地下水污染治理過程不確定性影響因素的分析

林慧英

（惠州市生態(tài)環(huán)境局惠東分局，廣東 惠州 516300）

在人類日常生產(chǎn)生活活動中，污染物質(zhì)的不合理排放會導(dǎo)致污染物質(zhì)進(jìn)入到地下水環(huán)境中，從而引起嚴(yán)重的污染現(xiàn)象。近年來，許多國內(nèi)外的研究者對地下水污染的控制以及水質(zhì)的恢復(fù)，做出了相關(guān)研究。我國地下水資源污染控制以及水質(zhì)恢復(fù)方面的研究取得的成效不理想，雖然這其中有一定的政治以及經(jīng)濟(jì)因素，但是最主要的原因還是由于地下水治理過程本身具有一定的復(fù)雜性。目前，我國地下水治理采用的主要措施就是PAT方案（有機(jī)污染物抽出-處理技術(shù)）。但是在治理過程中，還是會出現(xiàn)一些不確定因素。本文主要對地下水污染治理過程中的不確定因素進(jìn)行了深入的分析，希望能夠為地下水污染的控制提供相應(yīng)的設(shè)計方案，從而不斷提高我國地下水污染控制以及水質(zhì)恢復(fù)的工作水平。

1 客觀不確定因素

1.1 污染含水層介質(zhì)不均勻

如果污染含水層的介質(zhì)為裂縫、較大的巖層時，那么污染含水層就具有一定的不均勻性，并且這種不均勻，還會隨著裂縫的方向以及延伸程度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致地下水源的傳導(dǎo)方向及傳導(dǎo)空間發(fā)生變化。而地下水資源傳導(dǎo)的空間變化，就會導(dǎo)致不均勻的含水層中在地下水資源治理以及水質(zhì)恢復(fù)的過程中，比均勻的含水層中水污染的治理以及水質(zhì)的恢復(fù)花費(fèi)更多的時間。這主要是因為在地下水的含水層中，水性較強(qiáng)的部位祛除污染物質(zhì)的速度更快，反之，水性較弱的污染部位去除水中污染物的速度較慢[1]。這就導(dǎo)致了在PAT條件下，整個含水層中的污染物濃度會隨著時間的變化而不斷變化，而變化圖像呈現(xiàn)出曲線狀態(tài)。從這一角度出發(fā)，可以得出在自然界中許多含水層的地下結(jié)構(gòu)都是層狀分布的，因此，在不同方向上，水利傳導(dǎo)性也有所差異。那么在PAT條件下，對于層狀分布的含水層在不同方向上去除水中污染物的速度也有所不同。如果把水利傳導(dǎo)性的空間變化與各項異性在PAT條件下對去污效率的影響進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，地下水層中的各項異性對去污的效力產(chǎn)生的影響相對較小。這主要是因為當(dāng)抽水井已經(jīng)形成完整的井時，含水層中水流的垂直流量較小。

與裂隙含水層相比，孔污染物的含水層去污過程中均勻程度要更好。但是在多孔介質(zhì)中，沿石的性質(zhì)以及巖石形狀的變化也會影響到PAT去污的速度。對于一些均勻分布的砂石含水層，運(yùn)用PAT的整體去污速度還是比較理想的。但是通過對比，我們可以發(fā)現(xiàn)在層狀分布的砂石含水層中去污的速度比均勻分布的砂石含水層要差。由此可見，含水層的性狀會直接影響到PAT的去污速度。

1.2 污染物的不平衡解吸作用

在PAT去污條件下，被污染的地下水資源的濃度會隨著溶質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速度降低而呈現(xiàn)出曲線變化的狀態(tài)，并且曲線的波浪逐漸更加明顯。即便是去污速度最快的均勻含水層污染物質(zhì)的濃度變化，也會隨著溶質(zhì)化學(xué)反應(yīng)的減小而呈現(xiàn)出同樣的分布狀態(tài)。通過研究，我們發(fā)現(xiàn)造成這種現(xiàn)象的原因，主要是由于污染物質(zhì)的反應(yīng)速度常數(shù)在相對較小時，本來被吸附在固定的介質(zhì)表面的污染物濃度降低而發(fā)生解吸效應(yīng)。并且這種解吸現(xiàn)象還存在一定的滯后反應(yīng)，主要的反應(yīng)狀況就是含水層中污染水質(zhì)被抽出的，最開始時段內(nèi)基本上沒有污染物質(zhì)會通過解吸作用而進(jìn)入水溶液中。

