林 康 李 穎 王占生 詹先波 姬 竟 王江力

(1.中國石油集團安全環(huán)保技術研究院有限公司;2.長江大學;3.中石油煤層氣有限責任公司韓城采氣管理區(qū);4.長慶油田分公司第十二采油廠)

0 引 言

隨著我國城鎮(zhèn)化進程不斷加快,部分經(jīng)濟迅速發(fā)展的地區(qū)工業(yè)企業(yè)搬遷或停產(chǎn)呈現(xiàn)普遍趨勢,并遺留了數(shù)量超過50萬塊的復雜污染場地[1-3]。污染場地通過堆積、儲存、處理、處置等方式產(chǎn)生有害物質(zhì),對人體健康和周邊環(huán)境構成超出可接受水平的潛在風險[4-5]。為貫徹《污染地塊土壤環(huán)境管理辦法(試行)》《關于保障工業(yè)企業(yè)場地再開發(fā)利用環(huán)境安全的通知》《關于加強工業(yè)企業(yè)關停、搬遷及原址場地再開發(fā)利用過程中污染防治工作的通知》等相關文件要求,保障國民健康和環(huán)境安全,污染場地在進行土地流轉(zhuǎn)和開發(fā)再利用之前須進行健康風險評估[6-9]。

其中,概念模型是健康風險評估的重要組成部分。在健康風險評估過程中,需要建立不同暴露途徑下的污染概念模型以描述污染物的暴露過程[10],概念模型以直觀方式表征污染場地實際情況,向利益相關者傳遞場地相關信息,并指導風險評估工作人員后續(xù)管理決策,尤其在彌補場地數(shù)據(jù)缺口、降低不確定性等方面都起到關鍵性作用[11-12]。因此,建立具有科學依據(jù)的概念模型的相關研究對場地再利用具有重要的現(xiàn)實意義。本文通過查閱國內(nèi)外相關文獻對概念模型的構建和應用進行梳理和探討。

1 概 述

1.1 污染場地概念模型的定義

在污染場地的健康風險評價中,建立客觀、準確的污染場地概念模型尤為重要,一般構建于調(diào)查初期,是健康風險評估的基礎。污染場地概念模型是指在充分整合場地信息的基礎上,以文字、圖表等方式,對場地污染源釋放的有毒有害物質(zhì)通過環(huán)境介質(zhì)(土壤、空氣、地表水、地下水等)進入人體并對場地周邊的居民和工作人群產(chǎn)生潛在健康影響的概化描述[13-14]。因此,場地概念模型包含了污染源、污染物的遷移途徑、人體接觸污染的介質(zhì)和接觸方式等方面,體現(xiàn)了“污染源-暴露途徑-風險受體(源-徑-匯)”的過程,其常見構建形式如圖1所示。

圖1 常見污染場地概念模型

1.2 構建概念模型的目的及原則

構建概念模型的目的包括[15-16]:1)幫助風險評估相關工作人員從整體上把握和分析污染場地的風險;2)作為項目團隊和利益相關方人員的溝通工具,概念模型直觀簡潔的表達形式有助于明確評估對象的“源-徑-匯”關系;3)為風險評估的組織和實施工作提供理論依據(jù),即風險評估的定量模型應建立在概念模型的基礎上。

概念模型的構建須滿足三個模型概化原則[17-18]:1)實用性。概念模型的建立應與現(xiàn)有的科學技術相適應,已達到解決污染場地模擬和管理的目的;2)完整性。為了概念模型能夠盡量真實全面地反映污染場地的實際情況,需要相關人員對現(xiàn)場進行詳細調(diào)查并收集各種信息,相對而言,前期調(diào)查越精細,則有利于后期場地的風險管控和污染修復精準把握,也有助于降低相應成本,因此,為保證概念模型的完整性,應精準定位污染源,并詳細刻畫地塊污染區(qū)域水文地質(zhì)條件、污染范圍及污染遷移分布特征;3)處理好概化與精度的矛盾:概化的準確程度決定了概念模型與實際污染場地的差異程度,在概化過程中,須充分協(xié)調(diào)好模型簡化和精確性的平衡關系,避免出現(xiàn)追求簡單而產(chǎn)生不確定性或追求精度而使模型復雜化的情況。

