关于污染场地修复决策支持系统设计与实现的探索

作者：郑晓敏

    本文基于《污染场地土壤修复技术导则》，利用GIS和SQL数据库技术，研究并开发污染场地信息管理和修复决策支持系统，实现污染场地各类信息管理和场地修复技术筛选两大功能，为污染场地修复技术人员提供一个场地信息查询、管理的平台，也为相关专家提供一种辅助决策的工具，提高污染场地修复过程管理与决策的信息化水平。

1  系统需求

1.1  目的与原则

    系统的最基本目的是与新出台的《污染场地土壤修复技术导则》(HJ 25.4-2014)相配套，方便污染场地修复技术人员更快速地了解场地水文地质环境、更高效地管理场地信息、更有效地筛选修复技术，为编制污染场地修复技术路线和方案提供技术支撑。系统设计与开发遵循专业性原则、规范化原则、模块化原则和实用性原则。

1.2  污染场地修复的基本流程

    完整的污染场地土壤修复过程可分为场地调查、风险评估、场地修复3大部分。首先，场地修复技术人员要按照《污染场地环境调查技术导则》(HJ 25.1-2014)进行污染场地环境调查，获得各类污染场地条件信息，如场地历史信息、修复要求及经费概算等文本信息，污染场地遥感图、现场照片、污染场地周边土地利用图等地理空间信息，以及对污染场地设点采样获得的污染物信息。然后，按照《污染场地风险评估技术导则》(HJ 25.3_2014)对污染场地进行风险评估，获得污染场地各污染物的风险控制值和修复目标值。最后，根据《污染场地土壤修复技术导则》(HJ 25.4-2014)的规定，综合考虑场地条件、修复目标和修复要求，选择合适的修复模式，进而筛选出适用的修复技术，并在可行性研究的基础上编制修复技术路线和方案（图1）。

2  系统设计

2.1  系统功能设计

    系统主要包括两大基本功能：污染场地信息管理和修复辅助决策（图2）。场地信息管理主要对3方面信息，分别为场地信息、采样点信息和文档信息。场地信息包括：(1)文本信息包括场地名称、场地历史用途、场地土壤特征、污染物信息、修复要求等可用文字表达的信息；(2)图像信息包括场地遥感图像、场地地图、污染场地附近道路管线矢量图、污染场地附近土地利用分类图等各类与污染场地有关的图形图像信息。文本信息和图像信息以场地为单位存放在数据库中，图形图像信息可以在GIS平台上直观地进行展示。采样点信息是指在场地调查过程中对污染场地进行设点采样获得的污染物数据。这些信息按照不同场地、不同污染物分别存储成为表格，并可以将表格中的数据转化为点shp文件，叠加显示到污染场地遥感影像上。为方便场地修复技术人员了解污染物分布和迁移规律，系统对各类污染物的浓度进行空间插值和可视化，分析污染物的空间分布特征等。文档管理是指管理在场地修复过程中产生的各类文档，包括场地环境调查报告、污染场地修复方案、场地环境监测报

告等报告，还包括实验室小试、中试结果报告等。这些文档以污染场地为单位，在系统中可以对这些报告进行编辑和展示。

    污染场地修复辅助决策功能包括：(l)污染场地修复技术初筛，根据美国FRTR组织提出的修复技术筛选矩阵( treatment  technologies  screening  matrix)构建了修复技术数据库，针对不同的污染场地条件和修复要求系统自动从场地类型、修复技术类型、修复技术的发展状况、修复技术需要的资金多少、相对成本大小、需要时间长短、修复技术去除污染物的有效性和对VOC's、SVOC's、无机物的有效性这10个方面对数据库中的修复技术进行筛选；(2)专家咨询打分功能，系统自带专家数据库，根据专家擅长领域、邮件地址等信息，实现了修复技术路线和方案的专家在线评议，以便场地修复技术人员修改和完善修复技术路线和方案。

