基于Kriging法低渗透...地下水污染范围预测方法研究_林正.pdf

基于 Kriging 法低渗透地层地下水污染范围预测方法研究*林正，齐晓宝（上海申环环境工程有限公司，上海200092）【摘要】由于克里金法（Kriging 法）具有不确定性，特别是非均质低渗透地层条件下，难以精准调查和刻画地下水污染情况。为探究提高地下水污染范围刻画准确性的方法，节省施工成本，以上海市某地下水污染场地为研究对象，分析 40 m40 m 和 20 m20 m 两种网格密度对 Kriging 法模拟地下水污染范围和修复工程造价的影响，同时通过地层分析结合基坑探槽的方式判断了地下水污染范围，并对污染范围进行了对比分析。结果表明，与 40 m40 m 网格密度相比，采样密度为 20 m20 m 网格时，地下水污染方量插值结果降低 57.0%，可节约的修复工程成本远大于增加的监测调查费用。结合地层分析、地块污染特性，采用探槽开挖的方式判断地下水总污染面积比Kriging 法（20 m20 m 网格密度）减少了 45.6%、地下水污染方量减少了 97.7%。增加采样网格精度以及结合地块水文地质条件探槽开挖的方式有利于地下水修复范围的精细化刻画。【关键词】污染范围；精细刻画；克里金法；探槽开挖；地下水污染中图分类号：X523文献标识码：A文章编号：1005-8206（2023）02-0015-07DOI：10.19841/ki.hjwsgc.2023.02.003Research on Prediction of Groundwater Pollution Scope in Low Permeability Soil Based on Kriging InterpolationLIN Zheng，QI Xiaobao（Shanghai Shenhuan Environmental Engineering Co.Ltd.，Shanghai200092）【Abstract】Due to the inaccurate of the Kriging interpolation，it was difficult to accurately investigate and describe thescope of groundwater pollution under the condition of heterogeneous and low permeability geological.In order to exploremethods to improve the accuracy of describing the scope of groundwater pollution and save construction costs，a groundwaterpollution site in Shanghai was taken as the research object.The influence of mesh density of 40 m40 m and 20 m20 m ongroundwater pollution range simulated by Kriging method and restoration project cost were analyzed，at the same time，thegroundwater pollution range was determined by means of formation analysis combined with pit excavation，and thedifference of pollution range was compared.The results showed that compared with the 40 m40 m grid density，theamount of pollution groundwater simulated by interpolation was reduced by 57.0%when the sampling density was 20 m20 m，and the cost of remediation engineering could be saved much greater than the increased cost of monitoring and investigation.Combined with stratum analysis and site pollution characteristics，pit excavation method were adopted in a concerted way todetermine the actual pollution area of groundwater，the area of pollution decreased by 45.6%and the groundwater pollutionvolume decreased by 97.7%compared with the Kriging method（grid density of 20 m20 m）.By improving the density ofthe survey grid and combining it with the hydrogeological conditions and pit excavation which would facilitate the accuratedescription of groundwater treatment range.【Key words】pollution scope；accurate description；Kriging interpolation；pit excavation；groundwater pollution1引言2022 年发布的 2021 中国生态环境状况公报1结果显示，全国 V 类水质点位占比 20.6%，地下水水质现状不容乐观。