一种以土壤中污染物及其代谢物圈定污染羽晕范围的方法与流程

1.本发明涉及地下土壤探测领域，特别涉及一种以土壤中污染物及其代谢物圈定污染羽晕范围的方法。


背景技术：

2.土壤及地下水中vocs蒸气向地表扩散过程中，可发生矿化、产甲烷、甲烷氧化等系列生物地球学反应，导致地表二氧化碳、甲烷高异常，氧气低异常，而在此系列反应较强情况下，至地表vocs可能会被消耗，甚至无法检出；而非挥发性有机物，也会发生系列反应，同样呈现地表二氧化碳、甲烷高异常气低象。可见，以地表土壤气(vocs、二氧化碳、甲烷、o2等)探测地下有机污染，圈定污染羽晕范围，应用前景广阔。
3.而现有的挥发性有机污染场地调查中，采用最多的为钻探技术，并采集不同深度包气带及含水层中样品送至实验室检测，从而调查场地污染情况，时间成本和费用较高。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种以土壤中污染物及其代谢物圈定污染羽晕范围的方法，用以解决对场地圈定污染范围速度慢，对场地环境扰动大，检测时间长、成本高的问题。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
6.一种以土壤中污染物及其代谢物圈定污染羽晕范围的方法，包括：
7.根据需要对待调查场地进行点位布设；
8.对已确定的布设点位进行打孔，并利用探测装置采集检测土壤中的气体浓度；
9.将采集的气体浓度数据采用曲线拟合模型进行曲线拟合，将累计概率曲线分区间，分析并确定各区间最优回归曲线，然后以累计概率曲线中两相邻区间的回归曲线的交点作为分区的阈值进行分区；
10.依据分区阈值并选用插值法，绘制获得各污染指标平面分布图。
11.作为本发明的一种优选方案，根据场地差异采用系统随机布点法、专业判断布点法、分区布点法、系统布点法、正方形网格概率法中的一种或多种方法相结合对所述待调查场地进行点位布设。
12.作为本发明的一种优选方案，所述待调查场地的点位间距可选为300-500m或10-20m。
13.作为本发明的一种优选方案，上述探测的气体浓度为表层土壤中积集的挥发性有机物及其向地表扩散过程中发生矿化、产甲烷、甲烷氧化等生物地球反应产生的生物代谢的气体浓度。
14.作为本发明的一种优选方案，所述挥发性有机物向地表扩散过程发生的生物地球反应包括但不限于矿化、产甲烷、甲烷氧化；
15.所述生物代谢气体包括但不限于co2、o2、ch4、h2、h2s、hcho、nh3。
16.作为本发明的一种优选方案，依据污染源-源区-污染羽三区间模型理论，按线性回归最优化原则，对累计概率曲线进行分区。
17.作为本发明的一种优选方案，所述插值法包括但不限于克里金插值法、反距离加权插值法、自然邻点插值法、最近邻点插值法其中的一种。
18.作为本发明的一种优选方案，所述污染羽晕范围圈定的指标包括但不限于vocs、co2、o2、ch4、h2、h2s、hcho、nh3。
19.综上所述，本发明具有如下有益效果：通过实现对土壤表层仅约50cm的微创操作，即可探测土壤地下层位中的相关气体浓度，也能够快速的圈定污染羽晕的范围，操作简单便捷，大大缩短了场地调查的时间及成本。
附图说明
20.图1为本发明的方法流程示意图。
21.图2为本发明的场地采样点布设示意图。
22.图3为本发明的累积概率线性拟合结果示意图。
23.图4为本发明的污染平面分布示意图。
24.图5为本发明对比的钻探过程中地表50cm深(左图)和地表150cm深(右图)的层位污染平面分布示意图。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
26.在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.实施例一
29.请参阅图1，本发明提供一种以土壤中污染物及其代谢物圈定污染羽晕范围的方法，包括：
30.s100、根据需要对待调查场地进行点位布设。
31.具体地，根据场地差异采用系统随机布点法、专业判断布点法、分区布点法、系统布点法、正方形网格概率法中的一种或多种方法相结合对待调查场地进行点位布设，具体包括：
32.s101、对于场地内土壤特征相近、土地使用功能相同的区域，可采用系统随机布点法进行监测点位的布设。
33.s102、如场地污染特征不明确或场地原始状况严重破坏，可采用系统布点法进行点位布设。
