技術(shù)前沿：地下水污染物質(zhì)通量和物質(zhì)排放

來(lái)源：寶航環(huán)境修復

大多數有關(guān)污染地下水場(chǎng)地的決策都是由污染物濃度決定的?，F在，這些決策也可以通過(guò)考慮污染物的物質(zhì)排放和物質(zhì)通量來(lái)改進(jìn)。物質(zhì)排放和通量估算量化了給定時(shí)間和地點(diǎn)的污染源或污染羽強度，即每單位時(shí)間在地下水中移動(dòng)的污染物質(zhì)量，可以改進(jìn)對自然衰減的評價(jià)和對污染下游受體(如供水井或地表水體)構成的風(fēng)險的評估。

首先，區分這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)是很重要的。物質(zhì)通量是一種對于特定區域的速率測量，通常是污染羽流橫截面。因此，物質(zhì)通量表示為質(zhì)量/時(shí)間/面積(例如，g?d-1?m-2)。物質(zhì)排放是一個(gè)綜合的物質(zhì)通量估計(即整個(gè)污染羽中所有物質(zhì)通量測量的總和)，因此代表了地下水通過(guò)一個(gè)確定平面輸送的任何溶質(zhì)的總質(zhì)量。因此，物質(zhì)排放表示為質(zhì)量/時(shí)間(例如，g/d)。除了確定污染源強度和污染羽衰減率外，物質(zhì)通量估算還可以確定大部分污染物正在移動(dòng)通過(guò)的平面區域。這些信息在污染場(chǎng)地管理的幾乎所有方面都是有價(jià)值的。

將濃度數據與地下水流速相結合計算出物質(zhì)排放。通過(guò)評價(jià)一個(gè)場(chǎng)地的物質(zhì)排放，從而考慮濃度和地下水流速對污染物運動(dòng)的綜合影響，管理人員將對場(chǎng)地有更全面的了解，這將改進(jìn)有關(guān)場(chǎng)地管理優(yōu)先次序或修復設計和操作的決策。例如，污染物濃度本身不能提供控制污染羽行為過(guò)程的完整圖像，因為地下水流速(在同一個(gè)場(chǎng)地也有不同流速)也是污染羽行為的一個(gè)組成部分。然而，將物質(zhì)排放信息納入場(chǎng)地概念模型可提高修復效率并縮短修復時(shí)間，特別是在具有多個(gè)污染源區域或污染羽跨越多個(gè)地層單元的場(chǎng)地。

在這種情況下，三個(gè)含水層具有相同的污染物濃度和水力梯度，但水力滲透系數不同，因此地下水流速也不同。僅考慮濃度數據表明，修復所有三層地下水同樣重要。但是，物質(zhì)通量估算清楚地確定了構成最大地下水下游風(fēng)險的水層，并證明了首先對礫石砂層進(jìn)行修復的理由。

物質(zhì)通量和物質(zhì)排放估算可以幫助管理人員更準確地回答幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：

• 污染羽是穩定的、擴展的還是收縮的?

• 擬議的修復措施將如何影響污染物未來(lái)的分布、傳輸和/或歸宿?

• 在可預見(jiàn)的未來(lái)，在不同的點(diǎn)會(huì )有哪些風(fēng)險和接觸?

• 在過(guò)渡到其他技術(shù)(如原位生物修復或允許監測自然衰減來(lái)完成場(chǎng)地修復)之前，需要去除多少部分的污染源?

當然，在大多數情況下，物質(zhì)通量和物質(zhì)排放數據將不是解決這些問(wèn)題所需的唯一信息。清晰考慮物質(zhì)質(zhì)量信息可以增加時(shí)間濃度數據(例如，在評估污染羽穩定性時(shí))。一個(gè)常見(jiàn)的經(jīng)驗是，測量場(chǎng)地的物質(zhì)通量和排放可以改善總體場(chǎng)地概念模型，從而更好地理解潛在風(fēng)險，并幫助管理人員確定場(chǎng)地的最高優(yōu)先級部分。

然而，物質(zhì)通量和物質(zhì)排放估算確實(shí)也有局限性。收集必要的數據來(lái)計算兩者都會(huì )增加項目的總成本。對于基于現有數據的模型或數學(xué)分析的估算，成本可能相對較低，但對于所謂的高精準率制圖(沿著(zhù)一個(gè)或多個(gè)截面測量間隔相對較近的監測點(diǎn)的通量，在每個(gè)采樣點(diǎn)以多個(gè)深度間隔采樣)來(lái)說(shuō)，成本可能很高。在物質(zhì)通量和物質(zhì)排放估算中所涉及的不確定性可能很大，在可能的情況下應加以量化。然而，它也應該相對于濃度數據進(jìn)行評估，這可能至少是不確定的?？煽康奈镔|(zhì)通量和物質(zhì)排放估算往往需要比通常在大多數場(chǎng)地獲得的更詳細的水力滲透系數和地下水流場(chǎng)特征。最終，物質(zhì)通量或排放量估算所需的準確程度應根據估算的計劃用途來(lái)確定。在某些情況下，初始近似值可能足夠，如果需要，可以稍后收集更高精準率的測量值。