而影響污染物質(zhì)非平衡解吸的因素，主要有兩個方面。第一就是含水層介質(zhì)的均勻程度。如果含水層的介質(zhì)具有明顯的不均勻特性，那么解吸作用就會對水層中的去污速度具有較大的影響。反之，如果含水層的介質(zhì)相對較為均勻，那么解吸作用對于水層中的去污速度，就不會有太大的影響。另一方面，主要是由于污染物質(zhì)本身的原因，污染物質(zhì)的化學(xué)性能也會影響到去污的速度。除此之外，污染物質(zhì)的液固相間分布系數(shù)，也會影響到去污的速度。如果污染物質(zhì)的液固相間分配系數(shù)較大，那么在PAT條件下，污染物質(zhì)的非平衡解吸作用持續(xù)的時間會更長，對于去污速度的影響就會更加明顯[2]。

1.3 污染物吸附分配系數(shù)的不均勻性

在介質(zhì)較為均勻的含水層中，污染物的吸附分配系數(shù)值也存在一定的空間變化，在這種情況下，采用PAT去污方法，在對區(qū)域水資源進(jìn)行去污后，水中污染物濃度的變化曲線也會呈現(xiàn)出彌散性的現(xiàn)象。當(dāng)解吸作用達(dá)到平衡點(diǎn)時，已經(jīng)被溶解的污染物質(zhì)，隨著水蛭被抽出后，等量的污染物質(zhì)就會由吸附狀轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鉅?。而這一現(xiàn)象會一直持續(xù)到水中的污染物質(zhì)被徹底清除才會停止。由此我們可以看出污染物質(zhì)的吸附分配系數(shù)，數(shù)值的空間變化反應(yīng)在吸附分配系數(shù)較大區(qū)域的去污速度較慢，而在吸附分配系數(shù)較小的區(qū)域，污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)移速度則相對較快。如果污染含水介質(zhì)呈不均勻分布的狀態(tài)，那么，污染物吸附分配系數(shù)的空間變化將會更加明顯。但是至今為止還沒有相關(guān)的研究和資料，能夠證明介質(zhì)的滲透系數(shù)與污染物的吸附分配系數(shù)之間的關(guān)系。但是從PAT條件下污染物的濃度變化曲線上，我們可以看出，在介質(zhì)具有較強(qiáng)滲透性的區(qū)域，污染物質(zhì)的運(yùn)動速度顯然較快，但是在介質(zhì)滲透性較弱的區(qū)域，污染物質(zhì)的運(yùn)動速度就比較慢。同理可得如果介質(zhì)的區(qū)域透水性較差，那么介質(zhì)對于污染物質(zhì)的吸附能力就較強(qiáng)。反之，如果介質(zhì)的區(qū)域透水性較強(qiáng)，那么介質(zhì)對于污染物質(zhì)的吸附能力就較差。

