CN113340821B - 一种城市建设用地表层土壤重金属污染快速识别方法 - Google Patents

一种城市建设用地表层土壤重金属污染快速识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种城市建设用地表层土壤重金属污染快速识别方法，其具体如下：1.划分重点区域，2.确定城市建设用地土壤暴露范围，3.初步筛查土壤，4.进一步详查土壤，5.精确识别检测。本发明利用定点选区的方法可以快速的识别区域内土壤的重金属污染状况，通过ASD光谱仪和X荧光光谱仪双重耦合确定表层土壤中重金属种类及含量，实现了大面积城市土壤重金属调查的全覆盖、快速度和高精度，既避免了调查中遗漏潜在污染点，也防止单一检测方法造成较大的误差。

Description

一种城市建设用地表层土壤重金属污染快速识别方法
技术领域
本发明属于土壤检测技术领域，涉及一种城市建设用地表层土壤重金属污染快速识别方法。
背景技术
城市土壤是城市生态环境的重要组成部分，是进行城镇化建设的自然基础，与人们生活和居住息息相关。现代生活产生的众多生活垃圾中包含了多种可以对土壤造成污染的重金属，生活垃圾中的重金属大多数会直接伴随生活垃圾进入地底，随之重金属污染土壤。工业化生产产生的重金属垃圾有一部分也会直接进入土壤，土壤作为大部分污染物的最终受体，存在极大的潜在污染风险。
现在城镇化速度加快，城市建设用地增多。在确定城市建设用地之时需要先进行相应的土壤检测，以确保土壤的污染在安全范围内。
但是，城市建设用地面积大、不透水层多、人为因素复杂，直接导致了土壤调查采样困难、采样量大和制约条件多等问题，现有方法的缺点：
(1)从城市尺度，现有的城市土壤调查通常采用大网距均匀布点的方法，容易遗漏具有潜在污染的区域；
(2)从局部场地调查的角度，现有方法基本采用系统布点法和分区布点法相结合的方式，这种布点方式依赖于人为主观判断，缺乏数据支撑与科学量化分析。
因此，现在缺乏适用于城市建设用地中大尺度、快速、准确的调查方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种城市建设用地表层土壤重金属污染快速识别方法，用于解决上述背景技术中存在的问题。
本发明解决背景技术中的问题，采用的技术方案如下：
本发明提供了一种城市建设用地表层土壤重金属污染快速识别方法，具体如下：
1)划分重点检测区域，其中先确立分级制度，再确定重点检测区域；
2)确定城市建设用地土壤暴露范围；
3)初步筛查土壤
3.1)结合步骤2)得到的城市建设用地土壤的暴露范围，将在步骤1)中确定的重点检测区域划分为多个初步检测单元；
3.2)在每个初步检测单元的几何中心设置一个第一采样点；
3.3)在确定初步检测单元的基础上，将初步检测单元内存在的潜在污染的区域作为污染特征点；
3.4)在每个污染特征点的暴露范围内的几何中心设置一个第二采样点；
3.5)在第一采样点和第二采样点处采集表层土壤样品，将土壤样品进行样品分析；
3.6)实验室中通过ASD光谱仪对土壤样品中的反射光谱进行测定并得到各个采样点土壤样品的土壤重金属种类及含量；
3.7)将步骤3.6)中得到的各个采样点土壤样品的土壤重金属种类及含量与ASD光谱仪的光谱指标进行相关性分析，建立回归模型；
3.8)通过步骤3.7)建立的回归模型，反演其余城市建设用地的土壤重金属种类及含量，得到相应地区的反演结果；
4)进一步详查土壤
4.1)根据步骤3.6)得到的各个采样点的土壤样品检测结果和步骤3.8)得到的反演结果，选取其中结果高于土壤环境背景值的区域，将高于土壤环境背景值的区域定义为潜在污染区域；
4.2)将从步骤4.1)得到的各个潜在危险区域分为若干危险点位网格；
4.3)利用便携式X荧光光谱仪测定危险点位网格几何中心点的土壤样品重金属种类及含量，得到相应的危险点位的土壤重金属种类及含量；
