一种基于地下水位波动效应的污染场地调查方法
专利汇可以提供一种基于地下水位波动效应的污染场地调查方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于地下 水 位 波动 效应的污染场地调查方法，该调查方法通过判断污染物在 土壤 及 地下水 中赋存的空间分布特点，为 采样 布点提供依据，通过专业布点，提高场地环境调查的准确程度。本发明的优点是：该场地调查方法可以提高场地调查的准确程度，能够更准确的把控场地污染物的空间分布特征，为后续的评估或是修复治理工作提供更为准确的 基础 数据；能够应用于农业用地、建设用地或复垦土地等各类型污染场地的环境调查，利用地下水位波动对污染物迁移的影响特点，评价污染物的空间分布特征，进而指导调查方案设计，进行专业布点采样。，下面是一种基于地下水位波动效应的污染场地调查方法专利的具体信息内容。
1.一种基于地下水位波动效应的污染场地调查方法，其特征在于所述调查方法包括以下步骤：
步骤(1)：确定污染场地的基本信息，包括：污染场地位置、污染场地范围、用地类型、疑似污染物及污染源、污染年限；
步骤(2)：确定污染场地的水文地质条件，所述水文地质条件包括地层分布情况、土性和物理力学参数、地下水位埋深或标高、地表水体的水位标高及深度、降雨量、蒸发量、渗透系数、给水度、孔隙度、含水量、弥散系数、化学反应速率常数、分配系数；
步骤(3)：分析污染场地的地下水水位波动效应，所述地下水水位波动效应指潜水位的波动特征，包括潜水位波动的周期、幅度，以及潜水位与土层之间的关系；
步骤(4)：基于步骤(1)-步骤(3)，建立污染场地的水位地质概念模型，所述水位地质概念模型包括：
a)潜水含水层下覆隔水层及以上地层的组成情况，所述组成情况包括地面标高、土性、厚度；
b)各地层土体的渗透系数、给水度、孔隙度、含水量、弥散系数、化学反应速率常数、分配系数；
c)污染场地的降雨量、蒸发量、地表水体水位标高及深度、潜水位水位标高；
d)疑似污染物及污染源的位置、污染年限、污染强度；
e)污染场地边界处的边界条件，分为第一类边界条件、第二类边界条件、第三类边界条件；所述第一类边界条件为给定水头边界，所述第二类边界条件为给定流量边界，所述第三类边界条件为混合边界，所述混合边界为所述第一类边界条件和所述第二类边界条件的结合；
步骤(5)：将步骤(4)中所建立的所述水文地质概念模型进行数值化，数学表达方程为：
C(x,y,z,0)＝C0(x,y,z) x,y,z∈Ω
C(x,y,z,t)＝C(x,y,z) x,y,z∈Γ1 t＞0
式中：
C为污染场地土体的溶解浓度，ML-3；
-1
为污染场地土体的吸附浓度，MM ；
qi为污染场地土体的达西速度，LT-1；
Dij为污染场地土体的弥散系数张量，L2T-1；
qs为源/汇处单位体积含水层的流量，T-1，所述源/汇表示水通过源进入模拟系统或是通过汇离开模拟系统；
Cs为源/汇的浓度，ML-3，所述源/汇表示水通过源进入模拟系统或是通过汇离开模拟系统；
l1为溶解相的反应速率常数，T-1；
l2为吸附相的反应速率常数，T-1；
θ为污染场地土体的孔隙度；
θw为污染场地土体的含水量；
-3
ρb为污染场地土体的孔隙介质的体积密度，ML ；
R为污染场地土体的延迟因子；
C0(x,y,z)为污染场地土体的已知浓度条件；
Ω为所述水文地质概念模型的范围；
C(x,y,z)表示污染场地土体的给定浓度；
Γ1、Γ2、Γ3分别表示所述第一类边界条件、所述第二类边界条件、所述第三类边界条件；
fi(x,y,z)表示一个正交于边界Γ2的弥散通量函数；
gi(x,y,z)为已知函数，代表正交于Γ3的总通量；
