污染場地風險評估系統設計與實現

孫 陽,曹 汐，李 敏，遲寶榮，周廣柱

(山東科技大學 化學與環境工程學院，山東 青島 266590)

在我國社會經濟的快速發展過程中，生產、生活或運輸等環節存在不合理排污現象，導致污染場地的產生。當前，污染場地中的主要污染物有重金屬、石油烴、持久性有機污染物、揮發性或溶劑類有機物及有機-金屬類污染物等，有的場地還存在酸或堿污染，大部分場地處于復、混合污染狀態，對人們的生產、生活和生態環境質量構成威脅[1-4]。我國的場地污染的調查、評估、修復等已實施風險管理模式，為了規范污染場地的風險評估和修復工作，環保部于2014年發布了《污染場地風險評估技術導則》(HJ25.3-2014)[5]，國務院于2016年5月印發了《土壤污染防治行動計劃》(簡稱“土十條”)，土壤污染風險評估與修復治理工作引起了公眾的廣泛關注[6-7]。

根據風險評估導則要求，污染風險評估工作過程需要龐大的計算，需要計算機輔助完成計算。目前國際通用的ASTM-RBCA toolkit以及國內的HERA等軟件已經具備了這個功能。國際通用的ASTM-RBCA toolkit雖其系統性較為全面，但操作較為復雜，眾多參數并非根據我國特定的環境與地質場景所設，全英文的操作界面更是給從業人員帶來了極大不便；HERA軟件針對國內環境特點，基于美國《基于風險的矯正行動標準指南》[9]、英國《CLEA 模型技術背景更新文件》[10-11]以及我國《污染場地風險評估技術導則》(HJ25.3-2014)[5]編制而成的集成創新成果，內含20余種多介質遷移模型，收錄多種污染物理化與毒性參數，考慮原場與離場的健康及水環境受體，可快速構建污染場地概念模型[12-13]。可見，目前國內外的風險評估軟件在計算分析能力上已經達到較高水平，可為國內從業人員提供更為便捷、優質的評估工作體驗，但是對于風險評估從業人員，需要實地調查得到數據后才能在計算機上處理數據和得到分析結果，造成了數據采集和數據上傳在時間上的脫節；得到分析計算的數據后還需要針對場地污染的空間分布進行研究，以及把得到的評估數據編制成風險評估報告。目前只有極少數軟件能夠生成評估人員需要的數據圖表，還沒有軟件真正意義上能夠輔助風險評估從業人員完成風險評估報告[14]；同時，已有的軟件均為數據分析處理軟件，缺少缺少一款貫穿整個污染風險評估工作流程的軟件。因此，我們針對軟件功能上的這些空白，要開發一款基于Windows和Android平臺，能實現污染場地數據采集、分析計算，輔助編制評估報告和完成污染分布狀況分析的污染場地風險評估系統，以期減少風險評估從業人員工作量和提高工作效率。

1 系統開發平臺和特點

污染場地風險評估系統基于C/S架構，分為PC端、手機端以及用于數據交換的服務器。

PC端軟件基于Windows平臺開發，采用Microsoft Access 2010作為后臺數據庫支持管理平臺，使用Visual Studio 2010和vb.net語言進行開發，運行穩定，界面簡潔，操作便利。軟件基于我國《污染場地風險評估技術導則》(HJ25.3-2014)污染分析模型，完成場地分析計算和構建污染場地概念模型[15]，在此基礎上結合VBA(Visual Basic for Application),實現與Office軟件的連接，可多形式輸出評估結果；通過ArcGis engine提供的工具和對象，對ArcGIS進行二次開發，以實現污染分布圖的自動繪制。

手機端軟件基于Android系統開發，采用SQLite數據庫作為后臺數據庫支持管理平臺，在Android studio 2.3上完成軟件開發，軟件小巧，操作便利。軟件主要完成采樣數據的實時上傳和用戶定位，同時，手機端也可完成采樣數據的初步處理和分析。

系統的服務器采用數據庫服務器完成PC、手機和服務器三方的數據交換，使用賬號登陸決定用戶的訪問權限。

2 系統設計與功能

2.1 系統結構

系統結構見圖1。

圖1 系統結構

污染場地風險評估系統包括PC端和手機端，通過網絡與數據庫交換數據；同時服務器通過身份驗證給以不同的訪問權限。PC端主要包括數據載入、數據分析和結果輸出等模塊，主要用于處理與分析服務器上和用戶導入的數據；手機端包括數據輸入、數據上傳和實時定位等模塊，用于場地調查工作者輸入與統計實地參數、定位與向服務器上傳場地調查數據；數據庫服務器用于存儲和交換場地數據、處理數據以及用戶身份信息，同時在用戶登陸時給以相應權限。

2.2 數據庫設計

評估系統數據儲存、內置參數數據庫分別使用不同的數據庫文件，文件類型均為Access 2003。為保證評估軟件穩定運行，使用時應確認計算機系統安裝了Access2003 及以上版本或Access引擎。PC端內置參數數據庫包括評估模型使用的理化毒性參數和一些參數的推薦值；服務器數據庫包括用于更新的理化毒性參數和參數推薦值數據庫、場地調查數據庫和用戶身份信息等數據；手機端內置數據庫主要包括歷史調查數據庫。各個數據庫的名稱和作用如表1所示。各個數據庫所包含的表以及表中的字段，由于篇幅限制不一一列出。

