反距离加权平均插值法.pdf
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1、反距离加权插值法在污染场地评价中的应用3 阳文锐王如 松 33黄锦楼陈展李锋中国科学院生态环境研究 中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085 摘要 确定污染场地的土壤修复范围在实际操作中存在很大的难 度.本文以北方某废弃农药厂为例结合专家判定采样法与网 格采样法采用地统计学方法中的反距离加权 空间 插值法 分 两种情形将大于土壤环境基准值的区域划定为治理范围.结 果表明由于国家土壤环境二级标准主要适用于农业生产的 土地依据 反距离加权 空间插值后以此标准确定的治理范围 较大而基于健康风险水平阈值所确定的修复范围和修复成 本较小较合理且经济可行.采用风险评价的反距离加权插值 法确定污染场
2、地的污染范围为今后的场地评价和土壤修复 提供了思路 .关键词场地评价尼梅罗污染指数风险评 价反距离加权 插值土壤修复文章编号 1001-9332200709-2013-06中图分类号X171.5X826文 献标识码 AApplicationofinversedistanceweightedinterpolationmethodinco ntaminatedsiteassess2ment.YANGWen2ruiWANGRu2songHU ANGJin2louCHENZhanLIFengStateKeyLa2boratoryofUrbanan dRegionalEcologyResearchCen
3、terforEco2EnvironmentalScienc esChineseAcademyofSciencesBeijing100085China.2Chin.J.App l.Ecol.2007189:2013-2018.Abstract:Therearemanydifficultiesin ascertainingtheareathatneedstoberemediedincontami2natedsite.T hispaperintegratedtheexpertsjudgmentswithgridsasthesamplings trategyinana2bandonedpesticid
4、eplantinnorthernChinaandapplied ageostatisticalmethodinversedistanceweightedinterpolationIDWt osimulatethepollutants2andriskspatialdistribution.Basedonsoilen vironmentalbenchmarktwoscenariosweredesignedforascertainin gthepollutedarea.Theresultsshowedthattheareaneededtoberemedi edanddeterminedbyIDWwa
5、ssomewhatlargeraccordingtothenatio nalenvironmental2ndstandardforagriculturalsoilsbuttheareaandc ostneededforremedyweresmallerandmoreeconomicandreasonabl ebasedonthehealthriskthresh2oldlevelandIDWmethod.Acombina tionofIDWandhealthriskassessmentinascertainingpollu2tedarea wouldbeanewwayforsiteassessm
6、entandsoilremediationinthefutur e.Keywords:siteassessmentNemerowpollutionindexNPIriskasses smentinversedistanceweightedinterpolationsoilremediation.3国 家自然科学基金重点资助项目70433001.33 通讯作 者.E2mail:2006211230 收稿 2007206216 接 受.1引言当前中国面临高速的城市化发展城市有限的 土地空间成为城市发展的主要限制因子之一.为创建和谐与 健康的城市环境安全合理的土地利用方式成为保障城市居 民健康的关键
7、性要素.过去的 50 年由于历史条件的限制众多 污染型化工企业在城市内部发展占用了大量的土地对当地 的自然环境造成了严重的污染其中一些重金属、有毒有害化 学品和持久性有机污染物POPs随着土地的重新利用进入水 体和暴露在大气中严重威胁人群健康2.城市工业区土壤环境 污染的问题已经引起学者的广泛关注11-13.由化工企业造成 的环境问题特别是土地污染问题必须得到有效的治理以保 障城市居民的健康.北方某大城市为解决这些老化工企业遗 留下来的场地污染问题已经责令市内十几家大型化工生产 企业搬出城市外部这些污染型化工企业遗留下来的场地污 染问题已经引起当地环保部门的高度重视.由于污染物在土 壤中的迁移
8、不同于空气和水体介质污染物质迁移缓慢对于 大面积的化工企业土壤污染而言搬迁过程中对于场地土壤 的干扰使得土壤中的这些污染物质运移具有很大的不确定 性给环境评价带来了巨大的难度如何在经济花费最小的条 件下使污染的治理达到土地利用方式的安应用生态学报 2007 年 9 月第 18 卷第 9 期 ChineseJournalofAppliedEcologySep.2007189:2013-2018全水 平确保污染场地经过评价修复后土地再利用的潜在健康风 险达到安全水平是当前场地评价中的一大难题.目前有关场 地评价的研究工作大部分停留在以环境介质的环境质量标 准为参考采用逐步采样的方法评价场地是否存在
