污染場地環境巖土工程地質勘察中水文地質條件評估方法研究

龔良成

摘要：針對污染場地背景下巖土工程地質勘察中水文地質勘察評估存在的問題，文章研究一種新的污染場地環境巖土工程地質勘察中水文地質條件評估方法。采用三維穩定流數學模型構建污染場地地下水污染物溶質運移模型，掌握污染物遷移的時間、范圍和發展趨勢；依據“源-徑-匯”模式建立影響評估指標體系，使用熵權法計算各指標權重，通過多層次水位地質條件評估模式進行評分。實驗表明：該方法可準確獲取污染場地污染源的種類、范圍和分布情況等，能夠動態評估污染場地環境下水文地質條件，增加評估結果的科學性與準確性。

關鍵詞：污染場地；水文地質條件；巖土工程；地質勘察；評估指標體系

中圖分類號：X824 文獻標志碼：B

前言

污染場地水文地質調查在巖土工程勘察中至關重要，需詳盡調查和精準分析。地下水活動和巖土層構成對建筑工程質量和安全影響巨大，也是自然災害的直接誘因。為確保工程安全與環保，確保建筑基礎設施安全穩定，保障人員及環境安全。國內外進行研究，王美娥等人結合“證據-權重法”與美國EPA的四步法，構建了污染場地土壤生態風險評估框架。在量化權重時運用多標準決策分析法，并通過設定證據鏈層級進行風險評估。姜珺秋等人采用頻度分析法和理論分析法選擇污染場地修復效果的候選評價指標，使用AHP -熵權法獲取評價指標的權重，結合評價標準體系，通過FCE模糊綜合評估法，構建污染場地修復效果綜合評價方法。但上述兩種評估方法在實踐中存在一些問題。

隨著計算機測繪學的發展，三維地質模型廣泛應用于地質勘探和工程測繪領域。在污染場地水文地質調查和巖土工程地質勘察中，三維模型得到廣泛應用。因此，文章研究污染場地環境巖土工程地質勘察中水文地質條件評估方法，依據“源-徑-匯”模式建立水文地質條件評估指標體系，通過多層次評估模式進行水文地質條件等級評分，提高評估結果的準確性和實用性。

1 污染場地環境水文地質條件評估方法設計

1.1 污染場地環境水文地質調查流程

污染場地環境水文地質調查主要分為三個步驟：資料收集、現場勘察和人員訪談。根據巖土工程所在地區的自然環境資料，結合現場勘察的結果，可以判斷是否存在污染現象，以及污染源的信息等，為下一步的調查工作提供技術支持，具體的污染場地環境水文地質調查流程見圖1。

如圖1所示，若第一階段調查證實場地已受污染，則啟動第二階段，初步采樣和分析以確定污染源和污染區域。第三階段進行更詳細的補充采樣和檢測，獲取受體和區域特征參數。

1.2 基于污染場地環境水文地質數學模型的污染物遷移模擬

根據污染場地現場勘察獲取的各項數據和特征參數，構建該地區的水文地質數學模型，公式如式（1）：

式（1）中，x、y、z反向的滲透系數分別用Sx、SySz描述，單位為m/d；含水層測壓水頭用D描述，單位為m；源匯項用E表示。

在求解偏微分方程（1）時，有三種類邊界條件需要定解：

第一類，水頭已知邊界如式（2）：

式（2）中，三維條件中的邊界段用Bi描述；當下時刻用t描述；Bi上的任意點用（x，y，z）描述；水頭用D（x，y，z，t）描述；已知函數用φi描述。

第二類，流量已知邊界如式（3）：

式（3）中，邊界Bi的外法線方向用V描述；已知函數用qi描述，代表邊界上單位面積的側向補給量。

第三類，混合邊界如式（4）：

式（4）中，已知函數用α和β描述。

污染物通過土壤會逐步滲透和溶解到地下水當中，根據地下水對流彌散方程，及其對應的邊界條件公式，通過有限差分法可以獲取污染物在地下水中的溶質運移特征，地下水流動運移的規律為式（5）：

式（5）中，縱向、橫向和垂直彌散系數的主值分別用Fx，Fy，Fz描述；溶質濃度用r描述；實際平均流速用v描述。

其中，初始溶質濃度用r0描述；溶質滲流的區域用Ω描述；坡度用Fg描述；邊界溶質通量用δ描述；二類邊界用Γ2描述。

1. 3 構建水文地質條件評估指標體系

文章采用“源-徑-匯”模式，構建污染場地地下水污染全過程模型，充分地反應污染物對于生態環境的破壞以及對人體健康程度的影響，并通過該模型篩選和分類巖土工程地質勘察中污染場地環境水文地質的影響因素，將其歸納為各項詳細的水文地質條件指標，構建總體的評估指標體系。

整體的污染場地環境巖土工程地質勘察中水文地質條件評估框架見圖2。

總體的評估框架可以分為三個層次，依次為目標層、準則層和指標層。

（1）目標層：為污染場地地下水污染進行總體的風險評分，評估其對于巖土工程地質勘察的影響；

（2）準則層：包括污染源、遷移路徑和敏感受體三個影響因素；

（3）指標層：根據準則層的影響因素分類篩選評估指標，根據污染程度進行分層評估。

1.4 多層次水文地質條件評估模式

采用多層次評估模式評估水文地質條件，因污染場地情況各異，存在多個發展階段。溶質運移模型展示污染源遷移過程，評估方法層次根據污染物擴散范圍、地下水與場界關系分為三層。每層根據水文地質污染特征選擇不同影響指標組合進行評估，層次分類和指標組合見表1。