步骤(6)：采用数值模拟软件对步骤(5)中的所述数学表达方程进行计算求解，所述数值模拟软件包括但不局限于GMS、FEFLOW、TOUGH2、HYDRUS、COMSOL，计算求解得到污染场地内目前的污染物浓度CP，包括：(a)污染物水平向分布特征，所述污染物水平向分布特征包括水平方向不同位置处的污染物浓度；(b)污染物垂直向分布特征，所述污染物垂直向分布特征包括垂直方向上不同深度的污染物浓度；
步骤(7)：根据步骤(6)，将计算求解得到的不同位置、不同深度的污染物浓度CP进行污染物浓度等级的划分，规则为：
a)根据国家不同用地类型的土壤环境质量土壤污染风险管控标准，确定污染场地内污染物的最低污染物浓度Cmin；
b)若Cp＞Cmin，则计算用于分级的污染场地污染物浓度差值Cj，Cj＝Cp-Cmin，将污染物浓度差值Cj进行3等分，按照污染物浓度由高到低分为3个污染物浓度等级区间，分别为污染物浓度等级I、污染物浓度等级II、污染物浓度等级III；
c)若Cp＜Cmin，则不进行污染物浓度等级的划分；
步骤(8)：根据步骤(7)确定的污染物浓度等级，现场调查采样时：
a)若Cp＞Cmin且同一污染物浓度等级的污染物空间连续分布，则分别在3个污染物浓度等级中污染物浓度最高的位置布置采样点，共设3个所述采样点；
b)若Cp＞Cmin且同一污染物浓度等级的污染物空间分布不连续，则分别在3个污染物浓度等级中，污染物空间连续分布范围内的污染物浓度最高的位置布置采样点，同时在污染物空间不连续分布位置布置采样点，所述采样点数量大于3个；
c)若Cp＜Cmin，则只在最高污染物浓度位置处布置采样点，共设1个所述采样点；
步骤(9)：在所述采样点的深度范围内进行间隔采样，使每个所述采样点处的样品数量不少于3个；
步骤(10)：将所述样品送实验室检测，将所述样品的污染物检测浓度Ctext与Cp和Cmin进行比较：若Cp＞Cmin且Ctext＞Cmin，或Cp≤Cmin且Ctext＞Cmin，都需要补充所述采样点；其中，Cp＞Cmin且Ctext＞Cmin时，补充的所述采样点为Cp补＝Cmin的位置；Cp≤Cmin且Ctext＞Cmin时，补充的所述采样点为Cp补＝(Cp*Cmin/Ctext)的位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于地下水位波动效应的污染场地调查方法，其特征在于步骤(3)中分析污染场地的地下水水位波动效应包括如下步骤：
步骤(3.1)：收集污染场地所在行政区域内至少一个水文年的降雨资料和潜水位监测井实测资料，所述降雨资料为降雨量，所述潜水位监测井实测资料为潜水水位埋深或标高；
步骤(3.2)：将日平均降雨量表示为 将日平均潜水水位埋深或标高表示为
步骤(3.3)：构建坐标系，所述坐标系的X轴表示日平均降雨量 所述坐标系的Y轴表示日平均潜水水位埋深或标高表示为 并将收集到的 和 在所述坐标系上绘制点
图；
步骤(3.4)：对绘制的所述点图进行线性相关性分析，以获得线性相关直线方程，表示为Y＝aX+b，其中，Y表示日平均潜水水位埋深或标高 X表示日平均降雨量 a和b为常数；
步骤(3.5)：计算所述线性相关直线方程的相关系数R以验证所述线性相关直线方程是否成立，若R＜0.5，则表明所述线性相关直线方程不成立，日平均潜水水位埋深或标高与日平均降雨量 之间为非线性关系；若R≥0.5，则表明所述线性相关直线方程成立，进行下一步骤；
步骤(3.6)：利用所述线性相关直线方程以及所述污染场地的降雨资料，确定所述污染场地的潜水水位埋深或标高，以进一步分析所述污染场地的潜水位波动特征。