2 主觀不確定因素

在調(diào)查地下水資源的過程中，很多科學(xué)家進(jìn)行了相關(guān)的模擬實(shí)驗。在模擬去除地下水污染的PAT過程以及評價PAT的去污效果時，也存在著主觀判斷上的不確定因素。很多科學(xué)家在對地下水資源的評價過程中，具有一定的主觀性，這些主觀性主要反映在模型的構(gòu)建方面，比如對模型的不正確構(gòu)建，以及人為計算誤差等。目前在構(gòu)建PAT條件下污染物質(zhì)轉(zhuǎn)移狀態(tài)的相關(guān)數(shù)學(xué)模型中，大多數(shù)模型都處于假定狀態(tài)。在這一條件下，科學(xué)家模擬溶質(zhì)的轉(zhuǎn)移呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的狀態(tài)，但是水流的速度卻呈現(xiàn)出穩(wěn)定的狀態(tài)。除此之外，在模擬模型時，很多科學(xué)家還假定了在PAT條件下，含水層中溶質(zhì)的運(yùn)行速度對于整個流場的性態(tài)并不會產(chǎn)生影響。但在實(shí)際的水流運(yùn)行過程中，由于外界客觀因素或其他人為因素的影響，含水層中溶質(zhì)的運(yùn)行速度會對整個流場的性態(tài)產(chǎn)生影響。在這種條件下很難讓PAT方案按照預(yù)想而實(shí)行。從科學(xué)的角度來看，即使PAT在實(shí)施的過程中保持抽水及其他實(shí)驗數(shù)據(jù)的不變性，含水層中的水流也很難達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。除此之外，只有在濃度較稀的溶液中，溶質(zhì)的運(yùn)動才不會對流場的性質(zhì)和狀態(tài)產(chǎn)生較大的影響。并且在使用PAT的過程中，相關(guān)的參數(shù)測量也存在一定的誤差。除此之外，在使用PAT條件下，關(guān)于水流或介質(zhì)等其他方面也存在明顯的不確定因素。例如，水流參數(shù)或者溶質(zhì)的轉(zhuǎn)移速度等其他問題。很顯然，如果不考慮含水層中介質(zhì)的具體特性，就盲目的參考?xì)v史資料，就會導(dǎo)致整個模擬結(jié)果與實(shí)際值產(chǎn)生較大的誤差。就算是對參數(shù)進(jìn)行了一定的修正，也存在其他的不確定性因素。比如當(dāng)?shù)叵滤械挠袡C(jī)物質(zhì)受到污染時，有機(jī)物質(zhì)的污染濃度會隨著工程治理的力度產(chǎn)生相關(guān)的變化，并且這與有機(jī)物質(zhì)本身的生物降解作用具有一定的關(guān)系。已經(jīng)有相關(guān)的研究表明，很多有機(jī)物質(zhì)在特定的地理環(huán)境中確實(shí)存在生物降解的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會改變區(qū)域內(nèi)部地下水的化學(xué)特性。而生物降解作用的變化是相當(dāng)復(fù)雜的，生物降解作用，對區(qū)域水質(zhì)中的化學(xué)性質(zhì)所產(chǎn)生的影響，不會呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。因此，在研究過程中，很多主觀不確定性因素會影響地下水污染的治理[3]。

3 不確定因素的研究方法

在通常情況下，對于具有一些不確定性因素的研究方法，種類較多，在研究這一類問題時，我們可以把位置參數(shù)作為研究過程中的隨機(jī)變量來進(jìn)行處理。

3.1 問題定義

首先在研究水污染治理中不確定因素所帶來的影響這一問題的過程中，要對水流中的溶質(zhì)轉(zhuǎn)移速度以及其他基本數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，建立起相關(guān)的資料檔案。在研究區(qū)域地質(zhì)和水文條件時，還應(yīng)該創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的概念模型。然后通過借助計算機(jī)進(jìn)行地下水流中污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)移等其他方面的數(shù)值模擬，然后對問題進(jìn)行定義，并且用目標(biāo)函數(shù)表達(dá)問題。

3.2 不確定因素分析

在進(jìn)行不確定因素分析的過程中，可以將各類不確定因素量化，并且分析已經(jīng)存在的資料模型，通過聽取專家的建議，對不確定因素進(jìn)行概率表示，然后將不確定因素通過數(shù)學(xué)模型呈現(xiàn)在目標(biāo)函數(shù)中，通過應(yīng)用反分析法等同類型的方法來減小目標(biāo)函數(shù)中的不確定性。

3.3 風(fēng)險分析

風(fēng)險分析是研究的最后一步，在實(shí)驗中進(jìn)行風(fēng)險分析，主要是對地下水污染的治理工程與水污染治理效果之間的關(guān)系進(jìn)行研究。因此我們可以把這種風(fēng)險定義為水污染治理與治理效果之間的關(guān)系。

4 討論

綜上所述，目前我國的地下水污染治理過程往往得不到理想的效果，這主要是由于在治理過程中存在著外部以及人為的不確定性因素。針對這一現(xiàn)象，只有對這些不確定性因素進(jìn)行深入的分析，并且將不確定因素在治理方案中進(jìn)行定量的反應(yīng)，從而減小水污染治理過程中的不確定性，才能夠有效地提高地下水污染治理的質(zhì)量和效率。