(fā)中加強(qiáng)地下水環(huán)境保護(hù)，不采用地下水作為飲用水源，避免處理后的地下水排放對(duì)周邊地表水產(chǎn)生污染。

3 結(jié)束語(yǔ)

由于工業(yè)發(fā)展和人類(lèi)活動(dòng)等因素影響，土地資源面臨潛在污染風(fēng)險(xiǎn)，了解和探究土壤潛在污染的主要影響因子對(duì)于制定有效的土地管理與土壤保護(hù)策略至關(guān)重要。文章基于特征選擇算法與地下水流場(chǎng)模擬并分析了富陽(yáng)區(qū)域內(nèi)土壤潛在污染的主要影響因子，得出地下水pH值、土壤含水率與土壤黏粒含量為該區(qū)域土壤潛在污染主要影響因子。在進(jìn)行土壤環(huán)境改善與土地再利用時(shí)應(yīng)充分考慮該三類(lèi)因素影響，通過(guò)強(qiáng)化土地污染防治措施、合理利用土地資源以持續(xù)改善土壤環(huán)境質(zhì)量。希望文章對(duì)土地潛在污染研究發(fā)揮借鑒意義。