4.4)将危险点位网格几何中心的土壤样品的重金属种类及含量与第一类用地的土壤重金属种类及含量标准进行比对筛选，选出高于第一类用地的土壤重金属种类及含量的点位，将这种点位设置为潜在污染风险点；
5)精确检测
5.1)以步骤4.4)得到的潜在污染风险点为中心，划定若干个采样单元；
5.2)将步骤5.1)划分的采样单元再均分为若干个次级采样单元；
5.3)在每个次级采样单元的几何中心采集表层土壤样品；
5.4)将属于每个采样单元的次级采样单元的土壤样品混合为一个土壤样品；
5.5)对步骤5.4)混合后的土壤样品进行实验室分析，最终结果将表征区域内土壤重金属污染状况。
进一步地，划分重点区域是利用层次分析法建立分级制度，筛选出潜在污染区域并划分出重点检测区域。
进一步地，确定城市建设用地土壤暴露范围，是利用航天遥感技术得到当前地区的高分辨率遥感影像，通过高分辨率遥感影像对面向当地的城市建设用地范围的SVM模型对该范围内的不透水面进行识别，识别后获得城市建设用地不透水面的范围，确定城市建设用地土壤的暴露范围。
进一步地，步骤3.1)中所述初步筛查单元为40M×40M。
进一步地，步骤3.3)中所述潜在污染区域指化学反应设备放置区域、原料存储区域、废弃物堆放点、汽车修理点及感官上存在潜在污染的区域。
进一步地，步骤3.5)和步骤5.3)中所述表层土壤指距离地表0-20CM处的土壤。
进一步地，步骤4.2)中所述的潜在危险区域为10M×10M。
进一步地，步骤5.1)中所述采样单元为3M×3M。
进一步地，步骤5.2)中所述采样单元均分为9个1M2的次级采样单元。
进一步地，实验室分析是指在实验室中，将采集的样品进行风干、粗磨、细磨、消解后，采用电感耦合等离子体质谱仪ICPMS、原子荧光光谱仪进行检测。
与现有技术相比，本发明光学系统的有益效果为：
(1)本发明所涉及方法突破了单一调查取样检测的形式，融合了规划、遥感、光谱和实验室检测的多种技术，实现了城市大面积建设用地土壤重金属污染的快速检测，大大提升了建设用地土壤重金属污染的筛查检测效率；
(2)本发明形成了一种“宏观-中观-微观”的逐级筛选技术方法，针对土壤中重金属的光谱特征，采取模型反演和便携式光谱仪初步筛选相结合的方法，确定潜在污染风险点，具有精度高的优势；
(3)针对实验室重金属检测方法周期长、费用高等问题，本发明所涉及方法将大量减少采样样品的数量，大量节约了人力物力成本，具有较高的实践和推广价值。
附图说明
图1是本发明整体的结构流程图；
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的阐述与说明。
本技术方案中，划分检测单元、取点、采样均依据于《建设用地土地污染风险管控和修复监测技术指导》。
本发明提供了一种提供了一种城市建设用地表层土壤重金属污染快速识别方法，具体方法如下：
1.划分重点检测区域，具体如下：
1.1利用层次分析法，建立包含土地的生产类型、人体接触风险性、人口密度、公众意见四部分的准则层，通过查阅经济社会统计数据、实地勘察的方法进行量化分析最后确定不同用地的检测的优先级：
第一级是工业用地，第二级别包括交通设施用地、商业服务业用地和公用设施用地，第三级别包括居住用地、景观绿地和公共管理与服务用地。
1.2根据当地的土地规划，筛选出拟回收的且土地利用类型发生变化的工业用地，尤其是改变为居住用地等和人类生活、工作息息相关的用地类型，为后续污染检测划定大概范围。
1.3通过文献查阅、现场调研，在步骤1.1的基础上识别出具有潜在污染的区域，其中主要包括：重污染企业、工业废弃地、固体废弃物处理厂、干线公路两侧和城中村小微工坊所在区域等，这些区域将其作为重点检测区域。
2.确定城市建设用地土壤暴露范围：