1.5 計算水文地質條件評估指標權重

在確定污染場地環境巖土工程地質勘察中水文地質條件評估的多層次水文地質條件評估模式后，考慮各水文地質條件評估指標對于整體評估的重要程度通過該指標的權重體現，使用熵權法計算各個層次的評估指標。首先，構建一個標準化矩陣w'ij，標準化處理各個指標的數據：

其中，各個指標的數據用wij描述；第i個指標的數據量用j描述。

將各個指標的信息熵kj，通過式（8）計算可得式（9）：

其中，m為指標數據量的最大值，j=（1，2，…，m）。

各個指標的權重λj為式（10）：

其中，n為評價指標。

1.6 水文地質條件等級評估

根據各評估指標的權重和評分，基于污染場地環境的溶質運移模型對污染物擴散過程的模擬運算，將水文地質條件等級進行評估，公式如式（11）：

其中，最終水文地質條件等級評分用G描述；某一評估層次中的指標數量用l描述；指標權重和評分分別用ψi和Hi描述。

2 實驗及分析

2.1 實驗環境設置

文章選取某市郊區原制堿廠為實驗場地，該廠生產硫酸鋇、碳酸鋇和碳酸鍶等，可能污染環境。為減少影響，該廠調整產品結構、停產并搬遷。場地共16.35 hm2，計劃轉為居民建筑用地。因此，進行巖土工程地質勘察中的水文地質勘察，現場評估污染場地情況，制定環境管理和修復策略。

該制堿廠的地塊按照功能分為三個部分：生產區、辦公區和輔助設施區，周圍屬于農業用地，是典型的丘陵地貌，廠房北方有一條河流，降雨比較充沛，地下水位較高，有利于污染物的擴散。

2.2 污染場地土壤地下水采樣調查

實驗對制堿廠的整個場地進行土壤與地下水的采樣調查，根據相關的建筑用地污染調查規定，制定污染場地水文地質環境采樣方案，共分為兩個階段，第一階段：設置108個土壤與地下水的采樣點，分別收集土樣和地下水樣本并送檢；第二階段：根據樣本檢測結果挑選出污染物超標的點位，進行加密布點二次采樣，設置89個采樣點，將采集到的樣本二次送檢，確定詳細的污染源和分布范圍。

2.3 構建地下水污染溶質運移模型

文章采用Ⅳ類水水質標準評估污染場地地下水，發現鋇含量超標1.58 mg/L。使用GMS軟件構建溶質運移模型，確定污染物影響范圍和擴散時間。場地地下水流速為0. 05 m/d，流向北，60 m處有河流。污染源持續下滲5a，雖停產搬遷，但鋇元素持續滲透2a，污染羽仍在場地內。設置縱向、橫向、垂向彌散系數后，確定污染物點源坐標。鋇污染已滲入地下水，濃度超標，但未達邊界。采用第二層次影響指標組合評估，證明文章方法快速準確獲取污染源信息，提高效率，動態評估地下水污染，增強評估的科學性和準確性。

2.4 水文地質條件評估等級劃分

通過對污染場地的實地檢測和污染物遷移模型計算，可得污染場地環境巖土工程地質勘察中水文地質條件的各項評估指標評分為：

（1）土壤污染物滲入濃度：測量值1.58 mg/L，超過標準值0.1 mg/L，評為8分；

（2）土壤污染范圍：358. 46 m2，大于32%的調查范圍，評為6分；

（3）地下水質量：根據模擬污染物擴散的濃度評分，評為7分；

（4）健康風險水平：根據模擬得到的污染物濃度計算致癌風險最高為0. 059，評為9分；

（5）污染羽蔓延至場界或下游敏感受體的時間：根據模擬得到的污染物擴散范圍和速度計算污染羽到達場界的時間還需675 d，評為5分，模擬結果見圖3。

如圖3所示，污染源隨地下水流向擴散，對下游敏感受體威脅增大。污染物超出邊界時，污染風險顯著上升。因此，為控制地下水污染，應從下游受體出發，采取控制措施阻止污染羽擴散，保護下游水源。實驗證明，文章方法能精確模擬污染物在地下水的遷移，預測擴散范圍和趨勢，有效評估污染場地環境水文地質條件。

3 結束語

綜上所述，文章所提出的方法不僅能夠迅速且準確地揭示污染源的種類、范圍和分布情況，還能全面評估污染場地環境巖土工程地質勘察中的水文地質條件。這種方法的實施，顯著提升了評估結果的科學性和準確性，大幅優化了評估效果。更重要的是，它能夠精細模擬污染物在地下水中的遷移過程，幫助企業和風險管理者精準掌握污染物的擴散范圍和移動趨勢。這對于準確評估環境風險及健康風險至關重要，從而能夠制定出更為科學、合理的環境治理和修復措施。這種方法為土地的二次開發提供了堅實的基礎，對于保障生態安全和人類健康具有深遠的意義。從而制定更加科學合理的污染場地環境治理和修復措施，為土地的二次開發奠定基礎。