Surfer软件与Auto CAD结合估算某地块重金属污染土方量的案例应用及思考

魏彬

（苏州市宏宇环境科技股份有限公司，江苏 苏州 215000）

重金属在土壤污染过程中具有隐蔽性、长期性、不可降解和不可逆转性的特点，它们不仅导致土壤肥力与作物产量、品质下降，还易引发地下水污染，并通过食物链途径在植物、动物和人体内累积[1]。因此，土壤系统中重金属的污染和防治一直是国内外研究的热点和难点，而所有的修复治理技术必须建立在对所存在污染的地块内污染的土方量有一个良好的把控，进而能够有针对性、靶向性、科学性、经济性的进行修复治理。所以采用何种方式进行预估模拟存在污染的地块的土壤方量显得尤为重要[2]。

本文主要以某工业用地为例，首先通过初步调查根据厂区工艺分布位置进行判断布点找到核心污染位置，进而以核心污染区域为中心向周边密集布点，直至检测的土壤指标未超过相应的标准值停止向外界扩散布点采样进而模拟土方量。

1 材料和方法

1.1 地块概况

本文研究的场地为某地区一电镀厂，主要以镀镍、镀锌和镀铜为主，企业成立于20世纪80年代左右，2018年企业关停。为保障该地块未来开发利用的安全，依据国家的相关规定与地方环保部门的要求，拟对该地块土壤与地下水开展土壤污染状况初步调查。

地块所在区域地面以下土层可以分为4个工程地质层，第一层素填土层，厚度约0.70～1.10m；第二层粉质粘土层，厚度约3.00～8.80m；第三层粉土夹粉质粘土层，厚度约5.00～6.80m；第四层粉质粘土，未揭穿。地块东侧为道路、西侧为河流，南侧为住宅及农田，北侧为道路。

1.2 土壤初步调查方案

基于区域内各功能车间分布明确，现场踏勘采用判断布点，重点关注生产车间和废水处理区域，共布设56个采样点。土壤分层采样，表层和下层土采样深度分别为地面以下0～1.0m、1.0～2.0m、2.0～3.0m，共采集336个土壤样品。采用中海达RTK5代对各采样点位置的地理坐标及高程进行精确测量。经送样检测此地块内的超标点位主要集中于两个电镀厂的电镀车间及污水处理池处。

1.3 土壤样品分析方法

本次调查所采用的方法主要是参考GB36600-2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准》（试行）表3中土壤污染物分析方法[3]。

2 土壤污染方量计算结果

2.1 确定关注的污染物

对比GB36600-2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准》相关标准限值一类用地筛选值，通过对比其值大小发现其超过标准值主要为铜、镍、锌三种重金属。

以表层土壤中铜为例，Surfer和AutoCAD 软件联用生成污染物浓度等值线图的操作步骤如下[4]：

（1）AutoCAD 绘制调查场地背景底图。将厂区边界红线原始坐标、土壤采样点位置导入Google earth底图中，进而采用平面坐标系将红线坐标和土壤点位坐标导出以备Surfer作图使用[5]。

（2）数据整理及建立离散点数据库。某个土壤采样点的地理坐标设为（x，y），该点某一种污染物检测值设为z，在Surfer中新建工作表——土壤污染物浓度数据工作表（如：表层土壤铜.bln）。当浓度未检出时以其元素检测方法所对应的检测限值代替。

（3）生成网格文件。运行Surfer软件，打开菜单栏“网格”，下拉菜单“数据”，在“打开”对话框中选择数据文件“表层土壤铜.bln”，在“网格化方法”中选择“克里格插值法”对数据进行网格化。在“导出网格文件”时输出文件名“表层土壤铜.grd”，然后在“网格线索几何学”中设置适宜的网格点数（例如X方向行数1000，Y方向1000），即可生成等值线图所需要的网格文件“表层土壤铜.grd”[6]。

（4）Surfer生成等值线图。新建“新场景”，点击“新建等值线图”，在“打开网格”对话框中选择前一步输出的“表层土壤铜.grd”文件，设置适宜的等值线间隔，将污染物检测限值设为“等值线最低等级”，将污染物标准限值设为“等值线最高等级”，保存为“表层土壤铜.srf”，完成表层土壤中铜浓度等值线图绘制。

