基于环境容量及自然消减模型的土壤环境承载力计算方法技术

本发明专利技术提供了基于环境容量及自然消减模型的土壤环境承载力计算方法，用以精细化定量评价土壤污染环境承载力，该方法基于敏感受体土壤污染风险阈值，计算土壤环境容量；利用污染物环境多介质传输模型模拟环境污染物在土壤中的输入通量；利用污染物土壤多界面分配模型模拟污染物在土壤中固

【技术实现步骤摘要】
基于环境容量及自然消减模型的土壤环境承载力计算方法


[0001]本专利技术属于土壤承载力计算
，具体是涉及基于环境容量及自然消 减模型的土壤环境承载力计算方法。

技术介绍

[0002]随着城市化和工业化过程的加快，土壤环境日益恶化，土壤污染问题已经 引起了社会的高度关注。土壤污染环境承载力指在一定时间和空间范围内，在 维持土壤环境系统结构和功能不发生改变的前提下，土壤单元所能承受的人类 活动规模和强度的阈值。因此，土壤环境承载力可以作为社会、经济发展的安 全阈值，土壤污染环境承载力研究是“土十条”中加强土壤污染防治基础研究的 重要内容。
[0003]然而，由于环境承载力的概念广泛，具有动态变化性、区域异质性和影响 因素复杂性，评价内容涵盖了区域污染物产排污、土壤污染物输入和输出、土 壤污染风险等多个不同尺度及维度的过程模拟及定量计算模型，导致土壤环境 承载力研究内容及定量评价难以做到系统性和全面性。其中，现有的土壤环境 容量通常采用土壤环境质量标准与土壤污染现状相减的方法，缺乏对土壤污染 风险阈值随着土地利用类型和土壤类型的空间异质性而发生变化的考虑。此 外，目前承载力估算的方法仅对土壤污染物的承载量(动态土壤环境容量)进 行了估算，或者仅采用综合指数法对社会、经济和人口等参数进行定性评估， 缺乏针对不同土地利用类型的敏感受体的人类活动规模和强度的综合定量化计 算。
[0004]由此可见，由于现有的土壤环境承载力估算方法缺乏空间异质性及对人类 活动规模、强度的定量化和标准化计算方法，导致估算结果缺乏精准性及对实 际土壤环境管理的指导性。