34.s103、对于场地内土地使用功能不同及污染特征明显差异的场地，可采用分区布点法进行点位的布设。
35.s104、对于场地内潜在污染明确的地块，可采用专业判断布点法进行点位的布设。
36.对场地布设点位的间距，根据以下情况进行实施，具体包括：
37.s105、针对整个研究区，目的查明有几个污染源，建议布点间距约为300-500m。
38.s106、针对某一污染源，目的区分污染源区、羽晕及背景，布点间距约为10-20m。
39.s200、对已确定的布设点位进行打孔，并利用探测装置采集检测土壤中的气体浓度。
40.首先，利用钻入设备开凿50-70cm左右土孔；然后，将原位取气装置垂直螺旋钻入该孔，密封收集气体；最后，导气管连接取气装置的出气口和气体检测仪的进气口，开始检测，测定表层土壤中积集的挥发性有机物及其向地表扩散过程中发生矿化、产甲烷、甲烷氧化等生物地球反应产生的生物代谢相关气体的浓度。
41.其中，探测装置为表层土壤气体微扰动探测装置；钻入设备包括但不限于钢钎，且材质也可以是不锈钢、铁、铜等材质；气体检测仪包括但不限于实时gc在线分析、紫外光谱仪、红外光谱仪等气体检测仪器；挥发性有机物向地表扩散过程发生的生物地球反应包括但不限于矿化、产甲烷、甲烷氧化等；生物代谢相关气体包括但不限于co2、o2、ch4、h2、h2s、hcho、nh3等。
42.s300、将采集的气体浓度数据采用曲线拟合模型进行曲线拟合，将累计概率曲线分区间，分析并确定各区间最优回归曲线，然后以累计概率曲线中两相邻区间的回归曲线的交点作为分区的阈值进行分区。
43.其中，通过曲线拟合，确定衡量参数、显著性系数和相关系数。并且依据污染源-源区-污染羽三区间模型理论，按线性回归最优化原则，对累计概率曲线进行分区。
44.s400、依据分区阈值并选用插值法，绘制获得各污染指标平面分布图。
45.其中，插值法包括但不限于克里金插值法、反距离加权插值法、自然邻点插值法、最近邻点插值法其中的一种。且污染羽晕范围圈定的指标包括但不限于vocs、co2、o2、ch4、h2、h2s、hcho、nh3等。
46.本发明中的实施例通过实现对土壤表层仅约50cm的微创操作，即可探测土壤地下层位中的相关气体浓度，也能够快速的圈定污染羽晕的范围，操作简单便捷，大大缩短了场地调查的时间及成本。
47.实施例二
48.为了更加清楚地阐明本发明，下面以某场地污染区域为一具体实例进行阐述。
49.(1)样品点布设
50.本次调查为某场地中的一污染区的初步调查，对于待调查区域，根据数理统计要求，采用网格布点法对待调查场地进行了点位布设。实际布点过程结合场地实际硬化、绿化、土地利用情况等，对拟定点位进行了调整。参阅图2，东西方向上点位间距约10m左右，南北方向上由于场地土地利用类型限制，设置的点位间距约20m左右。具体布点位置如下图1所示，共布设45个表土气采样点。
51.(2)数据采集与检测
52.利用钻入设备在已布设点位处开凿70cm左右土孔，然后，将原位取气装置垂直螺旋钻入该孔，密封收集气体，导气管连接土壤取气装置的出气口和气体检测仪的进气口，利用表层土壤气体微扰动探测装置，测定表层50cm左右土壤中积集的挥发性有机物及其向地表扩散过程中发生矿化、产甲烷、甲烷氧化等生物地球反应产生的生物代谢相关气体的浓度。本次调查对布置的各采样点的vocs、co2、o2、甲烷等气体浓度进行测试并记录。
53.(3)污染分区
54.将测试的气体浓度各指标的定量数据与累积概率进行线性拟合，拟合结果参阅图3，本次调查过程中测试的各指标均出现了明显的分段聚集现象，且均能明显分成三个聚集段，说明场地污染出现了明显的分区现象。以各回归曲线的下限值为分区阈值，将污染物或生物代谢相关产物的浓度高低分为“污染源-源区-污染羽”三个区域。
55.(4)污染羽晕范围圈定
56.vocs向地表挥发过程会发生降解，降解过程产生co2，故vocs含量高的区域co2含量也会相对较高；另外，vocs降解过程会消耗o2，故vocs含量高的区域o2含量会相对较低，故o2含量低的区域为污染源，o2含量高的区域为污染羽区域；有vocs存在的区域，生物代谢过程会发生产甲烷反应，甲烷含量会相对较高，故污染源所在区域会出现vocs、co2、甲烷含量高、o2含量低的现象。