利用航天遥感技术得到当前地区的高分辨率遥感影像，通过高分辨率遥感影像对面向当地的城市建设用地范围的SVM模型对该范围内的不透水面进行识别，识别后获得城市建设用地不透水面的范围，确定城市建设用地土壤的暴露范围。
3.初步筛查土壤
3.1结合得到的城市建设用地土壤的暴露范围，将步骤1.3中确定的重点检测区域，依据采样单元面积不得大于1600M2的原则，将重点检测区域划分为多个面积为40M×40M的初步检测单元，若重点检测区域面积不足1600M2或划分后剩余面积不足1600M2，则将相应面积整体作为一个初步检测单元；
3.2在每个初步检测单元的几何中心设置一个第一采样点，对于检测土壤污染，采样点位于几何中心更具有代表性；
3.3在确定初步检测单元的基础上，将初步检测单元内存在的化学反应设备放置区域、原料存储区域、废弃物堆放点、汽车修理点及感官上存在潜在污染的区域等作为污染特征点，对于这些区域的界定依据厂房或场地围护范围进行划定，若无明显界限的，人为对相应范围进行划定；
3.4在每个污染特征点的暴露范围内的几何中心设置一个第二采样点；
3.5在第一采样点和第二采样点处采集表层土壤样品，表层土壤通常指距离地表0-20CM处的土壤，这个范围内的土壤易于采集，其土壤情况又能代表地表土壤的特点，将土壤样品送至实验室进行样品分析；
3.6实验室中通过ASD光谱仪对土壤样本中的反射光谱进行测定并得到各个采样点的土壤重金属种类及含量；
3.7将步骤3.6中得到的各个采样点的土壤重金属种类及含量与ASD光谱仪的光谱指标进行相关性分析，建立回归模型；
3.8能够通过步骤3.7建立的回归模型，反演其余城市建设用地的土壤重金属种类及含量，得到相应地区的反演结果。
4.进一步详查土壤
4.1根据步骤3.6得到的各个采样点的土壤检测结果和步骤3.8得到的反演结果，选取其中高于土壤环境背景值的区域，将高于土壤环境背景值的区域称为潜在污染区；
4.2将从步骤4.1中得到的各个潜在污染区分为10M×10M的危险点位网格，危险点位网格中心点设置为第三取样点，取10M×10M能够在扩大单次检测面积、减少检测次数、减少总的检测时间的同时能够保证精确率，且方便划分、易于计算；
4.3利用便携式X荧光光谱仪测定第三取样点的土壤重金属种类及含量，得到相应的危险点位的土壤重金属种类及含量；
4.4将危险点位的土壤重金属种类及含量与第一类用地的土壤重金属种类及含量进行比对筛选，选出高于第一类用地标准的点位，将这个点位成为潜在污染风险点；
5.精确检测
5.1以步骤4.4中得到的潜在污染风险点为中心，划定若干个3M×3M的采样单元，由于现在已经基本确定各个区域的重金属污染状况，因此减小采样单元的面积，得到更加细小范围内的重金属污染程度是迫切的；
5.2将步骤5.1划分的3M×3M的采样单元再均分为9个1M2的次级采样单元，通过密集布点与分析检测结果，发现3M×3M是反映某一点位土壤平均状况的最小单元，单元内重金属污染的程度和种类往往受到同类污染源影响，同时方便划分，可以均分为9个次级采样单元；
5.3在每个次级采样单元中心采集表层土壤样品，表层土壤指距离底面0-20CM处的土壤；
5.4将属于每个采样单元的9个次级采样单元的土壤样品混合为一个土壤样品。这样做的目的在于：相比于只取某一点的采样方式，这种混合样品可以更好的代表整体土壤污染状况，大大提升了检测速度，更能防止检测一个点造成较大的误差。
5.5对步骤5.4混合后的土壤样品进行实验室分析，最终结果将表征区域内土壤重金属污染程度。
本发明利用定点选区的方法可以快速的确定区域内土壤的重金属污染程度，并通过ASD光谱仪和X荧光光谱仪双重耦合识别测定重金属种类以及土壤的重金属污染程度，实现了大面积城市土壤重金属调查的全覆盖、快速度和高精度，既避免了调查中遗漏潜在污染点，也防止单一检测方法造成的误差。

Claims (8)

1.一种城市建设用地表层土壤重金属污染快速识别方法，其特征在于，具体如下：