3.根据权利要求2所述的一种基于地下水位波动效应的污染场地调查方法，其特征在于步骤(3.4)中，获得所述线性相关直线方程的方法为：对绘制的所述点图进行线性相关分析，绘制获得线性相关直线，在所述线性相关直线上任意选取两个点，并根据所述两个点的坐标来确定所述线性相关直线的方程。
4.根据权利要求3所述的一种基于地下水位波动效应的污染场地调查方法，其特征在于在步骤(3.5)中，所述相关系数R的计算方法为：
(1)定义残差ei＝yi-fi，其中，yi为在所述点图上实际绘制的点；fi为与yi的横坐标相对应的并位于所述线性相关直线上的点；
(2)计算残差平方和SSres，计算公式为：
(3)定义平均观察值 其中，yi为在所述点图上实际绘制的点；n为在所述
点图上实际绘制的点的数量；
(4)计算总平方和SStot，计算公式为
2
(5)计算判定系数R，计算公式为：
(6)计算获得所述相关系数R，计算公式为
一种基于地下水位波动效应的污染场地调查方法
技术领域
背景技术
发明内容
步骤(2)：确定污染场地的水文地质条件，所述水文地质条件包括地层分布情况、土性和物理力学参数、地下水位埋深或标高、地表水体的水位标高及深度、降雨量、蒸发量、渗透系数、给水度、孔隙度、含水量、弥散系数、化学反应速率常数、分配系数；
步骤(3)：分析污染场地的地下水水位波动效应，所述地下水水位波动效应指潜水位的波动特征，包括潜水位波动的周期、幅度，以及潜水位与土层之间的关系；
步骤(4)：基于步骤(1)-步骤(3)，建立污染场地的水位地质概念模型，所述水位地质概念模型包括：
a)潜水含水层下覆隔水层及以上地层的组成情况，所述组成情况包括地面标高、土性、厚度；
b)各地层土体的渗透系数、给水度、孔隙度、含水量、弥散系数、化学反应速率常数、分配系数；
c)污染场地的降雨量、蒸发量、地表水体水位标高及深度、潜水位水位标高；
d)疑似污染物及污染源的位置、污染年限、污染强度；
e)污染场地边界处的边界条件，分为第一类边界条件、第二类边界条件、第三类边界条件；所述第一类边界条件为给定水头边界，所述第二类边界条件为给定流量边界，所述第三类边界条件为混合边界，所述混合边界为所述第一类边界条件和所述第二类边界条件的结合；
步骤(5)：将步骤(4)中所建立的所述水文地质概念模型进行数值化，数学表达方程为：
C(x,y,z,0)＝C0(x,y,z) x,y,z∈Ω
C(x,y,z,t)＝C(x,y,z) x,y,z∈Γ1 t＞0
式中：
C为污染场地土体的溶解浓度，ML-3；
为污染场地土体的吸附浓度，MM-1；
qi为污染场地土体的达西速度，LT-1；
Dij为污染场地土体的弥散系数张量，L2T-1；
qs为源/汇处单位体积含水层的流量，T-1，所述源/汇表示水通过源进入模拟系统或是通过汇离开模拟系统；
Cs为源/汇的浓度，ML-3，所述源/汇表示水通过源进入模拟系统或是通过汇离开模拟系统；
l1为溶解相的反应速率常数，T-1；
l2为吸附相的反应速率常数，T-1；
θ为污染场地土体的孔隙度；
θw为污染场地土体的含水量；
ρb为污染场地土体的孔隙介质的体积密度，ML-3；
R为污染场地土体的延迟因子；
C0(x,y,z)为污染场地土体的已知浓度条件；
Ω为所述水文地质概念模型的范围；
C(x,y,z)表示污染场地土体的给定浓度；
Γ1、Γ2、Γ3分别表示所述第一类边界条件、所述第二类边界条件、所述第三类边界条件；
fi(x,y,z)表示一个正交于边界Γ2的弥散通量函数；
gi(x,y,z)为已知函数，代表正交于Γ3的总通量；
