CN116819037A - 一种确定污染场地土壤单一重金属污染范围的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种确定污染场地土壤单一重金属污染范围的方法和系统，属于土壤重金属污染状况调查技术领域，该方法包括P1，污染地块初步布点方案；P2，土壤样品的采集；P3，单一重金属快速检测；P4，绘制单一重金属污染等值线图；P5，获得单一重金属污染范围；P6，获得单一重金属污染范围补点方案；P7，现场补充采样，采用该方法获得的补充土壤样品对地块单一重金属污染的分布情况具有代表性，一方面可以辅助现场布设点位，提高布点的效率，避免多次采样，减少钻孔采样的成本，另一方面缩短了实验室分析时间、降低了检测成本。快速、准确地确定了污染范围，提高了地块污染调查的整体效率和效果。
Description
技术领域
本发明属于土壤重金属污染状况调查技术领域，特别涉及一种确定污染场地土壤单一重金属污染范围的方法和系统。
背景技术
土壤是重要的自然资源，是人类赖以生存和经济社会可持续发展的物质基础。随着我国城市化进程的加快，早期工业企业大多采用粗放式经营，污染治理的观念和相应的措施跟不上发展的进程，因此场地土壤可能受到不同程度的污染，其中重金属污染问题最为突出。由于重金属污染的种类繁多，不能为生物所分解，具有残留周期长、易迁移、毒性大等特点，易进入食物链并在生物体内富集，严重危害人类健康和生态系统安全。因此对工业企业场地进行土壤重金属污染状况详细调查，明确土壤重金属污染的种类、范围以及程度，对于后期的治理修复有着重要的指导价值。
现有技术在土壤污染状况详细调查过程中对土壤重金属污染范围的确定大多依赖现场钻孔采样检测，通过在数据异常点位处加密布点来确定污染范围，或者同时结合插值法绘制污染等值线图核定污染范围。现有技术涉及到多次现场取样、多次实验室检测，由于场地地面一般都做了硬化处理，土壤采样需要破除混凝土，加之土壤重金属的检测过程包括土壤的晾晒、风干以及前处理，检测周期长，不仅耗费大量的人力物力财力，也大大延长了土壤污染状况调查的时间。
因此，一种可快速准确地确定了污染范围、提高地块污染调查的整体效率和效果的确定污染场地土壤单一重金属污染范围的方法和系统亟待出现。
发明内容
本发明提供一种确定污染场地土壤单一重金属污染范围的方法和系统，用以解决现有技术的土壤重金属污染监测方法效率低、成本高的技术问题。
本发明通过下述技术方案实现：一种确定污染场地土壤单一重金属污染范围的方法，包括
P1，污染地块初步布点方案；
P2，土壤样品的采集；
P3，单一重金属快速检测；
P4，绘制单一重金属污染等值线图；
P5，获得单一重金属污染范围；
P6，获得单一重金属污染范围补点方案；
P7，现场补充采样。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，在P1中，所述污染地块初步布点方案，包括：
根据初步调查成果对已经识别的超标点位、污染区域和重点区域进行布点，所述布点方案包括系统随机布点法、专业判断布点法、分区布点法以及系统网格布点法。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，在P2中，所述土壤样品的采集，包括：
根据所述布点方案，对相应点位进行土壤样品的采集，使用RTK定位技术，实现厘米级定位需求，保证点位坐标的准确性，并在系统中记录相应点位的坐标，以经纬度表示。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，在P3中，所述单一重金属快速检测，包括：
根据便携式土壤重金属快速检测仪快速提供重金属准确的数据支撑。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，在P4中，所述绘制单一重金属污染等值线图，包括：
利用初步调查中的点位坐标信息和对应点位重金属浓度信息，通过函数在地块空间中估算近似值，形成土壤中单一重金属污染等值线图，初步了解单一重金属在该区域空间分布的情况。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，在P5中，所述获得单一重金属污染范围，包括：