2 國外研究現(xiàn)狀

國際上針對概念模型的構建較為重視,陸續(xù)制定一系列標準和技術導則。1995年美國材料與試驗協(xié)會(US-ASTM)首次頒布了《建立污染場地概念模型的標準指南》[19](Standard Guide for Developing Conceptual Site Models for Contaminated Sites),該標準幾經(jīng)修訂,先后頒布了ASTM E1689-95、ASTM E1689-95(2003)e1、ASTM E1689-95(2008)、ASTM E1689-20多個版本,給出了通用概念模型的主要組成部分,提供概念模型構建的大綱。指南將污染場地的概念模型定義為:污染物由源頭通過環(huán)境介質(zhì)傳輸?shù)江h(huán)境受體的一系列物理、化學和生物過程的文字或圖形的表達,即對污染物釋放、污染物遷移和環(huán)境受體暴露過程的整合和描述。指南ASTM E1689將概念模型構建工作概化為6步(具體見表1)。美國新澤西州環(huán)境保護局為幫助污染場地修復工作人員了解確定污染場地關注污染物的影響范圍及其對受體造成的危害,于2019年頒布了《編制和提交場地概念模型的技術導則》[20](Technical Guidance for Preparation and Submission of a Conceptual Site Model),該導則認為概念模型的目標是描述污染場地特征及地表和地下狀況的一種迭代更新工具,在項目整個周期中,應隨所獲場地信息的不斷豐富而進一步完善。初期概念模型通?；诓煌暾男畔嫿?通過定期評估概念模型的完整性,可以更容易地確定并處理數(shù)據(jù)缺口,以確保相關工作人員對污染物影響的了解完整貼合實際。通過此迭代過程開發(fā)概念性場地模型,可以做出補救決策,以有效解決和保護受影響的潛在受體。明確識別與概念現(xiàn)場模型相關的不確定性,以便努力將這些不確定性降低至可接受水平。2019年英國標準學會(BSI)頒布了《潛在污染場地的概念模型》[21](Conceptual Site Models for Potentially Contaminated Sites),該標準指出污染場地概念模型是所有場地相關信息的綜合,可用于場地規(guī)劃調(diào)查、場地風險評估以及場地修復工作,同時該標準也給出了不同的概念模型構建步驟,具體見表1。

表1 概念模型國外文獻對比

從表1可看出,對比國外各個標準或?qū)t文件,對于污染場地概念模型構建呈現(xiàn)明確的工作思路,主要是以“源-徑-匯”為主線,借助可獲得的場地信息,形成從確認污染源、環(huán)境介質(zhì)和潛在受體、遷移途徑到整合完整描述暴露途徑的概念模型構建框架,使得概念模型每一步做到詳細可靠,以便于支持場地風險評估和修復的科學決策。

3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

相較于國外成熟的標準體系,國內(nèi)對于概念模型的研究甚少。安海金等[22]以山西某停產(chǎn)焦化企業(yè)為研究對象,主要通過資料收集、現(xiàn)場踏勘等方式識別關注污染物種類及特征、污染物遷移途徑、潛在受體、暴露途徑等信息,經(jīng)整合概化后以“源-徑-匯”為依據(jù)構建了焦化廠初步污染概念模型,并指出概念模型是場地調(diào)查和場地風險評估過程中建立和完善的。鐘茂生等[23]以北京某有機污染場地為例,結合場地未來利用規(guī)劃,構建特定概念模型并推導風險值計算公式,與現(xiàn)行評估技術導則基于通用概念模型的風險值計算結果相比存在差異,因此指出污染場地風險評估過程中不應盲目套用技術導則的概念模型,而應當根據(jù)場地實際未來建筑結構特征做出調(diào)整和修正。李培中等[24]在對場地環(huán)境精準調(diào)查的研究中指出,國內(nèi)目前場地概念模型的構建主要基于危害識別,在對場地進行初步調(diào)查和詳細調(diào)查后并未及時迭代更新概念模型,從而造成后期工作的諸多問題。因此,李采用逐階段優(yōu)化的全周期場地概念模型,包括三個階段。1)初步概念模型:通過匯總場地已有信息初步確定污染場地潛在污染區(qū)域、污染源、污染遷移途徑、受體等基本情況,有利于后續(xù)場地調(diào)查采樣與分析工作的開展。2)基礎概念模型:主要形成于場地初步采樣調(diào)查后,根據(jù)獲得的污染物類型和特征、水文地質(zhì)條件,初步確認污染分布和污染區(qū)域邊界后,對初步概念模型進行適度調(diào)整。3)污染表征概念模型:主要形成于場地詳細調(diào)查后,以高精度調(diào)查的方式獲得準確數(shù)據(jù)進行綜合分析,并選擇合適三維表征工具進一步完善概念模型。姜登登等[25]為探究地下水埋深高于地下建筑物底板情景下污染物蒸氣入侵的過程,構建了特定情景概念模型,并將考慮孔隙、裂隙入滲情況下計算得到的地下水暴露量及室內(nèi)空氣中VOCs濃度與直接套用現(xiàn)行文件HJ 25.3—2019《建設用地土壤污染風險評估技術導則》(以下簡稱“《技術導則》”)的計算所得結果進行對比,發(fā)現(xiàn)《技術導則》中概念模型相較于特定情景概念模型,對場地實際存在一定程度簡化,使得基于概念模型的數(shù)學計算結果過于保守、缺乏準確性,從而增加污染場地管理和修復成本。

