普通克里金插值法在建設(shè)用地土壤污染范圍預(yù)測中的應(yīng)用
——以某金屬加工廠為例

葉發(fā)茂

(福建省環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)院有限公司，福建 福州 350012)

隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整及城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城鎮(zhèn)規(guī)劃用地內(nèi)的工業(yè)企業(yè)不斷退出并遷往城鎮(zhèn)周邊的工業(yè)區(qū)，退出的工礦企業(yè)用地轉(zhuǎn)變?yōu)槌擎?zhèn)發(fā)展用地被再次開發(fā)利用，其遺留的土壤環(huán)境污染問題嚴(yán)峻，特別是部分地塊由于歷史原因缺乏有效的環(huán)保措施，可能出現(xiàn)土壤污染情況，對土地未來使用人群的健康可能產(chǎn)生不利影響[1]。近年來，國家出臺了一系列的法律法規(guī)，要求對可能存在土壤污染的建設(shè)用地進(jìn)行土壤污染狀況調(diào)查，并根據(jù)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行土壤污染風(fēng)險(xiǎn)評估，判斷土壤污染范圍，為后續(xù)的土壤修復(fù)提供依據(jù)。目前建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)評估相關(guān)的一系列技術(shù)導(dǎo)則中，未對土壤污染范圍預(yù)測方法進(jìn)行明確規(guī)定，單純以采樣監(jiān)測手段確定污染范圍，這會(huì)增加調(diào)查的人力和物力成本。本文以某金屬加工廠為例，對其進(jìn)行土壤污染狀況調(diào)查評估，并采用普通克里金插值法進(jìn)行污染范圍預(yù)測，為后續(xù)的土壤修復(fù)提供參考依據(jù)。

1 調(diào)查過程與方法

1.1 某金屬加工廠建設(shè)用地概況

本文選取的某金屬加工廠總面積約5.4 hm2，地塊整體上呈北高南低的態(tài)勢，于上世紀(jì)70年代開始生產(chǎn)，主要產(chǎn)品為金屬加工件。該廠主要設(shè)置有沖制車間、熱處理車間、機(jī)械車間、酸洗車間、裝配車間、危化品倉庫及宿舍樓等，主要原輔材料為鋼材、氰化鈉、亞硝酸鈉、硝酸鉀、鹽酸、硫酸等，受當(dāng)時(shí)生產(chǎn)工藝技術(shù)條件和環(huán)境污染治理水平限制，以及管理人員環(huán)保意識薄弱，該廠在生產(chǎn)過程中向環(huán)境排放了部分有毒有害物質(zhì)，對廠區(qū)地塊內(nèi)土壤造成了一定污染。該廠于2000年左右停產(chǎn)，后一直荒廢至今，根據(jù)當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)土地利用規(guī)劃，該廠所在區(qū)域擬規(guī)劃為居住用地。

1.2 采樣點(diǎn)布設(shè)及數(shù)據(jù)采集

土壤污染狀況調(diào)查采用分階段采樣調(diào)查，根據(jù)加工廠的生產(chǎn)歷史、工藝布局、廢水排水管線布設(shè)和主要污染源位置情況，第一階段調(diào)查主要采用分區(qū)布點(diǎn)法與系統(tǒng)隨機(jī)布點(diǎn)法相結(jié)合的調(diào)查方式，主要目的是判定地塊內(nèi)污染類型、污染區(qū)域及污染深度，該階段地塊內(nèi)共布設(shè)11個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位，主要布設(shè)在熱處理車間、危化品倉庫、廢水排水管線鋪設(shè)區(qū)域；第二階段調(diào)查主要針對第一階段的調(diào)查結(jié)果，對污染區(qū)域進(jìn)行加密布點(diǎn)，并加深采樣深度，主要目的是進(jìn)一步判定地塊內(nèi)污染區(qū)域及深度，該階段共布設(shè)18個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位，主要布設(shè)在第一階段采樣點(diǎn)周圍區(qū)域；第三階段調(diào)查主要為了后續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)評估進(jìn)行補(bǔ)充采樣調(diào)查，獲得滿足風(fēng)險(xiǎn)評估及土壤修復(fù)所需參數(shù)，該階段共布設(shè)16個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位，主要布設(shè)在熱處理車間、危化品倉庫，及地塊內(nèi)未布點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行隨機(jī)布點(diǎn)。采樣深度為0.5m、1m、1.5m、2m、2.5m、3m、4m、5m、6m、8m、10m、15m、20m、25m、30m。