57.对上述测得的污染物及其生物代谢产物的相关指标采用克里金插值法，以各分区回归曲线的阈值为分界点绘制各污染指标平面分布图，根据污染分区步骤中划分出的高、中、低三个区分别对应污染源(粉色区域)、源区(黄色区域)、污染羽(绿色区域)来刻画场地污染平面分布图，结果参阅图4。几个监测指标基本上均指示18、19、24号三个点位所在区域为污染源区域，源区沿以上污染源向四周延展，涵盖了3、4、6、7、9、17、20、23、26、27、30、31、32等监测点位，污染羽主要分布在厂区西侧区域，涵盖5、8、10、11、12、13、14、15、1、2、16、22、21、22、33、34、35、36、37等监测点位。
58.针对本次场地圈定污染羽晕的结果与后续场地调查过程中的钻探结果进行了对比。钻探过程样品测试方式为：把不同层位的岩心样品取出，然后放入塑料袋中，用泵吸式气体检测仪检测vocs含量。将测试结果用累积概率的方法进行污染分区，地表50cm及150cm处样品vocs分区结果参阅图5。因挖出过程存在气体挥发，所以气体浓度测试结果与本文中用到的微扰动探测装置的测试结果略有差异，但整体污染趋势与“污染源-源区-污染羽”的分区范围基本一致，所以，本发明中用到的土壤中污染物及其代谢产物圈定污染羽晕的方法是准确的。
59.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种以土壤中污染物及其代谢物圈定污染羽晕范围的方法，其特征在于，包括：根据需要对待调查场地进行点位布设；对已确定的布设点位进行打孔，并利用探测装置采集检测土壤中的气体浓度；将采集的气体浓度数据采用曲线拟合模型进行曲线拟合，将累计概率曲线分区间，分析并确定各区间最优回归曲线，然后以累计概率曲线中两相邻区间的回归曲线的交点作为分区的阈值进行分区；依据分区阈值并选用插值法，绘制获得各污染指标平面分布图。2.根据权利要求1所述的以土壤中污染物及其代谢物圈定污染羽晕范围的方法，其特征在于，根据场地差异采用系统随机布点法、专业判断布点法、分区布点法、系统布点法、正方形网格概率法中的一种或多种方法相结合对所述待调查场地进行点位布设。3.根据权利要求2所述的以土壤中污染物及其代谢物圈定污染羽晕范围的方法，其特征在于，所述待调查场地的点位间距可选为300-500m或10-20m。4.根据权利要求1所述的以土壤中污染物及其代谢物圈定污染羽晕范围的方法，其特征在于，上述探测的气体浓度为表层土壤中积集的挥发性有机物及其向地表扩散过程中发生矿化、产甲烷、甲烷氧化等生物地球反应产生的生物代谢的气体浓度。5.根据权利要求4所述的以土壤中污染物及其代谢物圈定污染羽晕范围的方法，其特征在于，所述挥发性有机物向地表扩散过程发生的生物地球反应包括但不限于矿化、产甲烷、甲烷氧化；所述生物代谢气体包括但不限于co2、o2、ch4、h2、h2s、hcho、nh3。6.根据权利要求1所述的以土壤中污染物及其代谢物圈定污染羽晕范围的方法，其特征在于，依据污染源-源区-污染羽三区间模型理论，按线性回归最优化原则，对累计概率曲线进行分区。7.根据权利要求1所述的以土壤中污染物及其代谢物圈定污染羽晕范围的方法，其特征在于，所述插值法包括但不限于克里金插值法、反距离加权插值法、自然邻点插值法、最近邻点插值法其中的一种。8.根据权利要求1所述的以土壤中污染物及其代谢物圈定污染羽晕范围的方法，其特征在于，所述污染羽晕范围圈定的指标包括但不限于vocs、co2、o2、ch4、h2、h2s、hcho、nh3。

技术总结
本发明涉及地下土壤探测领域，公开了一种以土壤中污染物及其代谢物圈定污染羽晕范围的方法。包括：根据需要对待调查场地进行点位布设；对已确定的布设点位进行打孔，并利用探测装置采集检测土壤中的气体浓度；将采集的气体浓度数据采用曲线拟合模型进行曲线拟合，将累计概率曲线分区间，分析并确定各区间最优回归曲线，然后以累计概率曲线中两相邻区间的回归曲线的交点作为分区的阈值进行分区；依据分区阈值并选用插值法，绘制获得各污染指标平面分布图。通过实现对土壤表层仅约50cm的微创操作，即可探测土壤地下层位中的相关气体浓度，也能够快速的圈定污染羽晕的范围，操作简单便捷，大大缩短了场地调查的时间及成本。大大缩短了场地调查的时间及成本。大大缩短了场地调查的时间及成本。


技术研发人员：郭彩娟 王洪涛 张莎 史婵 鲍亚宁 张巍 郑国玉
受保护的技术使用者：苏州观复环境科技有限公司
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/7/12