造成地下水污染的主要来源是工业生产过程中的“跑、冒、滴、漏”、历史工矿企业污染物随意填埋，以及非正规垃圾填埋场渗漏。历史关停搬迁工业用地，地块几经易手，企业历史生产信息缺失，给精准布点和地下水污染排摸带来了很大的困难。*基金项目：上海市科委启明星项目（21QB1404200）收稿日期：2022-11-28；录用日期：2023-03-03第 31 卷第 2 期2023年4月环境卫生工程Environmental Sanitation EngineeringVol.31 No.2Apr.2023环境卫生工程2023 年 4 月第 31 卷第 2 期我国主要的地下水调查和污染情况刻画方法是利用稀疏的钻孔监测数据和随机羽流插值方法，模拟未采样位置的污染物浓度，进而刻画地下水污染范围2。但由于含水层和地质结构的复杂性、目前的理论水平和认识程度有限，地下水模拟模型和实际地下水系统存在差异，地下水模拟具有一定的不确定性3。克里金法（Kriging 法）是我国广泛用于污染物羽流表征的随机方法之一，能够在现场点位观测值之间进行插值4-6，通过地统计学模型模拟出地下水污染范围。地统计 Kriging 法是一种比较先进的插值方法，插值精度通常较为精确7-11，但 Kriging 法对数据进行平滑处理后会抹平污染高值区域12，从而忽视了空间变化剧烈的重点关注区域13。特别是非均质低渗透地层条件下，难以精准调查和 刻 画 地 下 水 污 染 情 况14。在 实 际 工 作 中，Kriging 法模拟出的地下水污染范围过于保守，大于实际污染范围，造成地下水的过度修复。精准模拟的前提是采样点数量，采样点越多越能反映真实的污染范围。实际上，受限于地下水井和监测分析的成本，只能通过有限的点位来进行推测。因此，为了比较不同采样点数量对地下水污染范围插值的影响，探究准确刻画地下水污染范围的方法，本研究以上海市某地下水污染场地为研究对象，分析不同布点密度对 Kriging法模拟地下水污染范围和修复工程造价的影响；研究地层分析结合基坑探槽的方式判断的地下水污染范围与 Kriging 法插值模拟的地下水污染范围的差异，以期为低渗透地层地下水污染范围的调查和精准刻画提供可靠参考依据。2环境调查方法2.1场地概况本研究区域位于上海市，占地面积为 21 339m2，19992017 年为工业用地。研究区域内历史企业主要涉及的污染行业类型包括化纤织物染整精加工（1752）、专项化学品制造（2662）和其他金属日用品制造铸造及其他金属制品制造（3389），特征污染物类型包括重金属（铜、锌、砷、铅、镍）、氯代烃类挥发性有机物及石油烃（C10C40）。研究区域平面布置如图 1 所示。SS6SS7/GW3某漂染厂SS8SS11/GW6SS12SS15某商贸企业SS19SS20SS1/GW1SS4SS2/GW2B-B 剖面A-A 剖面SS10/GW5SS9/GW4某化工有限公司SS14SS13SS17SS16某金属制品厂SS18/GW7SS3某染整有限公司SS50204060 mN土壤采样点土壤和地下水采样点企业边界地块边界2.2 水文地质条件根据勘探资料，6 m 深度范围内各土层分布状况及其特征如下：层杂填土，层厚 1.503.35 m，层顶高程 5.156.41 m，层底高程 2.453.65 m，褐黄色、黑灰色，松散状，湿，成分以黏性土为主，不均匀，局部区域含大量建筑垃圾和灰黑色淤泥，该层在地块内分布普遍；层粉质黏土，层厚 0.802.90 m，层顶高程 2.453.65 m，层底高程 0.141.52 m，黄褐色、灰黄色，硬塑状，局部坚硬状，含铁锰质氧化物结核，无摇振反应，切面稍有光泽，干强度高、韧性高；层淤泥质粉质黏土，未揭穿，层顶高层 0.141.52 m，黑灰色，软塑，土壤含水率介于很湿到饱和之间，含有机质，具摇振反应，干强度及韧性低。地下水埋深为地面下 1.152.05 m，地下水水位范围为 3.714.76 m（吴淞高程）。地块地质剖面如图 2 所示。876543210-1杂填土杂填土杂填土杂填土杂填土杂填土杂填土杂填土粉质黏土粉质黏土粉质黏土粉质黏土粉质黏土粉质黏土粉质黏土淤泥质粉质黏土淤泥质粉质黏土淤泥质粉质黏土淤泥质粉质黏土淤泥质粉质黏土淤泥质粉质黏土淤泥质粉质黏土淤泥质粉质黏土SS65.209 5SS75.151 1SS85.291 0SS96.362 8SS106.236 53 3.709709 5 53 3.751751 1 13 3.791791 0 04 4.762762 8 84 4.636636 5 5标尺（m）（a）A-A剖面SS45.988 4杂填土杂填土杂填土杂填土杂填土杂填土粉质黏土粉质黏土粉质黏土粉质黏土粉质黏土粉质黏土淤泥质粉质黏土淤泥质粉质黏土淤泥质粉质黏土淤泥质粉质黏土淤泥质粉质黏土淤泥质粉质黏土SS96.362 86.413 1SS165.868 0SS18标尺（m）初见水位淤泥质粉质黏土粉质黏土杂填土（b）B-B剖面图 1研究区域平面及采样布点Figure 1Layout plan and sampling point of the study area图 2工程地质剖面Figure 2Engineering geological section876543210-14 4.288288 4 44 4.762762 8 84 4.368368 0 04 4.713713 1 1 162.3地下水污染状况根据 HJ 25.22019 建设用地土壤污染风险管控和修复 监测技术导则及 HJ 25.12019 建设用地土壤污染状况调查 技术导则等规范的相关要求进行布点及采样15-16。采集对象为土壤和地下水，布点方法为利用系统布点法，将地块按 1 600 m2划分网格布设土壤监测点，并保证网格内土壤监测点位于地块内历史企业的构筑物内。地下水监