土壤修复污染范围的判定方法与流程

本发明涉及土壤修复技术领域，特别是涉及一种土壤修复污染范围的判定方法。

背景技术：

在土壤修复项目设计与实施过程中，首先要面对的重要问题是修复范围的划定。目前主流范围判定方式，是根据场内采样布点情况，采用反距离插值方式模拟出各深度层上土壤污染物的分布情况，并分别划定各层的污染范围。

但是通过此方法划定的污染范围相较于实际情况往往偏大，导致修复工程量增加，可能对场地产生过度修复；此外由于各深度分层在划分修复边界时单独进行，没有考虑互相之间的纵向关系，最终往往导致在上下层污染范围边界重叠处交错混杂，不同深度层边界叠加至平面上后错层现象严重，非常不利于进一步的技术方案设计和实际施工设计，增大了后续工作的工作量，对修复项目的论证、施工、评审、验收等环节均造成一定的不利影响。

技术实现要素：

本发明提供一种判定准确率高，可有效避免在上下层污染范围重叠处产生的错层现象的一种土壤修复污染范围的判定方法。

解决的技术问题是：现有方法判定的污染范围较实际情况偏大，容易造成过度修复，导致资金与资源浪费，且在上下层边界处产生严重的错层现象，难以现场施工。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种土壤修复污染范围的判定方法，包括以下步骤：

步骤一、数据采集和处理：对采集的原始场地数据提取信息并进行统计分析；

步骤二、利用泰森多边形进行分区：将污染点位数据对应投影在场地平面上，进行平面分区；

步骤三、进行场地分层，并界定各层分区已知的污染层级；在场地各个分层均完成泰森多边形分区后，将属于相应深度分层内的采样样品点位投影至平面，根据相应层内的取样点污染物数据得到相应泰森分区内的污染程度；

步骤四、对各层污染物采用克里金插值模拟，根据插值结果比对并补充未知分区污染层级；

步骤五、统计修复方量：统计各层修复方量、总修复方量和各层的污染分区方量；

步骤六、导出拐点坐标，生成待修复区的开挖拐点，用于后续的土壤修复施工。

本发明一种土壤修复污染范围的判定方法，进一步的，步骤二中，平面分区的方式为在场地红线范围内，根据所有已存在的采样点位进行泰森多边形划分，得到场地范围内的泰森分区，之后根据污染物在纵向的分布规律，对土壤进行深度分层，并对每个深度分层都按照同样的泰森分区进行区域划分。

本发明一种土壤修复污染范围的判定方法，进一步的，步骤二中泰森分区的具体划分包括以下步骤：

2.1、在场地红线范围内，按照从左到右、自上而下的顺序将污染点数据导入arcgis软件；

2.2、在所有点中划分出符合德洛内准则的不规则三角网；

2.3、根据污染物分布深度、污染物浓度分布特点、土壤地质结构及地下水分布特征等因素，对场地内待修复土壤进行纵向分层，指定每一层的深度范围；

2.4、纵向分层划分完成后进行单层分区，划分原则为将每层地块均按照所有点划分出的泰森多边形网进行分区。

本发明一种土壤修复污染范围的判定方法，进一步的，步骤三中具体的分层定级方式包括以下步骤：

3.1、确定每个泰森分区内的污染物浓度；

根据泰森多边形算法，每个泰森分区内只会有一个取样点，该取样点内的全部样品数据，取其中各污染物的最大浓度值作为本区域的污染物浓度；

3.2、确定每个泰森分区的污染层级；

根据取样点所有污染物的浓度判定污染层级，具体分为无污染、轻度污染和重度污染；

3.3、比较每个泰森分区内取样点内所有污染物各自的污染层级，并取各污染物污染层级中最高值确定为本泰森分区的污染层级。

本发明一种土壤修复污染范围的判定方法，进一步的，步骤四中的模拟补充方法包括以下步骤：

4.1、采用克里金插值法，在每个平面分层内对每种污染物进行一次克里金插值模拟，模拟出该污染物在全场区内的浓度分布梯度；

4.2、针对各层内每种污染物模拟出的浓度梯度分布，采用步骤三中确定的污染物层级进行概化，将每种污染物按照各自污染层级划分出轻重污染范围；之后将每个平面分层内所有污染物的轻重梯度范围进行叠加，取各污染物中污染层级最重的范围边界进行融合，得到总的污染梯度分布；