步骤(6)：采用数值模拟软件对步骤(5)中的所述数学表达方程进行计算求解，所述数值模拟软件包括但不局限于GMS、FEFLOW、TOUGH2、HYDRUS、COMSOL，计算求解得到污染场地内目前的污染物浓度CP，包括：(a)污染物水平向分布特征，所述污染物水平向分布特征包括水平方向不同位置处的污染物浓度；(b)污染物垂直向分布特征，所述污染物垂直向分布特征包括垂直方向上不同深度的污染物浓度；
步骤(7)：根据步骤(6)，将计算求解得到的不同位置、不同深度的污染物浓度CP进行污染物浓度等级的划分，规则为：
a)根据国家不同用地类型的土壤环境质量土壤污染风险管控标准，确定污染场地内污染物的最低污染物浓度Cmin；
b)若Cp＞Cmin，则计算用于分级的污染场地污染物浓度差值Cj，Cj＝Cp-Cmin，将污染物浓度差值Cj进行3等分，按照污染物浓度由高到低分为3个污染物浓度等级区间，分别为污染物浓度等级I、污染物浓度等级II、污染物浓度等级III；
c)若Cp＜Cmin，则不进行污染物浓度等级的划分；
步骤(8)：根据步骤(7)确定的污染物浓度等级，现场调查采样时：
a)若Cp＞Cmin且同一污染物浓度等级的污染物空间连续分布，则分别在3个污染物浓度等级中污染物浓度最高的位置布置采样点，共设3个所述采样点；
b)若Cp＞Cmin且同一污染物浓度等级的污染物空间分布不连续，则分别在3个污染物浓度等级中，污染物空间连续分布范围内的污染物浓度最高的位置布置采样点，同时在污染物空间不连续分布位置布置采样点，所述采样点数量大于3个；
c)若Cp＜Cmin，则只在最高污染物浓度位置处布置采样点，共设1个所述采样点；
步骤(9)：在所述采样点的深度范围内进行间隔采样，使每个所述采样点处的样品数量不少于3个；
步骤(10)：将所述样品送实验室检测，将所述样品的污染物检测浓度Ctext与Cp和Cmin进行比较：若Cp＞Cmin且Ctext＞Cmin，或Cp≤Cmin且Ctext＞Cmin，都需要补充所述采样点；其中，Cp＞Cmin且Ctext＞Cmin时，补充的所述采样点为Cp补＝Cmin的位置；Cp≤Cmin且Ctext＞Cmin时，补充的所述采样点为Cp补＝(Cp*Cmin/Ctext)的位置。
步骤(3.2)：将日平均降雨量表示为 将日平均潜水水位埋深或标高表示为
步骤(3.3)：构建坐标系，所述坐标系的X轴表示日平均降雨量 所述坐标系的Y轴
表示日平均潜水水位埋深或标高表示为 并将收集到的 和 在所述坐标系上绘制
点图；
步骤(3.4)：对绘制的所述点图进行线性相关性分析，以获得线性相关直线方程，表示为Y＝aX+b，其中，Y表示日平均潜水水位埋深或标高 X表示日平均降雨量 a和b为常数；
步骤(3.5)：计算所述线性相关直线方程的相关系数R以验证所述线性相关直线方程是否成立，若R＜0.5，则表明所述线性相关直线方程不成立，日平均潜水水位埋深或标高与日平均降雨量 之间为非线性关系；若R≥0.5，则表明所述线性相关直线方程成立，进行下一步骤；
步骤(3.6)：利用所述线性相关直线方程以及所述污染场地的降雨资料，确定所述污染场地的潜水水位埋深或标高，以进一步分析所述污染场地的潜水位波动特征。
(2)计算残差平方和SSres，计算公式为：
(3)定义平均观察值 其中，yi为在所述点图上实际绘制的点；n为在所述
点图上实际绘制的点的数量；
(4)计算总平方和SStot，计算公式为
(5)计算判定系数R2，计算公式为：
(6)计算获得所述相关系数R，计算公式为
图3为本发明中目标场地在一个水文年度内的潜水面蒸发强度统计图；
图4为本发明中污染场地所在行政区域内一个水文年的月平均潜水位埋深统计表；
图5为本发明中绘制的点图进行线性相关分析并绘制获得线性相关直线的示意图。
具体实施方式
