烴類污染物暈染場地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)描述及可視化表征
——以某集油站儲罐區(qū)滲漏污染檢測為例

徐春華，張旭東，汪傳勝，花 杰，舒 茂

江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇 南京 210007

0 引言

污染分析數(shù)據(jù)是陜西省延安市志丹縣順寧鎮(zhèn)東順路窨子砭地區(qū)工區(qū)采樣分析值，該區(qū)位于白于山南麓，志丹縣的北部，距縣城21公里處，北與靖邊縣接壤，西與吳起縣毗鄰，303省道過境26公里，周河使全鎮(zhèn)形成東嶺、西嶺和川道三個自然區(qū)域，地理走向為一川兩嶺。鄉(xiāng)政府駐地在縣城北18公里高家灣。窨子砭屬丁岔村委會下轄。窨子砭污染場地工區(qū)預(yù)治理與修復(fù)的占地面積約10萬平方米。

1 工區(qū)污染場施工條件

污染場地的治理與修復(fù)應(yīng)對場地的土壤、水文地質(zhì)條件、污染源、受體以及污染物歸趨和影響受體的暴露途徑等所進行的綜合描述。場地污染模型包括污染源、污染物的遷移途徑、污染范圍等。本項工作以延安市志丹縣順寧鎮(zhèn)東順路窨子砭工區(qū)地貌概況圖，見圖1、2。從圖中可看出窨子砭地區(qū)區(qū)域地理上為厚層黃土覆蓋的低坡狀山嶺。由于窨子砭地區(qū)地表上為被巨厚層的黃土覆蓋，其下覆內(nèi)部結(jié)構(gòu)土層污染情況需要結(jié)合鉆孔揭示的認(rèn)識。本區(qū)最大地表高程相差超過100 m，但工區(qū)內(nèi)采樣點的落差有十多米。

圖1 窨子砭工區(qū)平面采樣鉆孔分布位置圖Fig. 1 Distribution map of subsurface sampling boreholes in working areas

2 污染場施工采樣狀況

污染場污染物的擴散初期是受到場地地形、水流等搬運載體、吸附物遷移、和空間一定區(qū)域的自我擴散。也許是其中的某種或幾種占主流或都可能同時都會發(fā)揮作用形成一定區(qū)域面源的污染。人為干預(yù)形成的污染和自然狀態(tài)下形成的污染是不同的，往往多數(shù)情況下的污染是兩類污染綜合效應(yīng)的結(jié)果。分析窨子砭工區(qū)石油烴類污染主要是烴類泄露、遺漏等和遺漏烴類長期被雨水等季節(jié)水流沖刷擴散遷移造成的，工區(qū)平面地形起伏也對污染物搬運遷移擴散起著影響作用。

本工區(qū)地表采樣鉆孔最大高程相差16 m左右，小于地形高差。本次工作通過45口鉆孔取樣調(diào)查，每口鉆孔縱向上間隔0.5 m采個樣進行分析，共分析了空間334塊樣品石油烴含量數(shù)據(jù)，代表了該區(qū)對應(yīng)點位相鄰污染程度。建立了污染暈染的三維可視化模型。見圖2窨子砭工區(qū)鉆孔分布圖。平面45口鉆孔布鉆按照北西區(qū)鉆孔密，東北污染輕度區(qū)鉆孔相對稀疏。特別是在地形低洼區(qū)應(yīng)是污染物長期以來的主要匯集區(qū)，布孔相對密集些。

根據(jù)地形條件采用斜坡不均勻網(wǎng)格布點和實際污染情況程度的經(jīng)驗布點相結(jié)合的方式，在場地中布設(shè)了45個鉆孔采樣點位，鉆孔深度在2.9 m～16.7 m之間，記錄了各個點位的三維空間污染數(shù)據(jù)。同時采集不同深度的樣品，分析檢測樣品共計鉆孔334個三維空間采樣點位污染數(shù)據(jù)。對污染場地中石油烴類污染濃度進行了數(shù)據(jù)分布特征分析研究。在本區(qū)石油烴類污染濃度數(shù)據(jù)超過2 000 ppm則認(rèn)為是超標(biāo)的。通過直方圖分析結(jié)果表明：土壤中石油烴類污染濃度數(shù)據(jù)主要分布在5 000 ppm-20 000 ppm之間；見圖2。

圖2 采樣鉆孔石油烴類污染物濃度分布直方圖Fig. 2 Histogram of concentration distribution of hydrocarbon pollutants in the sampling borehole

3 可視化模型的構(gòu)建與分析

以延安市志丹縣窨子砭工區(qū)某搬遷的老集油站廠原址場地為研究對象，對鉆孔石油烴類污染物濃度采樣數(shù)據(jù)做垂向與水平方向上地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的變差函數(shù)分析表明：淺層土壤石油烴（左：垂向變差函數(shù)；右：水平方向變差函數(shù)）濃度采樣垂向上圖含量的水平分布表明具有較為類污染物實驗變差函數(shù)分布（圖3）；

圖3 采樣鉆孔石油烴類污染物濃度垂向(a)與水平方向(b)上實驗變差函數(shù)圖(a) the vertical directions (b) the horizontal directionsFig. 3 Experimental variation function diagram of the concentration of hydrocarbon pollutants in the vertical and horizontal directions of the sampling borehole