根据土壤中单一重金属污染等值线图，并对比建设用地土壤污染风险管控标准，确定调查地块土壤中单一重金属的污染范围。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，在P6中，所述获得单一重金属污染范围补点方案，包括：
依据P5中获得的调查地块土壤中单一重金属污染范围，采用系统网格布点法绘制网格，测量出网格划分范围在X轴方向和Y轴方向的最小值和最大值，在上述网格的中心设置补充采样点位；依次记录补充采样点位的坐标信息，汇集成调查地块土壤中单一重金属污染范围详细调查二次加密布点方案。
为了更好的实现本发明，在上述结构中作进一步的优化，在P7中，所述现场补充采样，包括：
根据P6中获得的调查地块土壤中单一重金属污染范围详细调查二次加密布点方案，使用RTK定位技术，现场确定二次加密布点采样点位，对加密布点采样点位进行采样。
一种确定污染场地土壤单一重金属污染范围的系统，包括：
污染地块初步布点方案模块，用于在现场钻孔取样中，对相应点位进行土壤样品的采集，并记录点位的准确坐标，以经纬度表示；
单一重金属浓度模块，对采集到的土壤样品进行单一重金属快速检测，在该模块中输入各个点位土壤样品单一重金属浓度值，单位统一为mg/kg；
土壤标准选择模块，根据建设用地的规划类型决定了土壤标准，用于提供不同建设用地性质对应的标准；
生成单一重金属污染等值线图模块，通过点位的单一重金属浓度和对应的土壤标准，输出土壤中单一重金属污染等值线图，单一重金属污染等值线图通过对在有限个采样点位处取得的单一重金属浓度，估算出模拟函数在其他点处的近似重金属浓度值；
生成单一重金属污染范围模块，通过以土壤标准为界，输出单一重金属污染范围；
网格选择模块，采用系统网格布点法，把污染区域分成大小相等的网格，根据单一重金属污染范围、污染程度来设置网格的大小，提供若干个不同大小网格的设置参数；
单一重金属污染范围加密采样布点模块，依据网格大小，输出网格线的中心点坐标信息，汇集成补充采样布点图
本发明相较于现有技术具有以下有益效果：
本发明提供的确定污染场地土壤单一重金属污染范围的方法包括P1，污染地块初步布点方案；P2，土壤样品的采集；P3，单一重金属快速检测；P4，绘制单一重金属污染等值线图；P5，获得单一重金属污染范围；P6，获得单一重金属污染范围补点方案；P7，现场补充采样，采用该方法获得的补充土壤样品对地块单一重金属污染的分布情况具有代表性，一方面可以辅助现场布设点位，提高布点的效率，避免多次采样，减少钻孔采样的成本，另一方面缩短了实验室分析时间、降低了检测成本。快速、准确地确定了污染范围，提高了地块污染调查的整体效率和效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中的确定污染场地土壤单一重金属污染范围的方法的流程示意图；
图2是实施例一中土壤检测布点和0.5m深度镍超标点位图；
图3是实施例一中0.5m深度镍超标点位一次加密布点图；
图4是实施例一中0.5m深度镍浓度等值线图；
图5是实施例一中数值模拟的0.5m深度镍污染范围；
图6是实施例一中0.5m深度镍二次加密布点图；
图7是实施例二中土壤检测布点和0.5m深度镍超标点位图；
图8是实施例二中0.5m深度镍超标点位一次加密布点图；
图9是实施例二中0.5m深度镍浓度等值线图；
图10是实施例二中数值模拟的0.5m深度镍污染范围；
图11是实施例二中0.5m深度镍超标点位二次加密布点图；
图12是一种确定污染场地土壤单一重金属污染范围的系统示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，″多个″的含义是两个或两个以上；术语″上″、″下″、″左″、″右″、″内″、″外″、″前端″、″后端″、″头部″、″尾部″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语″第一″、″第二″、″第三″等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
本实施例中，一种确定污染场地土壤单一重金属污染范围的方法，如图1所示，包括
P1，污染地块初步布点方案；