技术实现思路

[0005]针对上述存在的问题，本专利技术提供了基于环境容量及自然消减模型的土壤 环境承载力计算方法。
[0006]本专利技术的技术方案是：基于环境容量及自然消减模型的土壤环境承载力计 算方法，具体包括以下步骤：
[0007](1)土壤污染现状调查、污染物源解析及排放清单分析
[0008]通过评估区域空间布点采样调查，获得污染物含量空间分布特征，采用 PMF受体模型，解析各个污染物来源及比例，查阅文献，调查并收集场地土壤 污染物的排放清单，获得各个来源中目标污染物的排放强度；
[0009](2)土壤污染风险敏感受体识别及风险阈值确定
[0010]选择区域生态安全、农产品安全、地下水安全或人体健康安全的风险受 体，根据敏感风险受体选取相应的风险阈值C
r
，同时确定土壤污染风险阈值C
r
的空间分布；
[0011](3)土壤污染环境容量计算
[0012]土壤环境容量根据公式计算：
[0013]Q＝10
‑6.M
·
(C
r
‑
C
i
)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0014]式(1)中，Q为土壤环境容量(kg/hm2)，M为单位面积评估层土壤质量 (kg/hm2)，C
r
为土壤污染物风险阈值(mg/kg)，C
i
为土壤污染含量 (mg/kg)；
[0015]当Q＜0时，表明污染物在土壤环境单元内已经超过了其可容纳污染物的 最大负荷量，土壤不具备环境承载力，评估过程结束，建议尽快启动土壤修复 的程序。
[0016]当Q＞0时，表明土壤仍然具有可以容纳污染物的能力，执行步骤(4)；
[0017](4)土壤污染物输入通量估算
[0018]基于场地土壤污染物源解析结果和排放清单，定期采集污染物不同输入过 程的介质样本，或采用污染物环境多介质传输模型定量计算土壤污染物输入通 量G；
[0019](5)土壤污染物自然消减量计算
[0020]采用土壤包气带及地下水污染物迁移转化模型，进行土壤污染物在包气带 及地下水中的自然消减过程模拟，通过模型模拟分别定量计算污染物通过植物 吸收、降解、挥发、淋溶和固定在包气带和地下水中的浓度C
N
；
[0021](6)土壤污染物环境承载量计算
[0022]类比生态学承载力公式，单位时间内土壤污染物环境承载量的计算公式 为：
[0023][0024]式(2)中，SECQ为土壤环境承载量(kg/hm2)，i为第i种土地利用类 型，t为污染物累积时间，Q
i
为空间单元单位面积评估层土壤环境容量 (kg/hm2)，G
i，t
为单位时间内土壤污染物输入量(kg/hm2)，M为单位面积评 估层土壤质量(kg/hm2)，CN
t
为单位时间内土壤污染物自然消减浓度 (mg/kg)；
[0025](7)土壤污染物承载力定量评价
[0026]定量评估区域的土壤环境承载力，包括土壤环境承载力和土壤的环境承载 量负荷指数，其中，土壤环境承载力用以表征土壤能够承受的人类活动的规模 与强度，土壤的环境承载量负荷指数，用以表征土壤承载量的负荷强度。
[0027]进一步地，所述步骤(4)中污染物环境多介质传输模型为排放因子模型。
[0028]进一步地，所述步骤(5)中，包气带层污染物运移模型为HYDRUS
‑
1D， 地下水污染物迁移模型VisualMODFLOW，通过具体的定量计算模型，可避免 采用综合指数进行定型评估而造成估算结果缺乏精准性。
[0029]进一步地，所述步骤(5)中以包气带层污染物运移模型HYDRUS
‑
1D耦 合地下水污染物迁移模型Visual MODFLOW模拟土壤污染物在包气带及地下水 中的自然消减过程模拟，为土壤污染物自然消减量的确定提供精细化的方法。
[0030]进一步地，所述包气带
‑
地下水在时间和空间交互作用的具体过程为：首 先，VisualMODFLOW从空间上将研究区离散成多个栅格，然后根据土壤水力 学性质、地质结构将栅格分成不同的区域；其次，通过HYDRUS
‑
1D模型对Z 方向进行离散，将HYDRUS
‑
1D的一个土壤剖面对应VisualMODFLOW中这些 区域里的每一个栅格，由此实现空间上的耦合；此外，耦合的HYDRUS
‑ꢀ
MODFLOW模型在水流、溶质输入时还需要在时间步骤上进行调整， HYDRUS
‑
1D的多个时间步骤组合成VisualMODFLOW的一个应力期，即 VisualMODFLOW的输入需要根据它的输入时间步骤利用HYDRUS
‑
1D每个剖 面的下边界输出来计算得到，通过以HYDRUS
‑
1D耦合VisualMODFLOW过程 对土壤污染物自然消减量进行模拟并定量化计算，增加土壤环
境承载力定量评 价的系统性和完整性。
[0031]进一步地，其特征在于，模型中的参数采用野外监测、文献资料收集、数 据库及计算软件获得，通过多种渠道获取参数，增加计算精确性。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于环境容量及自然消减模型的土壤环境承载力计算方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)土壤污染现状调查、污染物源解析及排放清单分析通过评估区域空间布点采样调查，获得污染物含量空间分布特征，采用PMF受体模型，解析各个污染物来源及比例，收集场地土壤污染物的排放清单，获得各个来源中目标污染物的排放强度；(2)土壤污染风险敏感受体识别及风险阈值确定选择区域生态安全、农产品安全、地下水安全或人体健康安全的风险受体，根据敏感风险受体选取相应的风险阈值C
r
，同时确定土壤污染风险阈值C
r
的空间分布；(3)土壤污染环境容量计算土壤环境容量根据公式计算：Q＝10
‑6·
M
·
(C
r
‑
C
i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式(1)中，Q为土壤环境容量(kg/hm2)，M为单位面积评估层土壤质量(kg/hm2)，C
r
为土壤污染物风险阈值(mg/kg)，C
i
为土壤污染物含量(mg/kg)；(4)土壤污染物输入通量估算基于场地土壤污染物源解析结果和排放清单，定期采集污染物各个输入过程的介质样本，或采用污染物环境多介质传输模型定量计算土壤污染物输入通量G；(5)土壤污染物自然消减量计算采用土壤包气带及地下水污染物迁移转化模型，进行土壤污染物在包气带及地下水中的自然消减过程模拟，通过模型模拟分别定量计算污染物通过植物吸收、降解、挥发、淋溶和固定在包气带和地下水中的浓度C
N
；(6)土壤污染物环境承载量计算类比生态学承载力公式，单位时间内土壤污染物环境承载量的计算公式为：式(2)中，SECQ为土壤环境承载量(kg/hm2)，i为第i种土地利用类型，t为污染物累积时间，Q
i
为空间单元单位面积评估层土壤环境容量(kg/hm2)，G
i,t
为单位时间内土壤污染物输入量(kg/hm2)，M为单位面积评估层土壤质量(kg/hm2)，C
N,t
为单位时间内土壤污染物自然消减浓度(mg/kg)；(7)土壤污染物承载力定量评价定量评估区域的土壤环境承载力，包括土壤环境承载力和土壤的环境承载量负荷指数，其中，土壤环境承载力用以表征土壤能够承受的人类活动的规模与强度，土壤的环境承载量负荷指数，用以表征土壤承载量的负荷强度。2.根据权利要求1所述的基于环境容量及自然消减模型的土壤环境承载力计算方法，其特征在于，所述步骤(4)中污染物环境多介质传输模型为排放因子模型。3.根据权利要求1所述的基于环境容量及自然消减模型的土...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢天，王美娥，陈卫平，姜瑢，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：