土壤污染狀況調(diào)查工作平臺的設(shè)計與應用

李海燕

（遼寧省大連金普新區(qū)自然資源事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 大連 116620）

0 引言

土壤是生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成基本要素之一，是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，土壤環(huán)境污染問題直接關(guān)系人們身體健康和生態(tài)安全。我國土壤污染狀況調(diào)查最早起步于2004年，并于2006年正式下發(fā)文件在全國范圍內(nèi)開展土壤污染狀況調(diào)查，對布點、采樣、樣品制備、分析測試和數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)做出標準調(diào)查技術(shù)規(guī)定。但是，人工采樣、記錄、分析等手段較為落后，工作效率低，成果展示形式單一等問題較為突出，因此積極落實信息化建設(shè)，設(shè)計和應用土壤污染狀況調(diào)查工作平臺迫在眉睫。本文基于大連市生態(tài)環(huán)境保護現(xiàn)狀，利用全球定位系統(tǒng)（GPS）、GIS等設(shè)計開發(fā)了一款土壤污染狀況調(diào)查工作平臺，服務(wù)于調(diào)查技術(shù)人員，具有很強的工具屬性、技術(shù)屬性和管理作用。

1 現(xiàn)行土壤污染狀況調(diào)查方法

土壤污染狀況調(diào)查是獲取土壤環(huán)境狀況、污染分布的重要途徑，調(diào)查結(jié)果直接關(guān)系污染物風險評估、污染治理決策、污染分類的準確性和合理性。近年來，我國陸續(xù)在各個地區(qū)開展土壤污染調(diào)查、土壤肥力調(diào)查、地質(zhì)元素調(diào)查等，詳細記錄各地區(qū)不同階段土壤環(huán)境質(zhì)量情況，為后續(xù)統(tǒng)籌規(guī)劃全國土壤質(zhì)量情況，建設(shè)和發(fā)布土壤污染風險管控標準提供充足數(shù)據(jù)支持[1]。根據(jù)我國《建設(shè)用地土壤污染狀況調(diào)查技術(shù)導則》（HJ 25.1—2019），建設(shè)用地土壤污染狀況調(diào)查共分為3個階段：①初級調(diào)查階段。主要工作內(nèi)容為資料搜集與分析、現(xiàn)場勘察、人員訪談等，識別和判斷該區(qū)域地塊污染情況，確定地塊環(huán)境污染狀況是否需要開展下一階段的調(diào)查與分析[2]。②詳細調(diào)查階段。以現(xiàn)場采樣、樣品制備、測試及分析等為主，包括初步采樣和詳細采樣兩個步驟，包括制訂采樣工作計劃、現(xiàn)場采樣和數(shù)據(jù)評估，確定地塊污染詳細情況，如污染類型、污染程度、污染來源等。③風險評估階段。對污染物進行評估，評估對人體的危害、致癌風險、危害等級等，確定地塊風險是否處于可接受程度，倘若不可接受，需要確定具體風險控制值，制定相應防控和治理措施，加速地塊土壤修復。

現(xiàn)階段，大連市土壤污染狀況調(diào)查主要手段有樣點布設(shè)和科學取樣。樣點布設(shè)原理主要為傳統(tǒng)統(tǒng)計學和地統(tǒng)計學，布點方式包括分區(qū)布點法、隨機布點法、網(wǎng)格布點法（表1）。其中，網(wǎng)格布點法普適性較高，可用于不同污染情況的地塊，需要根據(jù)調(diào)查精度選擇不同網(wǎng)距網(wǎng)格布點（2.5 km、5 km、40 km、20 km、40 km）。確定樣點布設(shè)方法后，可以根據(jù)地塊不同污染狀況，確定適宜采樣部位、采樣深度、監(jiān)測點位數(shù)量等，由此獲悉調(diào)查土壤實際受污染狀況[3]。