除上述文獻對概念模型的研究較為深入,目前檢索到的概念模型相關文獻主要在場地健康風險評估危害識別和暴露評估環(huán)節(jié)中應用[26-35],僅以一段話或一張圖的形式簡單帶過,無法完整細致地展現(xiàn)污染場地的全貌?？梢?概念模型在實際運用中不夠系統(tǒng),容易在風險評估過程中被忽視。

4 目前存在的不足

盡管目前概念模型在風險評估中的重要作用得到相關研究人員的廣泛認可,但針對污染場地概念模型的研究尚存在以下方面的不足。

1)相較于國外,國內(nèi)概念模型的構建流程尚未形成規(guī)范體系。迄今為止,國外已制定并頒布了有關污染場地概念模型的技術導則和標椎,但國內(nèi)還未出臺具體、明確的污染場地概念模型的標準化文件。生態(tài)環(huán)境部頒布的HJ 682—2019《建設用地土壤污染風險管控和修復術語》[13]雖給出了概念模型的基本定義:用文字、圖、表等方式來綜合描述污染源、污染物遷移途徑、人體或生態(tài)受體接觸污染介質(zhì)的過程和接觸方式等,但對于概念模型的包含內(nèi)容、適用范圍和構建方法并未明確規(guī)定?！都夹g導則》是國內(nèi)目前最為成熟和權威的建設用地土壤污染風險評估技術文件,該導則規(guī)定了五個方面的場地風險評估工作程序,包括危害識別、暴露評估、毒性評估、風險表征及風險控制值計算。其中危害識別、暴露評估工作程序,涵蓋了構建場地概念模型的主要工作,卻也未提及構建場地概念模型的要求和工作程序。但在實際的場地風險評估工作中,大多數(shù)評估報告都涉及了對地塊概念模型的構建,而構建的方法和結果呈現(xiàn)缺乏規(guī)范文件的理論指導,只能依賴評估人員的經(jīng)驗和技術水平,最終影響評估結果的準確性。

2)目前,概念模型對實際污染場地描述不夠全面、準確。在所獲場地信息不夠全面的情況下構建的概念模型,可能存在過度概化污染物賦存空間位置、污染物遷移途徑和環(huán)境受體暴露過程的問題,從而導致構建的概念模型與實際污染場地的差異較大。此外,照搬國外概念模型的問題也將導致模型描述失真。首先,在建筑結構中,國外一般以低于2層獨棟別墅為主,而中國則以高層住宅為主,基于獨棟別墅的模型假設不能用于描述高層建筑的實際情況也就不適用于我國高層住宅的風險評估。其次,在地下結構中,國內(nèi)導則中通用污染概念模型采用的Johnson-Ettinger模型,模型假設未來建筑位于污染地下水垂直正上方,地下建筑物底板要高于地下水水位線,兩者之間存在包氣帶,污染物通過底板裂縫進入建筑內(nèi)部,未考慮污染地下水直接接觸入滲地下建筑物造成人體暴露的情景。城市建設地下建筑物以混凝土結構為主,地下水埋深高于地下建筑底板的情景較為常見,因此對于地下水位較高的地區(qū)(如長三角地區(qū)、珠三角地區(qū)等沿海地帶)開展風險評估時,需考慮地下水直接入滲地下室的情況,直接套用現(xiàn)有導則中的通用污染概念模型來計算室內(nèi)污染物濃度偏離客觀事實,無法為污染風險評估和后續(xù)風險管控提供科學支撐。

5 展 望

污染場地開發(fā)再利用是解決我國土地利用資源日益短缺的重要手段,在污染場地管理過程中的構建概念模型起到了精煉場地信息、幫助相關人員了解場地“源-徑-匯”的關鍵作用,然而在概念模型相關研究中仍然存在一些問題。針對本文提到的問題,建議在未來風險評估工作中:

1)有關組織和部門發(fā)布概念模型開發(fā)和應用的權威性文件,以指導和規(guī)范污染場地概念模型的構建流程,幫助相關工作人員充分了解場地污染情況,從而有效提高污染場地的風險評估效率和準確度。

2)在實際概念模型的構建工作中,應避免簡單套用國外概念模型,要在充分了解我國建筑類型特點、場地地下水位等相關信息的基礎上,結合污染場地不同風險評估階段,持續(xù)更新迭代污染場地的概念模型,使概念模型在不同階段的完善過程中逐漸貼和場地的真實情況,為后續(xù)場地污染的管理決策提供科學指導。