垂向上變程約在5.0 m左右，既鉆孔石油烴類污染物濃度采樣，鉆孔縱向（垂向上）石油烴類污染物濃度5 m內(nèi)的相關(guān)性較好，大概5.0 m左右取一個樣即可。實驗變差函數(shù)具有穩(wěn)健的結(jié)構(gòu)性。鉆孔石油烴類污染物濃度水平方向采樣，變差函數(shù)結(jié)構(gòu)性分析表明，在北西西—南東東方向上110 m范圍內(nèi)土壤中石油烴類污染物濃度分布具有較強的空間相關(guān)性。垂直方向變差函數(shù)結(jié)構(gòu)性分析結(jié)果表明：土壤層中的樣品濃度變化可能是原始自然滲透的影響為主，水平面北西西—南東東方向上大范圍內(nèi)土壤中可能受地形、水流等因素影響的主導(dǎo)。 因此，在沿北西西—南東東方向上采樣布孔密度可以適當(dāng)稀疏些，以便減少工程費用。

利用場地地層勘探數(shù)據(jù)和土壤樣品檢測結(jié)果建立場地三維污染預(yù)測模型，對模型參數(shù)進行優(yōu)化選擇，在三維污染模型構(gòu)建過程中采用交叉驗證分析方法選擇最優(yōu)插值方法及參數(shù)，并對場地土壤中石油烴類污染物含量分布進行三維可視化預(yù)測分析。鄰近點插值法最適合描述場地的地形地貌特征；克里格插值法更為適合進行場地污染特征插值分析。為了更好的揭示污染物暈染體的空間形態(tài)，本次研究不同污染濃度5 000 ppm、13 000 ppm、14 000 ppm、15 000 ppm、20 000 ppm建立了可視化剖面，剖面分別為圖4、圖5、圖6、圖7、圖8和圖9。從平面分布可看出，總體中部地區(qū)鉆孔H3-H6、H8-H8-1-H9污染較為嚴(yán)重；這些鉆孔所在區(qū)縱向上污染也較為嚴(yán)重，應(yīng)是治理與修復(fù)的重點深挖區(qū)。

圖4 窨子砭工區(qū)烴類污染物濃度大于5 000 ppm時的暈染分布場模型圖Fig. 4 Fainting distribution model of the scenting zone when the concentration of hydrocarbon pollutants was around 5 000 ppm

圖5 窨子砭工區(qū)烴類污染物濃度大于13 000 ppm時的暈染分布場模型圖Fig. 5 Fainting distribution model of the scenting zone when the concentration of hydrocarbon pollutants was around 13 000 ppm

從圖4的窨子砭工區(qū)烴類污染物濃度5 000 ppm左右時的暈染分布場模型圖可以看出，工區(qū)超過5 000 ppm濃度的污染場基本是遍布的全區(qū)域，只有右邊角地區(qū)污染程度相對低些，這也是該場區(qū)應(yīng)該全場區(qū)進行調(diào)查治理的原因。

從圖5的窨子砭工區(qū)烴類污染物濃度13 000 ppm左右時的暈染分布場模型圖可以看出，沿鉆孔H1、H2、H2-1、H12、H33近似東西向一帶朵體污染物場基本是呈扇狀分布的區(qū)域，可能和季節(jié)性的雨水沖刷形成的污染物的搬運遷移關(guān)系很大，該場區(qū)應(yīng)該重點進行治理，應(yīng)是工程施工土方量較大部位。

圖6為窨子砭工區(qū)烴類污染物濃度為14 000 ppm左右時的暈染分布場模型圖。由圖6可以看出，沿鉆孔H4、H7、H8、H9、H18-1、H19等一帶污染物場濃度較大，該場區(qū)應(yīng)是重點進行修復(fù)治理的部位，應(yīng)是工程施工土方量較大部位。

圖6 窨子砭工區(qū)烴類污染物濃度大于14 000 ppm時的暈染分布場模型圖Fig. 6 Contamination distribution model of the scenting area of ZBian when the concentration of hydrocarbon pollutants was around 14 000 ppm

從窨子砭工區(qū)烴類污染物濃度為15 000 ppm左右時的暈染分布場模型圖（圖7）可以看出，沿鉆孔H3、H18-1應(yīng)是污染物影響較強區(qū)域，該場區(qū)應(yīng)該重點進行治理，應(yīng)是工程施工開挖土方量較大部位。

圖7 窨子砭工區(qū)烴類污染物濃度大于15 000 ppm時的暈染分布場模型圖Fig. 7 Faint distribution model of hydrocarbon pollutants in scenting Zian working area at a concentration of about 15 000 ppm

從圖8的窨子砭工區(qū)烴類污染物濃度20 000 ppm左右時的暈染分布場模型圖可以看出，污染物濃度20 000 ppm左右的暈染區(qū)占地不多，在鉆孔H18、H3、H15區(qū)帶部位是污染最嚴(yán)重場區(qū)，應(yīng)該重點進行治理，應(yīng)是工程施工土方量較大部位，也是污染治理的重點地區(qū)。

圖8 窨子砭工區(qū)烴類污染物濃度大于20 000 ppm時的暈染分布場模型圖Fig. 8 Model of contamination distribution field in scenting Zian working area when the concentration of hydrocarbon pollutants was about 20 000 ppm

4 結(jié)論

（1）通過對平面上不同區(qū)域鉆孔污染物采樣數(shù)據(jù)分析以及可視化三維模型形態(tài)分析，可以判斷污染物趨勢上的遷移路徑，判斷污染物的場源。

（2）通過可視化三維模型形態(tài)的一系列分析，有助于更立體地確定污染源體的空間展布形態(tài)，確定污染源體的形態(tài)和空間位置，找準(zhǔn)環(huán)境治理目標(biāo)，進一步為工程施工上找準(zhǔn)治理點位，合理計算確定工程施工上的土方量。

（3）起源于地質(zhì)礦業(yè)學(xué)科的三維可視化、三維礦體建模技術(shù)（Voxler）平臺，在環(huán)境治理修復(fù)上同樣可以發(fā)揮較為重要的作用，具有較好的應(yīng)用前景。