P2，土壤样品的采集；
P3，单一重金属快速检测；
P4，绘制单一重金属污染等值线图；
P5，获得单一重金属污染范围；
P6，获得单一重金属污染范围补点方案；
P7，现场补充采样。
采用该方法，获得的补充土壤样品对地块单一重金属污染的分布情况具有代表性，一方面可以辅助现场布设点位，提高布点的效率，避免多次采样，减少钻孔采样的成本，另一方面缩短了实验室分析时间、降低了检测成本。快速、准确地确定了污染范围，提高了地块污染调查的整体效率和效果。
在步骤P1中所述的污染地块初步布点方案，包括：根据初步调查成果对已经识别的超标点位、污染区域和重点区域进行布点，所述布点方案包括系统随机布点法、专业判断布点法、分区布点法以及系统网格布点法。实施时，可采用上述一种或多种布点方案相结合。
在一个具体的所述污染地块初步布点方案的实施例中，以重金属镍为例，如图2和图3所示，某地块土壤污染状况初步调查共布设30个点位，其中0.5m深度重金属镍超标点位共计1个。详细调查布点方案在孤立的超标点位进行加密布点，在超标点位四周绘制5m×5m的网格，取网格中心布点，加密布设4个点位，共计34个点位，形成0.5m深度重金属镍超标点位一次加密布点方案。
在步骤P2中所述土壤样品的采集，包括：根据所述布点方案，对相应点位进行土壤样品的采集，使用RTK定位技术，实现厘米级定位需求，保证点位坐标的准确性，并在系统中记录相应点位的坐标，以经纬度表示。
在步骤P3中所述单一重金属快速检测，包括：根据便携式土壤重金属快速检测仪快速提供重金属准确的数据支撑，值得注意的是，对于便携式土壤重金属快速检测仪的生产国家、厂家以及型号没有特别限制，但需要现场分析速度较快，测试结果精度高，稳定性好，同时具有较低的元素检测限，满足土壤重金属的筛选检测，可以为土壤重金属范围的确定提供相对准确的数据支撑。本实施例中采用便携式X射线荧光光谱仪(PXRF)，采用X射线荧光光谱法，由于地块工业生产活动以及原辅材料的跑、冒、滴、漏，或者通过大气沉降作用遗留在土壤中的重金属包括但不限于砷、铅、镉、铬、汞、镍、铁、铜等。在本实施例中，对P2中采集的0.5m深度的土壤样品进行重金属镍浓度的测定，并在系统中记录。
在P4中所述绘制单一重金属污染等值线图，如图4所示，包括：利用初步调查中的点位坐标信息和对应点位重金属浓度信息，通过函数在地块空间中估算近似值，形成土壤中单一重金属污染等值线图，初步了解单一重金属在该区域空间分布的情况，值得注意的是，插值是离散函数逼近的重要方法，插值法可通过函数在有限个点处的取值状况，从而估算出函数在其他点处的近似值。
本实施例中，在P5中所述获得单一重金属污染范围，如图5所示，包括：根据土壤中单一重金属污染等值线图，并对比建设用地土壤污染风险管控标准，确定调查地块土壤中单一重金属的污染范围，具体的，建设用地土壤污染风险管控标准主要参照国标《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》(GB36600-2018)和当地的地方标准，地方标准优先于国家标准，当国家标准和当地的地方标准中都未有调查的重金属指标时，可参考周边其他地方的标准，建设用地中，城市建设用地根据保护对象暴露情况的不同可划分为两类，分别为第一类用地和第二类用地，用地性质不同，对应的重金属指标的管控标准也不同，本实施例中重金属镍选择《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》(GB36600-2018)中第一类用地筛选值标准，即150mg/kg，以此确定调查地块土壤中0.5m深度的重金属镍的污染范围。
在P6中所述获得单一重金属污染范围补点方案，如图6所示，包括：依据P5中获得的调查地块土壤中单一重金属污染范围，采用系统网格布点法绘制网格。值得注意的是，本实施例中超标点位为孤立点位，点位附近无数据参考，故污染范围划分数据支撑不足，针对以上情况，本方法采用将四周最近检测点位连成闭合范围，在此范围内进行网格绘制，以对用插值法拟合的范围进行补充，此范围记作“网格划分范围”。绘制网格步骤如下：测量出网格划分范围在X轴方向和Y轴方向的最小值和最大值，分别记作Xmin、Xmax、Ymin、Ymax；网格选用40m×40m，将Xmin、Xmax、Ymin、Ymax作为边界坐标，扩充成以1600m2为整数倍的矩形范围，并将其划分为40m×40m大小相等的网格；在上述网格的中心设置补充采样点位；依次记录补充采样点位的坐标信息，汇集成调查地块土壤中单一重金属污染范围详细调查二次加密布点方案。