1.3 空間插值方法簡介

空間插值方法是土壤污染空間分布制圖最常用的手段，克里金插值法是比較常用的空間插值模型[2]，克里金法最初是在20世紀(jì)50年代由南非礦山工程師Krege和統(tǒng)計(jì)學(xué)家Sichel根據(jù)樣品空間分布位置和樣品間的相關(guān)程度，賦予每個(gè)樣品權(quán)重，以加權(quán)平均的方式預(yù)估未知樣點(diǎn)上樣品平均值的一種方法[3]，理論上，克里金插值法可以給出有限區(qū)域內(nèi)區(qū)域化變量的最佳線性無偏估計(jì)量，目前克里金插值法在地質(zhì)學(xué)、生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[4-7]，普通克里金插值法是所有克里金插值方法中最基本且應(yīng)用最廣泛的插值方法[8]，能夠全面、直觀地反映污染物污染程度的面狀分布情況[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 地塊內(nèi)土壤污染狀況調(diào)查

調(diào)查選取10個(gè)檢測因子，分別為石油類、鎘、汞、砷、銅、鉛、鎳、銻、鈹、氰化物，其檢測結(jié)果見表1。該建設(shè)用地?cái)M規(guī)劃為居住用地，對照《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)》(GB36600-2018)中第一類用地的篩選值與管制值，除了鎳濃度超過篩選值標(biāo)準(zhǔn)外，其他指標(biāo)濃度均未超過篩選值標(biāo)準(zhǔn)，且部分點(diǎn)位的鎳濃度超過了管制值標(biāo)準(zhǔn)，因此該地塊應(yīng)針對鎳進(jìn)行土壤修復(fù)或風(fēng)險(xiǎn)管控。

表1 場地土壤各指標(biāo)檢測結(jié)果

2.2 建設(shè)用地污染范圍預(yù)測

根據(jù)建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)導(dǎo)則計(jì)算鎳的土壤風(fēng)險(xiǎn)控制值為206mg/kg，以此作為土壤污染的范圍邊界值，采用ArcGIS軟件中空間分析工具模塊的普通克里金插值法分析計(jì)算并作圖，預(yù)測地塊不同深度土壤中鎳的污染范圍，本文分別選取0.5m、2m、4m、6m、10m、20m深度土壤層的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見圖1。

圖1 不同深度土壤層鎳含量空間分布

由圖1可見，土壤中鎳濃度超標(biāo)區(qū)域主要分布在地塊南側(cè)，其中西南側(cè)超標(biāo)區(qū)域隨著深度的增加，超標(biāo)范圍總體上呈現(xiàn)出逐漸縮小的趨勢，東南側(cè)超標(biāo)區(qū)域隨著深度的增加，超標(biāo)范圍呈現(xiàn)出先擴(kuò)大再縮小的趨勢。

根據(jù)預(yù)測的不同深度土壤層鎳含量超標(biāo)范圍，疊圖確定場地土壤鎳含量的超標(biāo)范圍，結(jié)果見圖2。根據(jù)疊圖結(jié)果，鎳含量超標(biāo)區(qū)域面積為2.1918hm2，占地塊總面積的40.59%。

圖2 土壤中鎳濃度超標(biāo)范圍

3 討論

常用的空間插值模型在土壤污染范圍預(yù)測時(shí)存在平滑效應(yīng)，導(dǎo)致高值區(qū)被平滑和低值區(qū)被高估[7]，克里金插值法預(yù)測結(jié)果受平滑效應(yīng)的影響，致使局部極大值或極小值偏離了實(shí)際值，致使污染范圍界定會(huì)出現(xiàn)偏差[9]，因此，在實(shí)際的應(yīng)用中，為了消除克里金插值法預(yù)測結(jié)果的偏差，應(yīng)在預(yù)測的污染邊界線兩側(cè)進(jìn)行補(bǔ)充采樣監(jiān)測，提高地塊污染范圍的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

某金屬加工廠地塊采用普通克里金插值法預(yù)測結(jié)果表明，地塊土壤中鎳濃度超標(biāo)區(qū)域主要分布在地塊南側(cè)，疊加不同深度采樣層的超標(biāo)范圍后，地塊鎳含量超標(biāo)區(qū)域面積為2.1918hm2，占地塊總面積的40.59%。克里金插值法存在平滑效應(yīng)，為消除污染范圍預(yù)測結(jié)果偏差，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在預(yù)測的污染邊界線兩側(cè)進(jìn)行補(bǔ)充采樣監(jiān)測，提高地塊污染范圍的準(zhǔn)確性。