表1 網(wǎng)格布點法土壤采集策略比對

2 系統(tǒng)總體設(shè)計目標

目前，大連市局部土壤受到工礦企業(yè)“三廢”排放、機動車尾氣排放、污水灌溉及化學藥劑使用等污染，部分地塊土壤重金屬污染情況加劇，土壤酸性化程度不斷加深。再加上生活垃圾填埋中含有的廢電池等重金屬廢棄物，逐漸滲透至土壤中，導致土壤性能下降，這些污染不僅會隨著生物鏈進入人體，威脅人體健康，還會引發(fā)土壤、大氣、水源等污染，使得生態(tài)環(huán)境惡化。對此，大連市積極加強土壤污染狀況調(diào)查，成立專班進行全程跟進，并建立專人現(xiàn)場負責工作機制和每日調(diào)度工作機制，對全市不同區(qū)域地塊進行取樣調(diào)查，完成全市408個地塊風險分級和197家土壤中重點監(jiān)管單位的動態(tài)更新，建立土壤污染隱患制度。

在此基礎(chǔ)上，大連市決定設(shè)計建立土壤污染狀況調(diào)查工作平臺，全面、系統(tǒng)、準確掌握土壤環(huán)境質(zhì)量情況，了解區(qū)域土壤污染狀況、污染原因、污染程度等，精準評估土壤污染風險和安全級別，提升區(qū)域土壤環(huán)境信息化管理水平和監(jiān)管水平，推進土壤污染狀況調(diào)查和防治工作。確保達成標準統(tǒng)一、全程管控、終身追責、長效監(jiān)管、信用評價、家底摸清、支撐決策等設(shè)計目標，實現(xiàn)“兩個干凈”（土壤環(huán)境干凈、土壤污染防治干凈），并成長為全國土壤污染防治引領(lǐng)者。

3 平臺總體架構(gòu)

3.1 土壤污染狀況調(diào)查工作流程拆分

根據(jù)上述內(nèi)容，土壤污染狀況調(diào)查共劃分為3個階段，初步調(diào)查階段、詳細調(diào)查階段和風險評估階段。本文主要針對調(diào)查階段系統(tǒng)設(shè)計與應用實踐展開討論，從業(yè)務(wù)層面對調(diào)查階段進行詳細業(yè)務(wù)流程拆解。具體包括：①委托方提供場地基本信息、建設(shè)規(guī)劃等相關(guān)文件，技術(shù)人員熟悉文件內(nèi)容，開展現(xiàn)場勘測、數(shù)據(jù)收集及人員訪談等，通過拍攝照片、視頻，帶有地圖數(shù)據(jù)調(diào)用、訪談記錄等手段，完成初步調(diào)查工作和報告編制。②技術(shù)人員將采樣布點信息發(fā)送至專門樣品采集團隊，完成樣品采集、水文地質(zhì)信息搜集及樣品化學分析等工作。③實驗室將樣品分析結(jié)果反饋至技術(shù)人員，采樣團隊將地質(zhì)信息反饋給技術(shù)人員，技術(shù)人員整合分析資料，完成調(diào)查報告編制，通過評審后傳輸至委托方。為便于調(diào)查業(yè)務(wù)流程具體化，可以借助表格、文字、圖片等數(shù)據(jù)形式進行數(shù)控格式拆分，將其與工作平臺中的地圖處理、數(shù)據(jù)處理等功能相連接，輸入相關(guān)信息后，可自動生成土壤污染狀況調(diào)查報告。

3.2 系統(tǒng)模塊架構(gòu)

對土壤污染狀況調(diào)查項目及適用對象進行需求分析和調(diào)查業(yè)務(wù)流程拆解后，為達成土壤污染狀況調(diào)查報告自動生成功能，需要建立完成系統(tǒng)化的整體業(yè)務(wù)流程結(jié)構(gòu)。具體包括：①設(shè)施層，利用手持智能終端進行戶外采樣信息化管理。②數(shù)據(jù)層，涉及土壤污染狀況數(shù)據(jù)匯總、統(tǒng)計、分析與管理，數(shù)據(jù)信息庫、樣品庫等管理。③服務(wù)層和功能層，通過與GIS系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)成果整理、展現(xiàn)與上報。該系統(tǒng)在設(shè)計時采用B/S架構(gòu)作為工作平臺，通過關(guān)鍵節(jié)點設(shè)置組成不同層面業(yè)務(wù)流程架構(gòu)，使用MySQL進行數(shù)據(jù)庫的存儲，并且利用Spring MVC框架與數(shù)據(jù)交互形成Restful API服務(wù)。