4.3、将每一层的总污染梯度分布图与步骤3.3中泰森分区的污染梯度分布叠加。

本发明一种土壤修复污染范围的判定方法，进一步的，步骤4.3中，当将总污染梯度分布图与步骤3.3得到的泰森分区进行比对，部分分区中两种方式判定结果不一致时，调取该区域与周边区域的采样结果进行人工比对判定。

本发明一种土壤修复污染范围的判定方法，进一步的，步骤四中对于部分泰森分区采样点位在该深度无采样样品，缺乏采样数据用于判定该区域内污染层级的情况，采用克里金插值模拟的方式推测该区域内的污染程度，对各分层区域中各目标污染物分别进行插值并叠加得出总污染梯度分布图，之后综合判断缺乏点位信息的泰森分区的污染层级。

本发明一种土壤修复污染范围的判定方法，进一步的，步骤五中各参数的确定方法包括以下步骤：

5.1、根据步骤二得到的泰森分区和步骤四得到的各层的污染物污染层级分布，确定污染物的污染范围；高于修复目标的污染区域均认为在修复范围内；

5.2、根据各平面分层的深度范围与修复范围，得出各污染分区范围内的土方量；

5.3、根据步骤5.2得到的各污染分区范围内的土方量，确定该污染层级内的总污染土方量；

5.4、将各污染层级内的污染范围进行叠加，得出总平面修复范围和总污染土壤土方量。

本发明一种土壤修复污染范围的判定方法，进一步的，步骤5.2中土方量的具体确定方法为各污染分区的面积乘以该平面层的厚度。

本发明一种土壤修复污染范围的判定方法与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明提出了一种明确的土壤修复范围判定方式并提供了一套对应的土壤修复范围判定实施方法，通过分析土壤采样点位的检测数据、修复目标值以及深度分层信息，即可划定总的土壤修复范围和各深度分层上的土壤修复范围，且可包括污染物种类、污染浓度等信息，便于技术方案和施工方案编制阶段进行工艺设计。

基本发明于泰森多边形分区，优化拐点坐标，避免开挖边界过于复杂。确定修复边界同时就已经完成边界优化工作，避免后期再进行边界优化时产生纠纷。

本发明利用泰森多边形与克里金插值结合判定污染范围：基于泰森多边形分区，优化拐点坐标，避免开挖边界过于复杂；并在通过泰森多边形分区中无法确定污染程度的区域内，采用克里金插值的方式进行污染物分布模拟，采用主要地块依据泰森多边形内点位数据进行判定，其余未知地块采用克里金插值与反距离插值结合的方式进行辅助判定，避免过度测定修复方量；结合判断相应区域内的污染物分布程度，相比较其它插值方法而言增强了模拟精度。

本发明各层土壤统一采用泰森多边形方式分区：不同于传统污染范围判定方法中对各层分别判定范围后单独分区，最终导致各层范围边界之间交错情况严重的情况；本发明在判断土壤修复范围时首先采用统一的泰森多边形分区方式对对各层进行统一分区，之后再判断各层内各个分区的污染程度，不同层之间修复边界重合度高，最终得到的各层范围之间错层现象明显改善，便于进行进一步的工艺设计和施工设计。

下面结合附图对本发明的一种土壤修复污染范围的判定方法作进一步说明。

附图说明

图1为本实施例中的场地内范围内的泰森分区；

图2为本实施例中第一层土壤分区的泰森多边形污染层级；

图3为本实施例中第一层土壤分区的克里金插值模拟污染分区；

图4为本实施例中第一层综合模拟结果对泰森多边形污染分区进行补充后的分区。

具体实施方式

本方法在污染范围判定中结合采用了泰森多边形与克里金插值联用的方法，提高了模拟精度，可以更符合实际的对土壤污染范围和方量进行判定。同时因为在场地分区过程中对各层采用统一的分区方式，可以有效避免在上下层污染范围重叠处产生边界交错的错层现象，极大的方便后续工艺设计与工程实施。此外，通过本发明方式进行污染范围判定后，各个分区内还可留存相应区域内的污染物种类、污染物浓度等信息，便于在后续工艺设计时根据各分区特点进行针对性修复方案设计。

本发明一种土壤修复污染范围的判定方法，可以根据场地调查结果与场地修复目标值，通过泰森多边形分区与反距离差值、克里金插值组合模拟的方式判定出合理的场地修复范围与污染分区，并在各深度层上进行规整的分区划分，避免分区错层现象的出现，提高分区设计的可操作性。

