地下水污染治理过程不确定性影响因素的分析

林慧英

（惠州市生态环境局惠东分局，广东 惠州 516300）

在人类日常生产生活活动中，污染物质的不合理排放会导致污染物质进入到地下水环境中，从而引起严重的污染现象。近年来，许多国内外的研究者对地下水污染的控制以及水质的恢复，做出了相关研究。我国地下水资源污染控制以及水质恢复方面的研究取得的成效不理想，虽然这其中有一定的政治以及经济因素，但是最主要的原因还是由于地下水治理过程本身具有一定的复杂性。目前，我国地下水治理采用的主要措施就是PAT方案（有机污染物抽出-处理技术）。但是在治理过程中，还是会出现一些不确定因素。本文主要对地下水污染治理过程中的不确定因素进行了深入的分析，希望能够为地下水污染的控制提供相应的设计方案，从而不断提高我国地下水污染控制以及水质恢复的工作水平。

1 客观不确定因素

1.1 污染含水层介质不均匀

如果污染含水层的介质为裂缝、较大的岩层时，那么污染含水层就具有一定的不均匀性，并且这种不均匀，还会随着裂缝的方向以及延伸程度发生变化，从而导致地下水源的传导方向及传导空间发生变化。而地下水资源传导的空间变化，就会导致不均匀的含水层中在地下水资源治理以及水质恢复的过程中，比均匀的含水层中水污染的治理以及水质的恢复花费更多的时间。这主要是因为在地下水的含水层中，水性较强的部位祛除污染物质的速度更快，反之，水性较弱的污染部位去除水中污染物的速度较慢[1]。这就导致了在PAT条件下，整个含水层中的污染物浓度会随着时间的变化而不断变化，而变化图像呈现出曲线状态。从这一角度出发，可以得出在自然界中许多含水层的地下结构都是层状分布的，因此，在不同方向上，水利传导性也有所差异。那么在PAT条件下，对于层状分布的含水层在不同方向上去除水中污染物的速度也有所不同。如果把水利传导性的空间变化与各项异性在PAT条件下对去污效率的影响进行分析，可以发现，地下水层中的各项异性对去污的效力产生的影响相对较小。这主要是因为当抽水井已经形成完整的井时，含水层中水流的垂直流量较小。

与裂隙含水层相比，孔污染物的含水层去污过程中均匀程度要更好。但是在多孔介质中，沿石的性质以及岩石形状的变化也会影响到PAT去污的速度。对于一些均匀分布的砂石含水层，运用PAT的整体去污速度还是比较理想的。但是通过对比，我们可以发现在层状分布的砂石含水层中去污的速度比均匀分布的砂石含水层要差。由此可见，含水层的性状会直接影响到PAT的去污速度。

1.2 污染物的不平衡解吸作用

在PAT去污条件下，被污染的地下水资源的浓度会随着溶质的化学反应速度降低而呈现出曲线变化的状态，并且曲线的波浪逐渐更加明显。即便是去污速度最快的均匀含水层污染物质的浓度变化，也会随着溶质化学反应的减小而呈现出同样的分布状态。通过研究，我们发现造成这种现象的原因，主要是由于污染物质的反应速度常数在相对较小时，本来被吸附在固定的介质表面的污染物浓度降低而发生解吸效应。并且这种解吸现象还存在一定的滞后反应，主要的反应状况就是含水层中污染水质被抽出的，最开始时段内基本上没有污染物质会通过解吸作用而进入水溶液中。

而影响污染物质非平衡解吸的因素，主要有两个方面。第一就是含水层介质的均匀程度。如果含水层的介质具有明显的不均匀特性，那么解吸作用就会对水层中的去污速度具有较大的影响。反之，如果含水层的介质相对较为均匀，那么解吸作用对于水层中的去污速度，就不会有太大的影响。另一方面，主要是由于污染物质本身的原因，污染物质的化学性能也会影响到去污的速度。除此之外，污染物质的液固相间分布系数，也会影响到去污的速度。如果污染物质的液固相间分配系数较大，那么在PAT条件下，污染物质的非平衡解吸作用持续的时间会更长，对于去污速度的影响就会更加明显[2]。