3.3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

根據(jù)前期調(diào)查業(yè)務(wù)流程拆解和技術(shù)人員應用場景，具體可設(shè)計5個功能模塊，助力土壤污染狀況報告自動編制，具體如下。

3.3.1 項目信息模塊

該模塊由地塊基本信息和人員信息組成。其中，地塊基本信息以數(shù)據(jù)錄入模式為準，主要用于項目基本信息梳理，包括項目編號、項目所屬區(qū)域、項目未來規(guī)劃及土地用途、項目其他信息等，及時將重復度高的基礎(chǔ)內(nèi)容整合，以便使用人員能夠迅速調(diào)出項目情況，自動選取對照標準及自然地理信息。人員信息則包含項目主要參與人員，包括技術(shù)人員、行政人員等，便于后續(xù)文檔生成和權(quán)限設(shè)置。

3.3.2 地塊調(diào)查模塊

該模塊主要功能劃分為地塊概況（地塊現(xiàn)狀、相鄰地塊現(xiàn)狀）和污染狀況（可識別污染、重點污染區(qū)、生產(chǎn)工藝、資料收集清單等）兩個方面內(nèi)容，主要通過資料共享調(diào)用、照片拍攝與上傳、人員訪談記錄等輔助完成初步調(diào)查。

3.3.3 地圖繪制模塊

該模塊屬于工作平臺核心功能模塊，以天地圖JavaScript API 4.0為基礎(chǔ)，增加圖片編輯制作工作，以實現(xiàn)地圖導入、文字和地圖添加等功能。在土地污染狀況調(diào)查工作開展中，技術(shù)人員需要借助計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件完成圖片處理。在平臺設(shè)計時，首先，需要根據(jù)軟件功能確定文件可導入類型，如kml、kmz、dxf等格式，利用開源后的Kabeja Java庫解析導入文件，獲取調(diào)查對象邊界點坐標信息。其次，將其與需要疊加的地圖進行坐標轉(zhuǎn)換，自動生成符合要求的地圖邊界點坐標集合，將這一坐標集合轉(zhuǎn)化為Geometry（幾何圖形）數(shù)據(jù)類型。再次，在邊界最小外接矩形范圍的基礎(chǔ)上，基于Canvas（圖布）圖形容器實現(xiàn)地圖的疊加與轉(zhuǎn)換，得到三維可視化圖形。最后，利用圖片制作與編輯功能，完成文字標識、圖片信息等編輯工作。

3.3.4 鉆孔信息模塊

該模塊主要用于采樣點成井圖及地層剖面圖的制作與展示，包括采樣點的橫縱坐標、孔深、井口標高、地面標高、穩(wěn)定水位埋深、地層信息等，對這些信息進行整理和分析后，導入系統(tǒng)平臺。平臺挖掘相關(guān)信息，制作鉆孔及地層柱狀圖模型，如地層標高、埋深、層厚、PID讀數(shù)等。通過模型直觀查看地下土壤復雜信息細節(jié)、樣品及污染情況，平臺還提供對照分析、對包分析和對比分析功能，便于土壤污染程度計算和生態(tài)風險評估。成圖后，還可以通過SVG格式實現(xiàn)圖片的編輯和下載。

