技術前沿：地下水污染物質通量和物質排放

來源：寶航環境修復

大多數有關污染地下水場地的決策都是由污染物濃度決定的?，F在，這些決策也可以通過考慮污染物的物質排放和物質通量來改進。物質排放和通量估算量化了給定時間和地點的污染源或污染羽強度，即每單位時間在地下水中移動的污染物質量，可以改進對自然衰減的評價和對污染下游受體(如供水井或地表水體)構成的風險的評估。

首先，區分這兩個術語是很重要的。物質通量是一種對于特定區域的速率測量，通常是污染羽流橫截面。因此，物質通量表示為質量/時間/面積(例如，g?d-1?m-2)。物質排放是一個綜合的物質通量估計(即整個污染羽中所有物質通量測量的總和)，因此代表了地下水通過一個確定平面輸送的任何溶質的總質量。因此，物質排放表示為質量/時間(例如，g/d)。除了確定污染源強度和污染羽衰減率外，物質通量估算還可以確定大部分污染物正在移動通過的平面區域。這些信息在污染場地管理的幾乎所有方面都是有價值的。

將濃度數據與地下水流速相結合計算出物質排放。通過評價一個場地的物質排放，從而考慮濃度和地下水流速對污染物運動的綜合影響，管理人員將對場地有更全面的了解，這將改進有關場地管理優先次序或修復設計和操作的決策。例如，污染物濃度本身不能提供控制污染羽行為過程的完整圖像，因為地下水流速(在同一個場地也有不同流速)也是污染羽行為的一個組成部分。然而，將物質排放信息納入場地概念模型可提高修復效率并縮短修復時間，特別是在具有多個污染源區域或污染羽跨越多個地層單元的場地。

在這種情況下，三個含水層具有相同的污染物濃度和水力梯度，但水力滲透系數不同，因此地下水流速也不同。僅考慮濃度數據表明，修復所有三層地下水同樣重要。但是，物質通量估算清楚地確定了構成最大地下水下游風險的水層，并證明了首先對礫石砂層進行修復的理由。

物質通量和物質排放估算可以幫助管理人員更準確地回答幾個關鍵問題：

• 污染羽是穩定的、擴展的還是收縮的?

• 擬議的修復措施將如何影響污染物未來的分布、傳輸和/或歸宿?

• 在可預見的未來，在不同的點會有哪些風險和接觸?

• 在過渡到其他技術(如原位生物修復或允許監測自然衰減來完成場地修復)之前，需要去除多少部分的污染源?

當然，在大多數情況下，物質通量和物質排放數據將不是解決這些問題所需的唯一信息。清晰考慮物質質量信息可以增加時間濃度數據(例如，在評估污染羽穩定性時)。一個常見的經驗是，測量場地的物質通量和排放可以改善總體場地概念模型，從而更好地理解潛在風險，并幫助管理人員確定場地的最高優先級部分。

然而，物質通量和物質排放估算確實也有局限性。收集必要的數據來計算兩者都會增加項目的總成本。對于基于現有數據的模型或數學分析的估算，成本可能相對較低，但對于所謂的高精準率制圖(沿著一個或多個截面測量間隔相對較近的監測點的通量，在每個采樣點以多個深度間隔采樣)來說，成本可能很高。在物質通量和物質排放估算中所涉及的不確定性可能很大，在可能的情況下應加以量化。然而，它也應該相對于濃度數據進行評估，這可能至少是不確定的?？煽康奈镔|通量和物質排放估算往往需要比通常在大多數場地獲得的更詳細的水力滲透系數和地下水流場特征。最終，物質通量或排放量估算所需的準確程度應根據估算的計劃用途來確定。在某些情況下，初始近似值可能足夠，如果需要，可以稍后收集更高精準率的測量值。

測量物質通量和/或物質排放的基本方法有三種:

• 截面法，利用各個監測點整合濃度和流量數據

• 井捕獲/泵試驗試方法，它依賴于抽取地下水和測量井的流量和物質排放

• 被動通量計，是最近發展起來的直接在井中估算物質通量的裝置

物質排放和通量也可以通過分析現有場地數據來估計。這樣的估計可以通過(a)沿著垂直于等值線的截面(或沿著現有監測井的截面)或(b)通過使用需要流量和濃度數據作為輸入參數的溶質傳輸模型來分析流速和濃度來獲得。在許多已經實施了土壤氣抽提或地下水抽出處理系統的場地，歷史上已經確定了大量物質排放數據。這些數據通常用于評估污染源枯竭率，在某些情況下，漸近和大量排放趨勢已被用于確定過渡到新技術或管理戰略的時間。

本文概述了地下水物質排放和通量的基本概念、它們的潛在應用以及這些指標的使用案例研究。對案例研究的分析表明，物質排放和通量估算對若干場地管理目標是有用的，評估物質排放和通量可以改善場地概念模型并導致更有效的修復措施。案例研究分析的具體結果包括:

• 物質排放和通量數據優化了決策。例如，它們被用來觸發技術之間的轉換。

• 物質排放和通量數據降低了修復成本。例如，物質通量估算已被用于確定分層含水層中的高優先層，從而導致更具成本效益的修復工作。

• 物質排放和通量數據已用于確定場地的優先級。例如，責任方已經使用大量排放估算來確定受多個污染源影響的區域地下水流系統中需要進一步表征和修復的場地。

• 物質排放和通量數據被用來預測修復效果。物質排放、高精準率制圖和可用的分析工具為估計自然衰減率、對污染源處理的污染羽響應和修復時間框架提供了基礎。

• 截面測試是迄今為止最常用的方法，并且截面已被證明對場地管理很有用。使用截面帶可以提供更可靠的自然衰減率估計，而不是依靠沿水流路徑的監測井線路的更典型的做法，因為截面數據不太容易受到流動方向和強度的時間變化的影響。

物質通量和物質排放數據的其他用途包括風險評估，特別是在評估潛在的下游受體的風險或評估蒸氣侵入位于地下水污染上方的建筑物的風險時。在許多情況下，這些信息在基礎模型中使用，但其重要性未被認識到，并且估算可能高度不確定。

從物質通量和物質排放概述中得出的主要結論如下:

• 物質通量和排放估算已證明對污染場地的管理是有價值的，應更經常地加以使用。

• 隨著物質通量和排放信息的好處得到更廣泛的認識，使用將迅速增加。

• 特定的評估方法可能更適合特定的場地條件和目標，因此考慮可用方法的優點和局限性是很重要的。

• 有用的物質排放和通量估計通?？梢詮默F有場地數據和/或有限的場地采樣中得出，通常費用相對較低。

• 所有物質通量和流量估計方法都涉及不確定性，在考慮使用參數時，應在可行的范圍內識別和量化不確定性。然而，僅用濃度數據可能具有類似或更大的不確定性。

• 管理不確定性的策略包括預先表征和分階段取樣。

• 物質排放也可以在監管決策中發揮重要作用，并且在某些目的上可能比濃度數據更有優勢。例如，決定何時從積極修復轉向自然衰減；評價重非水相液體污染源修復工作；或者甚至確定何時不需要在場地上進行進一步的操作。