本实施例中以山西省某焦化场地为试验区域，该场地主要污染物为苯系物、多环芳烃和石油烃，为国内典型有机物污染场地，实地进行验证试验，具体包括以下步骤：

步骤一、数据采集和处理：

原始的场地数据是通过对不同污染点进行土壤采样，并经过实验分析得到的；根据原始场地数据，提取每个污染点数据的详细信息，并对初始数据进行统计分析；

每个污染点数据提取的信息包括：采样点位、样品名称、采样坐标、采样深度和各目标污染物浓度。

采样点分布基于以下原则：首先进行场地历史分析，进行可疑污染源判定，在如生产厂房、储存车间、罐体等可疑位置进行布点取样，之后根据样品检测分析结果在全厂区内进行加密布点，加密布点参照《场地环境调查技术规范》中的布点密度要求，并结合场地特征在污染区域内适当加密。

本实例中共布设采样点100余个，分布原则为全厂区内无污染区域40~80m间距布点，污染区域内与周边20m间距布点。

步骤二、利用泰森多边形进行分区：将污染点位数据对应投影在场地平面上，进行平面分区；

具体的，将整理后的污染点位数据导入arcgis软件或其他具有相同功能的软件，然后将采样点位按照采样坐标投影至平面上进行分区。

平面分区的思路为，在场地红线范围内，根据所有已存在的采样点位进行泰森多边形划分，得到场地范围内的泰森分区，之后根据污染物在纵向的分布规律，对土壤进行深度分层，并对每个深度分层都按照同样的泰森分区进行区域划分。

具体到本实施例中，具体的划分包括以下步骤：

2.1、在场地红线范围内，按照从左到右、自上而下的顺序将污染点数据导入arcgis软件；

2.2、在所有点中划分出符合德洛内准则（即每个三角形外接圆内不包含其它点）的不规则三角网；

2.3、根据污染物分布深度、污染物浓度分布特点、土壤地质结构及地下水分布特征等因素，对场地内待修复土壤进行纵向分层，指定每一层的深度范围；

通常情况下由于表层土壤污染相对较重且变动范围较大，每层深度范围取1~2m；深层土壤污染物浓度相对较低，且分布较为均匀，可适当增加每层深度范围，如2~3m；

2.4、纵向分层划分完成后进行单层分区，划分原则为将每层地块均按照所有点划分出的泰森多边形网进行分区，以此方法划分后各个单层的平面分区方式统一，便于进行步骤三中的污染层级判定。

本实施例中的场地内范围内的泰森分区如图1所示。

步骤三、进行场地分层，并界定各层分区已知的污染层级；在场地各个分层均完成泰森多边形分区后，将属于相应深度分层内的采样样品点位投影至平面，根据相应层内的取样点污染物数据得到相应泰森分区内的污染程度；

具体的分层定级方式具体包括以下步骤：

3.1、确定每个泰森分区内的污染物浓度；

根据泰森多边形算法，每个泰森分区内只会有一个取样点，该取样点内可能有一个或多样品数据，当有多个样品数据时取各污染物的最大浓度值作为本区域的污染物浓度；

3.2、确定每个泰森分区的污染层级；

根据取样点所有污染物的浓度判定污染层级，如无污染、轻度污染和重度污染，具体的层级划分标准根据场地修复目标值、污染物浓度与超标倍数、修复工艺处理难度和修复工艺的选择进行判定。

在本例中，无污染判定标准为污染物未检出或浓度低于修复目标；轻度污染的判定标准为污染物超标倍数为修复目标3倍以内，且可以采用化学氧化工艺通过投加修复药剂的方式处理达标；重度污染判定标准超标倍数为3倍以上，需采用异位热脱附工艺进行修复。

3.3、比较每个泰森分区内取样点内所有污染物各自的污染层级，并取各污染物污染层级中最高值确定为本泰森分区的污染层级。

本实施例中的上部第一层分区的污染层级如图2所示。

步骤四、对各层污染物采用克里金插值模拟，根据插值结果比对并补充未知分区污染层级；

由于本方法在进行泰森多边形分区时为避免各层边界发生错层行为，因此各层分区原则均基于全部采样点位的空间关系；在各层内根据相应深度采样点位数据进行污染层级判定时，对于部分泰森分区采样点位在该深度无采样样品，缺乏采样数据用于判定该区域内污染层级的情况；作为补充，采用克里金插值模拟的方式推测该区域内的污染程度，对各分层区域中各目标污染物分别进行插值并叠加得出总污染梯度分布图，之后综合判断缺乏点位信息的泰森分区的污染层级。