3.3.5 數(shù)據(jù)分析模塊

在土壤污染狀況調(diào)查中，數(shù)據(jù)分析是耗時較長、重復性大的一項工作，需要對每個地塊樣品進行試驗、檢測與分析，結(jié)合質(zhì)控數(shù)據(jù)進行比對，形成規(guī)范化的表格和文字。數(shù)據(jù)分析模塊需要與城市公共信息服務(wù)平臺連接，實現(xiàn)信息共享，接入城市內(nèi)關(guān)于該區(qū)域近些年的相關(guān)影響、用地控制信息、地名地址、地質(zhì)數(shù)據(jù)等，還要參考國家行業(yè)規(guī)范和業(yè)務(wù)管理需求，與土壤環(huán)境數(shù)據(jù)庫相連接，了解土壤調(diào)查數(shù)據(jù)、企業(yè)監(jiān)管數(shù)據(jù)、分析評價數(shù)據(jù)、土壤修復數(shù)據(jù)、土壤專家數(shù)據(jù)、檔案數(shù)據(jù)、服務(wù)商數(shù)據(jù)等。通過共享信息數(shù)據(jù)，開展全面準確的數(shù)據(jù)分析，為土壤污染狀況調(diào)查信息化建設(shè)提供支持。

4 應用效果及社會效益

土壤污染狀況調(diào)查工作平臺的應用主要從制度、標準規(guī)范成果、系統(tǒng)平臺設(shè)計建設(shè)成果和業(yè)務(wù)應用3個方面實現(xiàn)。在具體應用平臺時，梳理具體使用流程，提前做好保留紅線邊界的dxf格式底圖、檢測應用xls格式表單、xls格式鉆孔信息導入模板，并將其添加至地塊初步調(diào)查項目中。①調(diào)查人員要完善項目信息內(nèi)容，清晰劃分人員職責和工作范疇。②開展現(xiàn)場勘察工作，將拍攝圖片上傳至關(guān)鍵節(jié)點，并勾選對應資料收集清單和污染信息排查表，在繪制地圖時，提前將dxf格式文件導入地圖，標記和制作好相應示意圖。③在達到鉆孔信息模塊時，提前將制作好的xls格式鉆孔信息導入系統(tǒng)平臺，生成鉆孔結(jié)構(gòu)圖、對應剖面圖，生成三維立體圖和模型，以“一張圖”的形式全面掌握采樣點位土壤污染狀況、土壤質(zhì)量情況，用以支撐管理決策。④選擇指定送檢單位，將其發(fā)送至系統(tǒng)平臺的原始表單導入至數(shù)據(jù)分析模塊，模塊會自動對照國家及省市規(guī)范標準，生成相應表格。⑤在表格中特定位置上傳好附件資料，點擊一鍵生成，就可以自動生成區(qū)域土壤污染狀況調(diào)查分析報告。另外，該平臺還有專家、服務(wù)商管理模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)備案至服務(wù)期結(jié)束全周期動態(tài)監(jiān)督考察，經(jīng)過長期工作，沉淀出一批優(yōu)質(zhì)技術(shù)人員，淘汰能力不足、信用不足的劣質(zhì)服務(wù)商，將其納入黑名單。該平臺還具有土壤污染狀況信息數(shù)據(jù)共享機制和時空數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)崿F(xiàn)土壤環(huán)境調(diào)查工作對數(shù)據(jù)庫的動態(tài)持續(xù)更新，與職能部門進行部門聯(lián)動和信息共享，最終全面摸清土壤污染狀況家底，為污染防治、土地利用和城市規(guī)劃提供決策支撐。

5 結(jié)語

綜上所述，本文設(shè)計研究的土壤污染狀況調(diào)查工作平臺采用了3S（GPS、RS、GIS，即全球定位系統(tǒng)、航空遙感系統(tǒng)、地理位置系統(tǒng)）技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與土壤調(diào)查緊密結(jié)合在一起，實現(xiàn)了土壤污染調(diào)查前端采樣布點的全面統(tǒng)一管理，共同推動土壤污染普查工作的開展。目前，我國土壤污染狀況面臨嚴峻的發(fā)展局勢，各種污染物不斷堆積，土壤污染問題日益嚴重，將先進科學技術(shù)應用于土壤污染狀況調(diào)查，推動調(diào)查工作信息化建設(shè)，對提升污染檢測與監(jiān)測水平、提高污染防治效率與質(zhì)量有十分積極的現(xiàn)實意義。