1.3 污染物吸附分配系数的不均匀性

在介质较为均匀的含水层中，污染物的吸附分配系数值也存在一定的空间变化，在这种情况下，采用PAT去污方法，在对区域水资源进行去污后，水中污染物浓度的变化曲线也会呈现出弥散性的现象。当解吸作用达到平衡点时，已经被溶解的污染物质，随着水蛭被抽出后，等量的污染物质就会由吸附状转变为溶解状。而这一现象会一直持续到水中的污染物质被彻底清除才会停止。由此我们可以看出污染物质的吸附分配系数，数值的空间变化反应在吸附分配系数较大区域的去污速度较慢，而在吸附分配系数较小的区域，污染物质的转移速度则相对较快。如果污染含水介质呈不均匀分布的状态，那么，污染物吸附分配系数的空间变化将会更加明显。但是至今为止还没有相关的研究和资料，能够证明介质的渗透系数与污染物的吸附分配系数之间的关系。但是从PAT条件下污染物的浓度变化曲线上，我们可以看出，在介质具有较强渗透性的区域，污染物质的运动速度显然较快，但是在介质渗透性较弱的区域，污染物质的运动速度就比较慢。同理可得如果介质的区域透水性较差，那么介质对于污染物质的吸附能力就较强。反之，如果介质的区域透水性较强，那么介质对于污染物质的吸附能力就较差。

2 主观不确定因素

在调查地下水资源的过程中，很多科学家进行了相关的模拟实验。在模拟去除地下水污染的PAT过程以及评价PAT的去污效果时，也存在着主观判断上的不确定因素。很多科学家在对地下水资源的评价过程中，具有一定的主观性，这些主观性主要反映在模型的构建方面，比如对模型的不正确构建，以及人为计算误差等。目前在构建PAT条件下污染物质转移状态的相关数学模型中，大多数模型都处于假定状态。在这一条件下，科学家模拟溶质的转移呈现出不稳定的状态，但是水流的速度却呈现出稳定的状态。除此之外，在模拟模型时，很多科学家还假定了在PAT条件下，含水层中溶质的运行速度对于整个流场的性态并不会产生影响。但在实际的水流运行过程中，由于外界客观因素或其他人为因素的影响，含水层中溶质的运行速度会对整个流场的性态产生影响。在这种条件下很难让PAT方案按照预想而实行。从科学的角度来看，即使PAT在实施的过程中保持抽水及其他实验数据的不变性，含水层中的水流也很难达到稳定的状态。除此之外，只有在浓度较稀的溶液中，溶质的运动才不会对流场的性质和状态产生较大的影响。并且在使用PAT的过程中，相关的参数测量也存在一定的误差。除此之外，在使用PAT条件下，关于水流或介质等其他方面也存在明显的不确定因素。例如，水流参数或者溶质的转移速度等其他问题。很显然，如果不考虑含水层中介质的具体特性，就盲目的参考历史资料，就会导致整个模拟结果与实际值产生较大的误差。就算是对参数进行了一定的修正，也存在其他的不确定性因素。比如当地下水中的有机物质受到污染时，有机物质的污染浓度会随着工程治理的力度产生相关的变化，并且这与有机物质本身的生物降解作用具有一定的关系。已经有相关的研究表明，很多有机物质在特定的地理环境中确实存在生物降解的现象，这种现象会改变区域内部地下水的化学特性。而生物降解作用的变化是相当复杂的，生物降解作用，对区域水质中的化学性质所产生的影响，不会呈现出一定的规律。因此，在研究过程中，很多主观不确定性因素会影响地下水污染的治理[3]。

3 不确定因素的研究方法

在通常情况下，对于具有一些不确定性因素的研究方法，种类较多，在研究这一类问题时，我们可以把位置参数作为研究过程中的随机变量来进行处理。

3.1 问题定义

首先在研究水污染治理中不确定因素所带来的影响这一问题的过程中，要对水流中的溶质转移速度以及其他基本数据进行收集，建立起相关的资料档案。在研究区域地质和水文条件时，还应该创设相应的概念模型。然后通过借助计算机进行地下水流中污染物质的转移等其他方面的数值模拟，然后对问题进行定义，并且用目标函数表达问题。

3.2 不确定因素分析

在进行不确定因素分析的过程中，可以将各类不确定因素量化，并且分析已经存在的资料模型，通过听取专家的建议，对不确定因素进行概率表示，然后将不确定因素通过数学模型呈现在目标函数中，通过应用反分析法等同类型的方法来减小目标函数中的不确定性。

3.3 风险分析

风险分析是研究的最后一步，在实验中进行风险分析，主要是对地下水污染的治理工程与水污染治理效果之间的关系进行研究。因此我们可以把这种风险定义为水污染治理与治理效果之间的关系。

4 讨论

综上所述，目前我国的地下水污染治理过程往往得不到理想的效果，这主要是由于在治理过程中存在着外部以及人为的不确定性因素。针对这一现象，只有对这些不确定性因素进行深入的分析，并且将不确定因素在治理方案中进行定量的反应，从而减小水污染治理过程中的不确定性，才能够有效地提高地下水污染治理的质量和效率。