污染场地土壤气体入侵室内的二维解析模型开发与应用基础研究

In “Technical guidelines for risk assessment of contaminated sites” released by Ministry of Environmental Protection in 2014, the Johnson-Ettinger model was recommended for the risk assessment of contaminated sites. However, it was reported that the Johnson-Ettinger model tended to over-predict the risk, which could cause a waste of cost for excessive site recovery. To address this issue, this proposal aims to investigate influences of environmental factors, such as types of building foundation, source characterizations, relative position of source to building and soil texture in vapor intrusion, by employing three-dimensional numerical models, two-dimensional physical models, engineering mathematics and statistical techniques. As a result, we shall develop two-dimensional analytical models for both non-degradable and degradable contaminants. This can provide could provide a better technical base for site recovery and reuse.

在2014年颁布的《污染场地风险评估技术导则》中，国家环保部推荐Johnson-Ettinger模型应用于污染场地的土壤气体入侵室内(蒸气入侵)的风险评估。然而Johnson-Ettinger模型作为一维解析模型，无法准确反映现实的三维场景，因而其预测值与真实值往往相差较大，不利于保护居民健康和污染场地的再利用。针对这一问题，本项目计划利用三维数值模型、二维箱体物理模型、保形变换、统计分析等多种技术手段，研究土壤结构的异质性、建筑物地基类型、污染源的分布特征、以及污染源与地表建筑物的垂向间隔等因素在蒸气入侵过程中的作用，开发分别针对难降解和可降解挥发性污染物的二维解析模型及风险评估软件，为我国场地的修复和再利用提供技术支持。

项目背景：.污染场地挥发性污染物对人体的主要暴露途径为蒸气入侵，即挥发性污染物从受到污染的下层土壤或地下水释放出来，在土壤中迁移，最后通过地表建筑物地基裂缝进入到室内的过程。国家生态环境部颁发的《建设用地土壤污染风险评估技术导则》中推荐利用美国的Johnson-Ettinger一维解析模型进行蒸气入侵的风险评估。但是，在美国EPA最新的蒸气入侵技术导则中，该模型被认为过于简化和理想化。直接搬用国外这种高度简化的风险筛选模型对国内复杂的棕地进行风险预测，计算的最终风险控制目标值往往与真实值相差过大，这既不利于保护居民的健康安全，也降低了场地治理的效率。事实上，当前国内污染场地的修复预算动辄数千万甚至上亿，就与此有相当大的关系。这也进一步激化了国内场地治理的核心问题，即场地的巨大存量与有限的场地治理投入之间的矛盾。因此，为了解决当前污染场地风险评估过于保守，从而导致过度修复的问题，开发新型更符合中国场地特征的蒸气入侵风险评估模型是当务之急。.主要研究内容：.本课题计划利用三维数值和箱体物理模拟的基础上，开发二维解析模型用于模拟蒸气入侵过程中可好氧降解和难降解挥发性污染物在异质土壤中的迁移转化以及伴随的浓度衰减过程，并利用场地实测数据进行校正，以及在此基础上开发Excel电子表格模型软件，供普通场地调查人员使用以进行污染场地挥发性污染物的健康风险评估。.重要成果：.开发了分别适用于氯代烃和石油烃的蒸气入侵二维解析模型CVI2D和PVI2D，被国家生态环境部门推荐制定土壤基准；针对两个模型分别开发风险评估软件CVI2D Toolkit 和 PVI2D Toolkit，以及技术支持网站www.pvitools.net..实际意义:.避免了传统蒸气入侵风险评估一维解析模型的过度简化以致与真实情况相差太远以及多维数值模型使用门槛过高的问题，开发了一种既能够达到三维数值模型的基本功能，例如能够模拟水平方向上的浓度差异，又不对使用门槛具有较高要求的数学模型和相应的风险评估软件，方便国内广大污染场地调查人员使用。