在本实施例中，具体的模拟补充方法包括以下步骤：

4.1、采用克里金插值法，在每个平面分层内对每种污染物进行一次克里金插值模拟，模拟出该污染物在全场区内的浓度分布梯度；

在本实例中，场地目标污染物有12种，共划分5个平面分层，所以在每个分层内进行12次克里金插值模拟，一共进行60次插值模拟；

4.2、针对各层内每种污染物模拟出的浓度梯度分布，采用步骤三中确定的污染物层级进行概化，将每种污染物按照各自污染层级划分出轻重污染范围；之后将每个平面分层内所有污染物的轻重梯度范围进行叠加，取各污染物中污染层级最重的范围边界进行融合，得到总的污染梯度分布；

4.3、将每一层的总污染梯度分布图与步骤3.3中泰森分区的污染梯度分布叠加；

将总污染梯度分布图与步骤3.3得到的泰森分区进行比对，如部分分区中存在两种方式判定结果不一的情况，则调取该区域与周边区域的采样结果进行人工比对判定；

4.4、泰森分区内可能存在因缺乏采样点，从而导致无法通过3.3步骤判断污染层级的区域，这些区域采用总污染梯度分布图进行辅助判定，补全该层内所有泰森分区的污染层级；

本实施例中第一层分区，经由污染物差值模拟辅助判断的污染分区如图3所示，综合模拟结果对泰森多边形污染分区进行补充后的分区如图4所示。

步骤五、统计修复方量：统计各层修复方量、总修复方量和各层的污染分区方量；

具体的统计方法如下：

5.1、根据步骤二得到的泰森分区和步骤四得到的各层的污染物污染层级分布，确定污染物的污染范围；高于修复目标的污染区域（轻度、和重度污染）认为在修复范围内；

5.2、根据各平面分层的深度范围与修复范围，得出各污染分区范围内的土方量；

土方量的具体确定方法为各污染分区的面积乘以该平面层的厚度；

本实例中以第一层为例，本层深度范围为0~2m，厚度为2m，经过前四步判断后轻度污染面积约为3.5万m2，重度污染面积约为3.8万m2；因此轻度污染方量约为7万m3，重度污染面积约为7.6万m3；

5.3、根据步骤5.2得到的各污染分区范围内的土方量，确定该污染层级内的总污染土方量；

本实施例中，上部第一层污染层级内的总污染土方量为14.6万m3；

5.4、将各污染层级内的污染范围进行叠加，得出总平面修复范围和总污染土壤土方量；

本实施例中，总污染土壤的土方量约为29万m3。

步骤六、导出拐点坐标，生成待修复区的开挖拐点，用于后续的土壤修复施工；

通过arcgis软件导出各工艺分区的拐点坐标，生成待修复区的开挖拐点，用于后续的土壤修复施工。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：

1.一种土壤修复污染范围的判定方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、数据采集和处理：对采集的原始场地数据提取信息并进行统计分析；

步骤二、利用泰森多边形进行分区：将污染点位数据对应投影在场地平面上，进行平面分区；

步骤三、进行场地分层，并界定各层分区已知的污染层级；在场地各个分层均完成泰森多边形分区后，将属于相应深度分层内的采样样品点位投影至平面，根据相应层内的取样点污染物数据得到相应泰森分区内的污染程度；

步骤四、对各层污染物采用克里金插值模拟，根据插值结果比对并补充未知分区污染层级；

步骤五、统计修复方量：统计各层修复方量、总修复方量和各层的污染分区方量；

步骤六、导出拐点坐标，生成待修复区的开挖拐点，用于后续的土壤修复施工。

2.根据权利要求1所述的一种土壤修复污染范围的判定方法，其特征在于：步骤二中，平面分区的方式为在场地红线范围内，根据所有已存在的采样点位进行泰森多边形划分，得到场地范围内的泰森分区，之后根据污染物在纵向的分布规律，对土壤进行深度分层，并对每个深度分层都按照同样的泰森分区进行区域划分。