根据地层的成层性，可以将每一层土概化为均质，水平向与垂向异性。
若R≥0.5，则表明该线性相关直线方程成立，继续进行下一个步骤；
其中，相关系数R的计算方法为：
(a)定义残差ei＝yi-fi，其中，yi为在点图上实际绘制的点；fi为与yi的横坐标相对应的并位于线性相关直线上的点；
(b)计算残差平方和SSres，计算公式为：
(c)定义平均观察值 其中，yi为在点图上实际绘制的点；n为在所述点图
上实际绘制的点的数量；
(d)计算总平方和SStot，计算公式为
(e)计算判定系数R2，计算公式为：
(f)计算获得所述相关系数R，计算公式为
本实施例中，线性相关直线的方程为Y＝-0.0023X+1.6376的判定系数R2为0.6165，相关系数 从线性相关直线方程可以看出，方程的斜率为负值，表明潜
水位埋深与降雨量之间为负“相关”，这一点与实际情况是吻合的，即降雨入渗补给地下水，造成潜水位抬升，而潜水位埋深相应减小，因此潜水位埋深与降雨量之间存在负“相关”性。
相关系数R为0.79，位于区间[0.5,0.8]中，说明潜水位埋深与降雨量之间是显著线性负相关。潜水位的波动特征与降雨量的周期变化特征一致。
b)各地层土体的渗透系数、给水度、孔隙度、含水量、弥散系数、化学反应速率常数、分配系数；
c)污染场地的降雨量、蒸发量、地表水体水位标高及深度、潜水位水位标高；
d)疑似污染物及污染源的位置、污染年限、污染强度；
e)污染场地边界处的边界条件，分为第一类边界条件、第二类边界条件、第三类边界条件；第一类边界条件为给定水头边界，第二类边界条件为给定流量边界，第三类边界条件为混合边界，混合边界为第一类边界条件和第二类边界条件的结合。
C(x,y,z,t)＝C(x,y,z) x,y,z∈Γ1 t＞0
式中：
C为污染场地土体的溶解浓度，ML-3；
为污染场地土体的吸附浓度，MM-1；
qi为污染场地土体的达西速度，LT-1；
Dij为污染场地土体的弥散系数张量，L2T-1；
qs为源/汇处单位体积含水层的流量，T-1，源/汇表示水通过源进入模拟系统或是通过汇离开模拟系统；
Cs为源/汇的浓度，ML-3，源/汇表示水通过源进入模拟系统或是通过汇离开模拟系统；
l1为溶解相的反应速率常数，T-1；
l2为吸附相的反应速率常数，T-1；
θ为污染场地土体的孔隙度；
θw为污染场地土体的含水量；
ρb为污染场地土体的孔隙介质的体积密度，ML-3；
R为污染场地土体的延迟因子；
0
C (x,y,z)为污染场地土体的已知浓度条件；
Ω为水文地质概念模型的范围；
C(x,y,z)表示污染场地土体的给定浓度；
Γ1、Γ2、Γ3分别表示第一类边界条件、第二类边界条件、第三类边界条件；
fi(x,y,z)表示一个正交于边界Γ2的弥散通量函数；
gi(x,y,z)为已知函数，代表正交于Γ3的总通量。
b)若Cp＞Cmin，则计算用于分级的污染场地污染物浓度差值Cj，Cj＝Cp-Cmin，将污染物浓度差值Cj进行3等分，按照污染物浓度由高到低分为3个污染物浓度等级区间，分别为污染物浓度等级I、污染物浓度等级II、污染物浓度等级III；
c)若Cp＜Cmin，则不进行污染物浓度等级的划分。
b)若Cp＞Cmin且同一污染物浓度等级的污染物空间分布不连续，则分别在3个污染物浓度等级中，污染物空间连续分布范围内的污染物浓度最高的位置布置采样点，同时在污染物空间不连续分布位置布置采样点，所述采样点数量大于3个；
c)若Cp＜Cmin，则只在最高污染物浓度位置处布置采样点，共设1个所述采样点。
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