在P7中所述现场补充采样，包括：根据P6中获得的调查地块土壤中单一重金属污染范围详细调查二次加密布点方案，使用RTK定位技术，现场确定二次加密布点采样点位，对加密布点采样点位进行采样。其中，在P7中所获得的二次加密采样土壤样品，实验室用更加精确的检测手段、质控手段，获得相应点位重金属镍的浓度，在此基础上以获得更加精确的调查地块土壤中0.5m深度的重金属镍污染范围。
本方法依据初步采样布点方案，根据相关规范和导则在超标点位处进行一次加密布点，通过现场钻孔获得土壤样品和点位的坐标，基于重金属快速检测仪，获得采样样品中单一重金属浓度，通过初步布点方案中点位的单一重金属浓度和坐标获得一定范围内单一重金属污染等值线图，依据标准规定的土壤中重金属浓度限值确定污染范围，将污染范围进行网格布点，获得加密布点方案，对加密布点方案中的点位进行一次补充钻孔取样。以本方法获得的补充土壤样品，对地块单一重金属污染的分布情况很有代表性。
实施例2：
本实施例中，在P1步骤中增加2个超标点位，即某地块土壤污染状况初步调查共布设30个点位，其中0.5m深度重金属镍超标点位共计3个，如图7所示。详细调查布点方案在超标点位进行加密布点，在超标点位四周绘制5m×5m的网格，取网格中心布点，每个超标点位加密布设4个点位，共计42个点位，形成0.5m深度重金属镍超标点位一次加密布点方案，如图8所示。在P4绘制的重金属污染等值线图，如图9所示，在P5获得的重金属污染范围，如图10所示，在P6中绘制网格的步骤为：测量出网格划分范围在X轴方向和Y轴方向的最小值和最大值，分别记作Xmin、Xmax、Ymin、Ymax；以Xmin-5m、Xmax、Ymin、Ymax为边界坐标，绘制矩形范围，并将其划分为40m×40m大小相等的网格；土壤中0.5m深度的重金属镍的污染范围穿越绘制的40m×40m的网格，即为补充采样网格，在补充采样网格的中心设置补充采样点位；若土壤中0.5m深度的重金属镍的污染范围未穿越绘制的40m×40m的网格，则该网格不作为补充采样网格；依次记录补充采样点位的坐标信息，汇集成调查地块土壤中0.5m深度的重金属镍污染范围详细调查二次加密布点方案，如图11所示。
实施例3：
本实施例中，一种确定污染场地土壤单一重金属污染范围的系统，如图12所示，包括：
污染地块初步布点方案模块，用于在现场钻孔取样中，对相应点位进行土壤样品的采集，并记录点位的准确坐标，以经纬度表示。其中，在该模块中输入点位坐标信息。由于之后的程序会在空间上对重金属浓度进行插值估算，因此在该模块中，经纬度会输出成投影坐标，为满足相应的规范要求，本模块输出的投影坐标采用高斯-克吕格投影，并设置3度带、6度带以及中央子午线以供选择。
单一重金属浓度模块，对采集到的土壤样品进行单一重金属快速检测，在该模块中输入各个点位土壤样品单一重金属浓度值，单位统一为mg/kg；
土壤标准选择模块，根据建设用地的规划类型决定了土壤标准，用于提供不同建设用地性质对应的标准；
生成单一重金属污染等值线图模块，通过点位的单一重金属浓度和对应的土壤标准，输出土壤中单一重金属污染等值线图，单一重金属污染等值线图通过对在有限个采样点位处取得的单一重金属浓度，估算出模拟函数在其他点处的近似重金属浓度值；本实施例中，统计学中常见的插值法包括：反距离权重法、克里金法、自然领域法以及样条函数等。其中反距离权重法和克里金法广泛应用于土壤制图等领域。在反距离权重法中，权重仅取决于预测位置的距离，但是使用克里金方法时，权重不仅取决于测量点之间的距离、预测位置，还取决于基于测量点的整体空间排列，从而使内插函数处于最佳状态。因此克里金方法在点稀少时插值效果比反距离权重等方法要好。故本模块采用克里金插值法。
生成单一重金属污染范围模块，通过以土壤标准为界，输出单一重金属污染范围；
网格选择模块，采用系统网格布点法，把污染区域分成大小相等的网格，根据单一重金属污染范围、污染程度来设置网格的大小，提供若干个不同大小网格的设置参数，值得注意的是，网格设置的越小，点位输出就越密集，得到的土壤样品就越多，对整个污染地块的污染状况调查就越详细，但是相应的经济成本、时间成本也就越高。