9、污染其成 本过高 .本文尝试应用 反距离加权 空间 插值法 进行场地评价 提出了基于风险评价的土地治理措施为污染场地修复提供 了思路 .2研究地区与研究方法211自然概况研究场地为 北方某农药厂厂区面积4 万 m2 经过几十年的发展后遗留下 来的污染物引起周边居民的不安20 世纪 80 年代初该农药厂 厂区用地转化为某油漆厂生产用地2005 年全厂拆迁搬出该 地作为未来房地产开发用途.场地土壤 pH715915 为粘质粉土 有刺激性气味 .212样品采集根据该厂的历史生产沿革经过 与原厂区工作人员以及专家讨论从厂区的平面图上判别出 可能产生污染物的车间设置重点采样范围.以整个厂区的厂 界为分析
10、范围划分12m 12m 单元网格以网格交叉点为采样 点对重点采样区域根据实地情况进行疏密采样.采样工具为 工程勘察院的SH30 型钻机每取1 个样本钻头均作清理以免 土壤样本交叉污染.采样深度分别为20、80、180 和 380cm 为客观真实地反映场地污染情况在污染严重的点位适当进 行深度采样分别增加500 和 600cm 两个土样 .样品放置于内 衬聚乙烯塑料袋的棉布专用样品袋.213测定方法由于研究 地块为农药厂在场地评价时针对该厂的主要农药产品进行 分析本研究主要以六六六HCH 和滴滴涕 DDT 两类物质作为 讨论对象 .样品置于阴凉通风处自然风干剔除样品中植物根 系、有机残渣以及可见
11、侵入体用木质工具碾碎并用玛瑙研钵 研磨分别过10、60 和 100 目尼龙筛 8.依据 GB/T14550 93 采用气相色谱法测定HCH 和 DDT 含量 .数据采用 Excel 处理 后采用 Arc2GIS910 软件进行插值分析.214评价方法 21411 污染评价以国家土壤环境质量二级标准GB156181995 为标准采用国内外普遍采用的内梅罗综合指数法9.PCiSi2 平 均 CiSi2 最大式中 :P 为土壤中污染物i 的环境质量指数P1 为未受污染P1 为已污染 P 值越大污染越严重Ci 为土壤中污 染物 i 的实测浓度的统计平均值mg? 9? 9kg-1Si 为污染物 i 的评
12、价标准mg? 9? 9kg-1HCH 为 0105mg? 9? 9kg-1DDT 为 0105mg? 9? 9kg-1.21412 风险评价以 EPA 健康风险评价导 则为依据在对人体健康进行风险评价时主要考虑的摄入途 径为经口摄入 .污染物日摄入量计算公式 4:ADDC IR ED 10-6/BW AT 式中 :ADD 为污染物日均摄入 量 mg? 9? 9kg-1? 9? 9d-1C 为土体中污染物的浓度 mg? 9? 9kg-1IR 为日土壤摄入量mg? 9? 9d-1ED 为人体暴露 的时间 dBW 为人群平均体质量kg10-6 为转换系数AT 为人 均寿命 d.致癌性污染物按不同年龄
13、段进行计算.致癌性风险 度 3:RADD Q 式中 :R 为致癌性污染物所引起的健康风险 a-1ADD 为致癌性污染物的日平均摄入剂量 mg? 9? 9kg-1? 9? 9d-1 按照寿命周期为70 岁 Q 为污染物的 致癌斜率因子kg? 9? 9d? 9? 9mg-1 参考 EPA 标准经口 HCH 为 118kg? 9? 9d-1? 9? 9mg-1DDT 为 0143kg? 9? 9d-1? 9? 9mg-1 我国国家工业企业土壤环境质 量风险评价基准HJ/T251999 规定的标准 :HCH 为 113kg? 9? 9d? 9? 9mg-1DDT 为 0143kg? 9? 9d? 9?
14、 9mg-1.风 险计算中按照人体在不同年龄段摄入的累积量计算表1.表 1 各人群的土壤日摄入量参数Tab.1 Dailyintakeparameterofsoilfordifferentpeoplegroups年龄段 Age 日摄入量 Dailyintakemg ? 9? 9d-1 年暴露时间 Yearlyexposuretimed ? 9? 9a-1 平均体质量 Averagebodymasskg 一般天气 Ordinaryclimate 儿童 Children1630021020 少年 Teenagers71820012045 职业成年人 Adults196010012060 老人 El
15、ders607020015050 扬尘天气 Dustyclimate 四类人群 Alltypes-100020- 参数参考场地环境 评价指南考虑到北方扬尘天气作了适当的修改 Theco2efficientswererefer redtoGuidestoFieldsEnvironmentalA ssessmentandmodi2fiedforthedustweatherinNorthChina.4102 应 用生态学报 18 卷图 1不同深度土壤尼梅罗污染指数空间分布Fig.1 SpatialdistributionofNPIindifferentsoildepths.A:20cmB:80cmC
16、: 180cmD:380cmE:500cm. 下同 Thesamebelow.关于风险评价的 标准美国环保局根据动物的毒理学试验建议致癌化学物的 健康风险可接受水平值为10-6? 9? 9a-110.美国和欧洲许多 国家对污染场地进行风险评价时亦采用该值对人体健康进 行风险评价 .我国目前在风险评价基准值方面的研究尚显不 足没有相关的标准与参考规范.本研究以 10-6? 9? 9a-1 作为 风险评价标准 .21413 空间分析空间 插值法 被广泛用于资源 管理、灾害管理和生态环境治理中57 应用较多的有临近法、 反距离权重法、克里格法、样条函数法、趋势面法和多元回 归等一系列模型方法空间异质
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