场地土壤重金属含量预测及污染风险评价研究

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随着我国城镇化步伐的推进,城市生态文明建设成为评价中国城市化进展程度的关键指标,城市中大批工业企业因环境污染问题被关停或迁出,从而产生了较多的污染场地,同时这些污染场地土壤中还存在众多重金属元素,导致土壤存在一定范围的重金属污染。土壤是一切生命活动的载体,一旦土壤被污染,将会对人类和生态环境带来巨大的危害,因此,急需对遗留场地的污染情况进行分析和评估,并以此为依据对场地进行修复和治理。论文以华南某橡胶厂为研究对象,首先分析了污染场地重金属含量特征;其次采用构建的顾及空间相关性重金属含量预测模型GRNN-OK对场地重金属含量进行预测,分析了污染物的空间分布特征;同时,为了避免单一评价方法的片面性,采用四种不同评价模型对污染场地风险进行了评价分析;最后,设计并开发了基于B/S架构的场地污染风险评估可视化系统,为环保部门或相关修复单位对场地的治理修复提供了信息支持和参考。本文的主要研究内容如下:(1)开展场地重金属含量特征分析。通过对场地4种重金属的描述性特征统计可知,场地土壤中4种重金属含量均已超过当地区域土壤背景值,且污染严重的点位主要分布在场地的几个生产车间附近,污染物浓度随采样深度的增加逐层递减,表层污染最严重。通过统计4种重金属的变异系数可知,4种重金属都处于高度变异状态,其空间分布不均匀,说明人类活动对场地污染影响较大。通过分析4种重金属间的相关性可知,场地土壤中重金属铜、镍、铅和锌元素具有极显著相关性,说明重金属污染具有同源性,与人类生产活动密切相关。(2)构建顾及空间相关性的重金属含量GRNN-OK预测模型研究。为了更准确地分析场地中重金属的空间分布,基于预处理的实验数据,本文构建了顾及空间相关性的GRNN-OK模型,通过与克里金插值法和GRNN神经网络的对比分析,结果表明GRNN-OK模型的预测精度最高,误差较小。在此基础上,绘制了场地4种重金属的空间分布图,通过分析其污染的空间分布特征可知,铅、锌和铜具有相似的空间分布模式,浓度由西南方向至东北方向递减,重金属镍在西北方向的炼胶车间、机修车间区域以及场地西南方向污染较为严重。综上,重金属的污染在整个厂区存在不同程度的分布,但极高值主要分布在几个生产车间附近,因此,相关部门需要有针对性的进行修复,因地制宜。(3)基于四种不同的风险评价方法开展污染场地风险评估。通过单因子指数法、内梅罗综合污染指数法、潜在生态风险指数法和地累积指数法对污染场地风险进行了评估,结果表明,从单因子指标分析来看,铜、镍、铅和锌均达到重度污染等级;从内梅罗综合污染指标来看,除第四层处于中度污染外,其他三层均达到重度污染等级,且污染等级逐层递减,表层污染最严重;从潜在生态风险指数来看,第一层达到极强风险等级,第二层处于较强风险等级、第三层和第四层处于中度风险等级;从地累积指标分析来看,表层重金属污染风险最高,其中,锌属于中度至重度风险,铜属于中度风险,镍和铅均属于轻度至中度污染,且污染等级随采样土层递减,在此基础上,绘制了场地风险等级图。综合四种评价结果来看,四种不同评价模型的结果基本一致,场地存在污染的风险较高,需要有关部门重点修复。(4)设计并开发场地污染风险评估可视化系统。该系统主要包括首页、特征分析、风险评价和数据管理等四个功能模块。系统能够辅助相关部门对复杂的场地污染相关数据进行管理,并可为场地治理和修复等工作提供信息支持和参考。
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