表1 各內置數據庫功能說明

2.3 主要功能

2.3.1 污染場地風險評估系統PC端功能

PC端污染場地風險評估軟件功能具體包括:

采樣數據的收集與導入：除了用戶手動輸入數據之外，本軟件還支持多種形式的數據錄入，包括Excel表格(.xls)，Access數據庫(.mdb)等形式的導入，同時支持從網絡服務器上下載數據文件(需要登陸并獲得相應權限)。導入后的數據被保存在安裝目錄下的Access數據庫中，用戶可對其進行添加、刪除及輸出等操作。

風險參數的處理和計算：對用戶輸入或從文件中導入的數據，通過內置的風險評估模塊，基于《污染場地風險評估技術導則》中提出的污染場地風險評估模型與方法，分析計算暴露評估模塊，毒性評估模塊，風險表征模塊，控制值計算模塊。

評估結果的多種形式導出：除了在軟件中直接以表格形式呈現評估結果之外，本軟件可通過與office軟件的接口，導出為Excel表格。同時，通過在程序目錄下的模板文件夾中的評估報告模板，系統可以將生成的場地評估數據按模板生成一份評估報告，方便評估工作者的工作；用戶也可以自己加入不同形式的模板以生成用戶所需的報告格式。

污染分布圖的自動繪制：本軟件引入了地理信息系統(GIS)，通過對ArcGis Engine的二次開發，在系統界面中加入了GIS控件。用戶可輸入當地的地圖(帶坐標)，同時輸入采樣點的坐標，系統就可以自動生成污染物的空間分布圖在GIS控件中顯示，用戶可以在控件中查看、修改分布圖，該功能能夠直觀的展現各采樣點的污染物濃度和計算結果。

圖2 PC端系統結構

2.3.2 污染場地風險評估系統手機端功能

用戶登錄：用戶登錄是用戶在手機客戶端通過輸入正確身份信息，連接遠程服務器對操作用戶的賬號信息進行驗證并獲得數據庫訪問權限。

GPS定位：本功能要求用戶在手機的“設置”中的“位置服務”中選擇“GPS衛星”。用戶在進入數據采集界面后，選擇“開始定位”功能時調用手機此時刻的定位信息并在此界面中顯示此位置信息 ，保存到本地數據庫。利用GPS定位功能對正在進行現場勘測的采樣點準確定位，根據定位信息填寫現場測得的數據。

數據采集：數據采集模塊主要實現的功能有獲取采樣點的位置信息，數據的輸入、分類整理以及儲存和上傳到服務器等功能，為野外現場調查的評估工作者提供一個存儲、整理資料的平臺。

數據分析與上傳：完成對采樣點的定位功能后，輸入到軟件中的土壤調查信息可直接存儲到本地數據庫文件中。用戶可對現場調查結果進行數據修改、數據處理等操作；確認無誤后，可直接通過網絡上傳到服務器。

2.3 數據模擬

根據《污染場地風險評估技術導則》，污染場地風險評估系統內置了9種主要暴露途徑和暴露評估模型，包括經口攝入土壤、皮膚接觸土壤、吸入土壤顆粒物、吸入室外空氣中來自表層土壤的氣態污染物、吸入室外空氣中來自下層土壤的氣態污染物、吸入室內空氣中來自下層土壤的氣態污染物共6 種土壤污染物暴露途徑和吸入室外空氣中來自地下水的氣態污染物、吸入室內空氣中來自地下水的氣態污染物、飲用地下水共3 種地下水污染物暴露途徑。下文以某工業區經皮膚接觸途徑為例介紹軟件的主要功能。

2.3.1 數據計算與分析

取某一采樣點，測試數據如表2所示。

表2 采樣點數據

注：ND表示未檢出

數據輸入后如下圖所示，即可由左側導航欄選擇計算結果查看或由菜單欄“數據”一欄導出結果，如圖3、圖4所示。

圖3 計算結果

圖4 計算結果分析

2.3.2 污染分布

重復以上數據輸入操作或直接由服務器下載數據即可得到多點的污染風險評估結果，利用系統對arcgis的接口與用戶所給的地理及坐標信息，即可通過致癌風險是否可接受對采樣點分類，繪制污染分布圖，如圖5所示。

3 結論與展望

該系統能較好地完成輔助評估工作者完成風險評價的功能，在分析計算場地數據的基礎上能做到分析結果的多格式輸出，可輔助風險評估的從業人員輔助編制報告，特別針對多點源污染能夠完成污染分布狀況分析，填補了諸多軟件的這一空白。相比其他如HERA軟件，尚存在如理化毒性參數包含的污染物種類較少的問題。

污染場地風險評估系統的Android端將調查結果和現場數據上傳到PC服務器端；PC端通過互聯網獲得安卓端提供的數據，并建立數據庫進行保存，利用計算模塊分析計算，并將計算結果多形式地反饋給用戶，Android端和PC端的結合可更大程度的利用現代技術的優勢，減少工作人員工作量，提高工作效率。

該系統還預留了土壤修復管理等功能的程序接口，后續版本中將實現依據本軟件分析計算結果，確認場地污染狀況，基于《污染場地土壤修復技術導則》(HJ 25.4-2014)[16]提出修復目標，確認修復要求，進而篩選修復技術和制定修復方案[17]。