（5）修改完善等值线图和输出。为避免所形成的等值线导入进Auto CAD中多条等值线造成模拟混乱，选择显示最低等级的等值线和最高等级的等值线。打开菜单“文件”，选“导出”，将“表层土壤铜.srf”文件格式保存成能够被Auto CAD 软件打开的图形文件“表层土壤铜.dxf”[7]。

（6）与Auto CAD结合出图。运行AutoCAD软件，打开“表层土壤铜。dxf”，将地块的红线图复制到“表层土壤铜.dxf”中，注意边界需完全一致。在进行等值线处理是将所选择的等值线特性在CAD中的“Z”值设置为“0”，在后期计算过程中可顺利计算模拟等值线的面积[8]。

通过软件模拟和计算，本次地块内污染面积自表层至深层（0～3m）范围内，将模拟的污染面积与污染方量与实际开挖的污染面积和污染方量进行对比发现，如下表所示。

表1 模拟数据与实际开挖数量对比

项目实际工程量与计划工程量相比，表层污染面积及污染方量有一定增加；下层土壤相较表层有一定的较少。额外工程量主要是污染土方比预先模拟的土方超出较多，增加开挖处理工作量。

3 结果与讨论

3.1 污染分布情况分析

通过以上调查结果看出，重金属污染土壤中其主要分布于表层土中（0～1m）范围内。从本区域内土层的工程地质层可知其第一层主要为素填土，厚度约0.7～1.10m；第二层粉质粘土层，厚度约3.00～8.00m。从表1中可以看出污染范围0～1.0m内范围较大，初步认为其主要是表层土壤中污染物重金属类迁移性更强，下层土壤中粉质黏土对污染物具有一定的阻隔性[9]。

厂区内重金属污染与电镀厂生产功能分区相对应，说明重金属主要来源于电镀废物泄漏。由于该场区填土层以下为渗透性较差的粉质黏土，不利于重金属污染物向深部迁移，因而重金属污染物主要集中在表层土壤。

3.2 表层土方量增加原因分析

软件模拟的土方量主要为理论值，开挖基坑深度最深可达3m，通过计算结果发现表层0～1m范围内实际与模拟土壤方量数值差约31%，实际方量大于模拟方量。通过案例实际发现在施工过程中的土壤量较理论增加的原因主要概括为以下几点：

一、实际施工时防止基坑塌方需要考虑基坑放坡，遂在整个开挖过程中产生多余的土方量；二、软件模拟的范围基本接近准确，但由于地块结构及地下排水管线复杂，局部开挖时导致水管、水池破损造成污染物外泄，清理时产生多余的土方量；三、前期进行厂房拆迁活动时，拆迁公司未将表层残留的碎砖块清理彻底，后续存在一定的掩埋遂产生多余的工作量。

3.3 深层土方量减少原因分析

从以上表格中可发现1～3m范围内土壤的实际开挖方量和模拟方量相比较，实际的比模拟的量少。1～2m范围内实际总量比模拟总量少15%，2～3m范围内实际总量比模拟总量少11%。通过案例实际发现在施工过程中的土壤量较理论减少的原因主要概括为以下几点：

一、实际施工过程中采用便携式快筛设备XRF进行边开挖边快筛的原则，将污染的土壤范围不断的缩小即模拟的土壤方量减少；二、由于模拟过程中以某个点位是否出现超标为基准对周边进行扩散模拟，下层土壤具有一定的不均质性和阻隔性导致其量出现减少的情形。

4 结语

1.采用软件模拟污染土壤方量过程时，土壤点位尽量多且接近表面易观测的污染位置。Surfer软件模拟过程中可将模拟等值线减少到最少同时在将等值线导入CAD时将Z轴高程调整为“0”有利于等值线封闭求模拟面积。

2.土壤调查地下土壤污染状况，对于存在地下设施及管线的区域应加密布点以准确了解其污染范围。在现场施工过程建议开挖同时结合现场快筛设备及时了解现场的准确污染范围，逐步将污染的土壤范围缩小，在计算土方量时不能单纯按照软件模拟的方量，要根据现场地块实际情况和施工过程进行分析，考虑土方的松铺系数和放坡系数后再进行土方算量。