单一重金属污染范围加密采样布点模块，依据网格大小，输出网格线的中心点坐标信息，汇集成补充采样布点图。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种确定污染场地土壤单一重金属污染范围的方法，其特征在于：包括
P1，污染地块初步布点方案；
P2，土壤样品的采集；
P3，单一重金属快速检测；
P4，绘制单一重金属污染等值线图；
P5，获得单一重金属污染范围；
P6，获得单一重金属污染范围补点方案；
P7，现场补充采样。
2.根据权利要求1所述的一种确定污染场地土壤单一重金属污染范围的方法，其特征在于，在P1中，所述污染地块初步布点方案，包括：
根据初步调查成果对已经识别的超标点位、污染区域和重点区域进行布点，所述布点方案包括系统随机布点法、专业判断布点法、分区布点法以及系统网格布点法。
3.根据权利要求2所述的一种确定污染场地土壤单一重金属污染范围的方法，其特征在于，在P2中，所述土壤样品的采集，包括：
根据所述布点方案，对相应点位进行土壤样品的采集，使用RTK定位技术，实现厘米级定位需求，保证点位坐标的准确性，并在系统中记录相应点位的坐标，以经纬度表示。
4.根据权利要求3所述的一种确定污染场地土壤单一重金属污染范围的方法，其特征在于，在P3中，所述单一重金属快速检测，包括：
根据便携式土壤重金属快速检测仪快速提供重金属准确的数据支撑。
5.根据权利要求4所述的一种确定污染场地土壤单一重金属污染范围的方法，其特征在于，在P4中，所述绘制单一重金属污染等值线图，包括：
利用初步调查中的点位坐标信息和对应点位重金属浓度信息，通过函数在地块空间中估算近似值，形成土壤中单一重金属污染等值线图，初步了解单一重金属在该区域空间分布的情况。
6.根据权利要求5所述的一种确定污染场地土壤单一重金属污染范围的方法，其特征在于，在P5中，所述获得单一重金属污染范围，包括：
根据土壤中单一重金属污染等值线图，并对比建设用地土壤污染风险管控标准，确定调查地块土壤中单一重金属的污染范围。
7.根据权利要求6所述的一种确定污染场地土壤单一重金属污染范围的方法，其特征在于，在P6中，所述获得单一重金属污染范围补点方案，包括：
依据P5中获得的调查地块土壤中单一重金属污染范围，采用系统网格布点法绘制网格，测量出网格划分范围在X轴方向和Y轴方向的最小值和最大值，在上述网格的中心设置补充采样点位；依次记录补充采样点位的坐标信息，汇集成调查地块土壤中单一重金属污染范围详细调查二次加密布点方案。
8.根据权利要求7所述的一种确定污染场地土壤单一重金属污染范围的方法，其特征在于，在P7中，所述现场补充采样，包括：
根据P6中获得的调查地块土壤中单一重金属污染范围详细调查二次加密布点方案，使用RTK定位技术，现场确定二次加密布点采样点位，对加密布点采样点位进行采样。
9.一种确定污染场地土壤单一重金属污染范围的系统，其特征在于，包括：
污染地块初步布点方案模块，用于在现场钻孔取样中，对相应点位进行土壤样品的采集，并记录点位的准确坐标，以经纬度表示；
单一重金属浓度模块，对采集到的土壤样品进行单一重金属快速检测，在该模块中输入各个点位土壤样品单一重金属浓度值，单位统一为mg/kg；
土壤标准选择模块，根据建设用地的规划类型决定了土壤标准，用于提供不同建设用地性质对应的标准；
生成单一重金属污染等值线图模块，通过点位的单一重金属浓度和对应的土壤标准，输出土壤中单一重金属污染等值线图，单一重金属污染等值线图通过对在有限个采样点位处取得的单一重金属浓度，估算出模拟函数在其他点处的近似重金属浓度值；
生成单一重金属污染范围模块，通过以土壤标准为界，输出单一重金属污染范围；
网格选择模块，采用系统网格布点法，把污染区域分成大小相等的网格，根据单一重金属污染范围、污染程度来设置网格的大小，提供若干个不同大小网格的设置参数；
单一重金属污染范围加密采样布点模块，依据网格大小，输出网格线的中心点坐标信息，汇集成补充采样布点图。
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