測量物質(zhì)通量和/或物質(zhì)排放的基本方法有三種:

• 截面法，利用各個(gè)監測點(diǎn)整合濃度和流量數據

• 井捕獲/泵試驗試方法，它依賴(lài)于抽取地下水和測量井的流量和物質(zhì)排放

• 被動(dòng)通量計，是最近發(fā)展起來(lái)的直接在井中估算物質(zhì)通量的裝置

物質(zhì)排放和通量也可以通過(guò)分析現有場(chǎng)地數據來(lái)估計。這樣的估計可以通過(guò)(a)沿著(zhù)垂直于等值線(xiàn)的截面(或沿著(zhù)現有監測井的截面)或(b)通過(guò)使用需要流量和濃度數據作為輸入參數的溶質(zhì)傳輸模型來(lái)分析流速和濃度來(lái)獲得。在許多已經(jīng)實(shí)施了土壤氣抽提或地下水抽出處理系統的場(chǎng)地，歷史上已經(jīng)確定了大量物質(zhì)排放數據。這些數據通常用于評估污染源枯竭率，在某些情況下，漸近和大量排放趨勢已被用于確定過(guò)渡到新技術(shù)或管理戰略的時(shí)間。

本文概述了地下水物質(zhì)排放和通量的基本概念、它們的潛在應用以及這些指標的使用案例研究。對案例研究的分析表明，物質(zhì)排放和通量估算對若干場(chǎng)地管理目標是有用的，評估物質(zhì)排放和通量可以改善場(chǎng)地概念模型并導致更有效的修復措施。案例研究分析的具體結果包括:

• 物質(zhì)排放和通量數據優(yōu)化了決策。例如，它們被用來(lái)觸發(fā)技術(shù)之間的轉換。

• 物質(zhì)排放和通量數據降低了修復成本。例如，物質(zhì)通量估算已被用于確定分層含水層中的高優(yōu)先層，從而導致更具成本效益的修復工作。

• 物質(zhì)排放和通量數據已用于確定場(chǎng)地的優(yōu)先級。例如，責任方已經(jīng)使用大量排放估算來(lái)確定受多個(gè)污染源影響的區域地下水流系統中需要進(jìn)一步表征和修復的場(chǎng)地。

• 物質(zhì)排放和通量數據被用來(lái)預測修復效果。物質(zhì)排放、高精準率制圖和可用的分析工具為估計自然衰減率、對污染源處理的污染羽響應和修復時(shí)間框架提供了基礎。

• 截面測試是迄今為止最常用的方法，并且截面已被證明對場(chǎng)地管理很有用。使用截面帶可以提供更可靠的自然衰減率估計，而不是依靠沿水流路徑的監測井線(xiàn)路的更典型的做法，因為截面數據不太容易受到流動(dòng)方向和強度的時(shí)間變化的影響。

物質(zhì)通量和物質(zhì)排放數據的其他用途包括風(fēng)險評估，特別是在評估潛在的下游受體的風(fēng)險或評估蒸氣侵入位于地下水污染上方的建筑物的風(fēng)險時(shí)。在許多情況下，這些信息在基礎模型中使用，但其重要性未被認識到，并且估算可能高度不確定。

從物質(zhì)通量和物質(zhì)排放概述中得出的主要結論如下:

• 物質(zhì)通量和排放估算已證明對污染場(chǎng)地的管理是有價(jià)值的，應更經(jīng)常地加以使用。

• 隨著(zhù)物質(zhì)通量和排放信息的好處得到更廣泛的認識，使用將迅速增加。

• 特定的評估方法可能更適合特定的場(chǎng)地條件和目標，因此考慮可用方法的優(yōu)點(diǎn)和局限性是很重要的。

• 有用的物質(zhì)排放和通量估計通?？梢詮默F有場(chǎng)地數據和/或有限的場(chǎng)地采樣中得出，通常費用相對較低。

• 所有物質(zhì)通量和流量估計方法都涉及不確定性，在考慮使用參數時(shí)，應在可行的范圍內識別和量化不確定性。然而，僅用濃度數據可能具有類(lèi)似或更大的不確定性。

• 管理不確定性的策略包括預先表征和分階段取樣。

• 物質(zhì)排放也可以在監管決策中發(fā)揮重要作用，并且在某些目的上可能比濃度數據更有優(yōu)勢。例如，決定何時(shí)從積極修復轉向自然衰減；評價(jià)重非水相液體污染源修復工作；或者甚至確定何時(shí)不需要在場(chǎng)地上進(jìn)行進(jìn)一步的操作。