1）划分重点检测区域，其中先确立分级制度，再确定重点检测区域；
2）确定城市建设用地土壤暴露范围；
所述确定城市建设用地土壤暴露范围，是利用航天遥感技术得到当前地区的高分辨率遥感影像，通过高分辨率遥感影像对面向当地的城市建设用地范围的SVM模型对该范围内的不透水面进行识别，识别后获得城市建设用地不透水面的范围，确定城市建设用地土壤的暴露范围；
3）初步筛查土壤
3.1）结合步骤2）得到的城市建设用地土壤的暴露范围，将在步骤1）中确定的重点检测区域划分为多个初步检测单元；
3.2）在每个初步检测单元的几何中心设置一个第一采样点；
3.3）在确定初步检测单元的基础上，将初步检测单元内存在的潜在污染的区域作为污染特征点；
3.4）在每个污染特征点的暴露范围内的几何中心设置一个第二采样点；
3.5）在第一采样点和第二采样点处采集表层土壤样品，将土壤样品进行样品分析；
3.6）通过ASD光谱仪对土壤样品的反射光谱进行测定并得到各个采样点土壤样品的重金属种类及含量；
3.7）将步骤3.6）中得到的各个采样点土壤样品的重金属种类及含量与ASD光谱仪的光谱指标进行相关性分析，建立回归模型；
3.8）通过步骤3.7）建立的回归模型，反演其余城市建设用地的土壤重金属种类及含量，得到相应地区的反演结果；
4）进一步详查土壤
4.1）根据步骤3.6）得到的各个采样点的土壤样品检测结果和步骤3.8）得到的反演结果，选取其中结果高于土壤环境背景值的区域，将高于土壤环境背景值的区域定义为潜在危险区域；
4.2）将从步骤4.1）得到的各个潜在危险区域分为若干危险点位网格；
4.3）利用便携式X荧光光谱仪测定危险点位网格几何中心点的土壤样品的重金属种类及含量，得到相应危险点位的土壤重金属种类及含量；
4.4）将危险点位网格几何中心的土壤样品的重金属种类及含量与第一类用地的土壤重金属种类及含量标准进行比对筛选，选出高于第一类用地的土壤重金属种类及含量的点位，将这种点位设置为潜在污染风险点；
5）精确检测
5.1）以步骤4.4）得到的潜在污染风险点为中心，划定若干个采样单元；
5.2）将步骤5.1）划分的采样单元再均分为若干个次级采样单元；
5.3）在每个次级采样单元的几何中心采集表层土壤样品；
5.4）将属于每个采样单元的次级采样单元的土壤样品混合为一个土壤样品；
5.5）对步骤5.4）混合后的土壤样品进行样品分析，最终结果将表征区域内土壤重金属污染状况。
2.根据权利要求1所述的一种城市建设用地表层土壤重金属污染快速识别方法，其特征在于，所述划分重点检测区域是利用层次分析法建立分级制度，筛选出并划分出重点检测区域。
3.根据权利要求1所述的一种城市建设用地表层土壤重金属污染快速识别方法，其特征在于，步骤3.1）中所述初步检测单元为40M×40M。
4.根据权利要求1所述的一种城市建设用地表层土壤重金属污染快速识别方法，其特征在于，步骤3.3）中所述潜在污染的区域指化学反应设备放置区域、原料存储区域、废弃物堆放点、汽车修理点及感官上存在潜在污染的区域。
5.根据权利要求1所述的一种城市建设用地表层土壤重金属污染快速识别方法，其特征在于，步骤3.5）和步骤5.3）中所述表层土壤指距离地表0-20CM处的土壤。
6.根据权利要求1所述的一种城市建设用地表层土壤重金属污染快速识别方法，其特征在于，步骤4.2）中所述的潜在危险区域为10M×10M。
7.根据权利要求1所述的一种城市建设用地表层土壤重金属污染快速识别方法，其特征在于,步骤5.1）中所述采样单元为3M×3M。
8.根据权利要求1所述的一种城市建设用地表层土壤重金属污染快速识别方法，其特征在于,步骤5.2）中所述采样单元均分为9个1M2的次级采样单元。
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