3.根据权利要求2所述的一种土壤修复污染范围的判定方法，其特征在于：步骤二中泰森分区的具体划分包括以下步骤：

2.1、在场地红线范围内，按照从左到右、自上而下的顺序将污染点数据导入arcgis软件；

2.2、在所有点中划分出符合德洛内准则的不规则三角网；

2.3、根据污染物分布深度、污染物浓度分布特点、土壤地质结构及地下水分布特征等因素，对场地内待修复土壤进行纵向分层，指定每一层的深度范围；

2.4、纵向分层划分完成后进行单层分区，划分原则为将每层地块均按照所有点划分出的泰森多边形网进行分区。

4.根据权利要求1所述的一种土壤修复污染范围的判定方法，其特征在于：步骤三中具体的分层定级方式包括以下步骤：

3.1、确定每个泰森分区内的污染物浓度；

根据泰森多边形算法，每个泰森分区内只会有一个取样点，该取样点内的全部样品数据，取其中各污染物的最大浓度值作为本区域的污染物浓度；

3.2、确定每个泰森分区的污染层级；

根据取样点所有污染物的浓度判定污染层级，具体分为无污染、轻度污染和重度污染；

3.3、比较每个泰森分区内取样点内所有污染物各自的污染层级，并取各污染物污染层级中最高值确定为本泰森分区的污染层级。

5.根据权利要求1所述的一种土壤修复污染范围的判定方法，其特征在于：步骤四中的模拟补充方法包括以下步骤：

4.1、采用克里金插值法，在每个平面分层内对每种污染物进行一次克里金插值模拟，模拟出该污染物在全场区内的浓度分布梯度；

4.2、针对各层内每种污染物模拟出的浓度梯度分布，采用步骤三中确定的污染物层级进行概化，将每种污染物按照各自污染层级划分出轻重污染范围；之后将每个平面分层内所有污染物的轻重梯度范围进行叠加，取各污染物中污染层级最重的范围边界进行融合，得到总的污染梯度分布；

4.3、将每一层的总污染梯度分布图与步骤3.3中泰森分区的污染梯度分布叠加。

6.根据权利要求5所述的一种土壤修复污染范围的判定方法，其特征在于：步骤4.3中，当将总污染梯度分布图与步骤3.3得到的泰森分区进行比对，部分分区中两种方式判定结果不一致时，调取该区域与周边区域的采样结果进行人工比对判定。

7.根据权利要求5所述的一种土壤修复污染范围的判定方法，其特征在于：步骤四中对于部分泰森分区采样点位在该深度无采样样品，缺乏采样数据用于判定该区域内污染层级的情况，采用克里金插值模拟的方式推测该区域内的污染程度，对各分层区域中各目标污染物分别进行插值并叠加得出总污染梯度分布图，之后综合判断缺乏点位信息的泰森分区的污染层级。

8.根据权利要求1所述的一种土壤修复污染范围的判定方法，其特征在于：步骤五中各参数的确定方法包括以下步骤：

5.1、根据步骤二得到的泰森分区和步骤四得到的各层的污染物污染层级分布，确定污染物的污染范围；高于修复目标的污染区域均认为在修复范围内；

5.2、根据各平面分层的深度范围与修复范围，得出各污染分区范围内的土方量；

5.3、根据步骤5.2得到的各污染分区范围内的土方量，确定该污染层级内的总污染土方量；

5.4、将各污染层级内的污染范围进行叠加，得出总平面修复范围和总污染土壤土方量。

9.根据权利要求8所述的一种土壤修复污染范围的判定方法，其特征在于：步骤5.2中土方量的具体确定方法为各污染分区的面积乘以该平面层的厚度。

技术总结

本发明涉及土壤修复技术领域，公开了一种土壤修复污染范围的判定方法。本发明包括以下步骤：数据采集和处理；利用泰森多边形进行分区：将污染点位数据对应投影在场地平面上，进行平面分区；进行场地分层，并界定各层分区已知的污染层级；在场地各个分层均完成泰森多边形分区后，将属于相应深度分层内的采样样品点位投影至平面，根据相应层内的取样点污染物数据得到相应泰森分区内的污染程度；对各层污染物采用克里金插值模拟，根据插值结果比对并补充未知分区污染层级；统计修复方量；导出拐点坐标。本发明判定准确率高，可有效避免在上下层污染范围重叠处产生的错层现象。

技术研发人员：李静文;宋子钰;赵倩;徐海珍;徐岳华;刘鹏;李书鹏

受保护的技术使用者：北京建工环境修复股份有限公司

技术研发日：2019.11.11

技术公布日：2020.02.21