2.2  系统流程

    根据污染场地调查和风险评估报告，确定该场地的主要污染物和修复目标。运行系统执行以下流程：(1)新建场地并对场地命名，将有关场地信息、图像和污染物信息保存到数据库中；(2)管理场地对象，导人采样点文件，对采样点插值等操作；(3)根据场地条件和修复要求，确认修复模式，在修复模式的前提条件下，进行修复技术初筛，排除掉不符合场地条件和修复要求的修复技术，获得备选修复方法；(4)采用专家在线咨询的功能，对备选的修复技术进行权重打分，确定最优修复技术；(5)场地修复技术人员对修复技术进行可行性分析，编制备选修复技术路线和方案，再次进行专家评议，完成修复方案编制，并保存至系统数据库（图3）。

3  系统实现

3.1  系统开发环境

    鉴于ArcEngine可以灵活创建并定制地图界面，方便为其它软件嵌入GIS功能，本研究在污染场地信息管理与修复决策支持系统开发中，选择了基于Ar-cGIS Engine的开发平台，使用可视化语言C#，采用SQL Server 2008作为数据库平台，实现了信息管理功能和决策辅助之间的结合。

3.2  系统主要功能实现

3.2.1  场地信息管理

    场地信息管理将污染场地作为一个对象( object)进行管理和存储（图4），其中新建场地需要录入场地名称、地理位置、历史信息等文本信息，选择污染物名称、修复模式，并依据风险评估的结果设置合理的修复目标值。新建场地还可以录入现场照片和遥感地图，其中与场地空间位置相关的信息以shp文件的形式录入，系统根据场地空间位置自动进行叠加。对于不需要的场地，在管理员授权的许可下可以作为一个对象进行整体删除。系统普通用户可以对场地信息查询、查看，但只有管理员用户新建和修改场地信息。以下为加载遥感底图功能的关键代码。

    部分实现代码：

3.2.2  场地特征分析

    场地特征分析功能主要针对场地的采样点数据进行空间分析，从而了解污染物分布的大致范围和迁移扩散方向（图5）。以污染物空间数据插值为例，在设定插值范围之后，将场地离散化为二维或三维网格，基于反距离插值算法，实现二维或三维插值，从而直观地展示污染物在水平和垂直方向上的分布规律。基于二维和三维插值结果，在设定好修复目标值的前提下，可以明确修复范围并初步估算修复工程量。

部分实现代码：

3.2.3  修复技术初选

    污染场地土壤修复技术多达几十种，每种修复技术均针对特定的污染物和污染产地。结合美国环境保护署(EPA)的修复技术筛选矩阵和污染场地修复技术导则要求，系统针对59种修复技术的发展成熟度、是否能独立应用与污染场地修复、运行维护强度、资本投资程度、系统可靠性、成本大小、修复时间长短、有效性进行评估，并且衡量各修复技术对非卤代

VOCs、卤代VOCs、非卤代SVOCs、卤代SVOCs、化石燃料、无机物6大类污染物的处理有效性。针对具体的污染场地，在给定修复模式、修复要求和修复目标的前提下，系统基于筛选矩阵自动将适合目标污染物并满足约束条件的修复技术选出，产生修复技术列表。

3.2.4  修复技术比选

    系统初选的修复技术偏重对目标污染物的适用性，而针对技术的评比和量化分级较少，不能有效地对技术在可行性层面进行比选和排序。因此，需要结合污染场地修复专家的经验和可行性研究的成果，对初选后得到的修复技术采用权重打分的形式进行二次比选。修复技术比选的条件包括：技术成熟度、场地适用性、修复效果、修复成本、修复时间长短、环境人体安全性，其中环境人体安全性作为新加入的一个指标．对评估修复技术的可行性至关重要（图6）。具体比选过程如下：确定各条件的权重值( wj)，权重值为0-10的数值，数值越大，表示该条件对决策结果影响越大。然后对第i个待决策技术的第，个条件打分(fi，j )打分值为0-10的数值，值越大，表示该修复技术在该条件的表现越好。最后根据公式(l)计算每个待决策修复技术的总分值，并依据总分对技术进行排序。

    式(l)中，Ti为第f个修复技术总分值；wj为第j个条件权重值；fi，j为第f个修复技术第j个条件的打分值。

4  结语

    基于最新颁布的国家环境保护标准《污染场地土壤修复技术导则》( HJ 25.4-2014)，采用GIS组件式开发技术与可视化编程语言C#结合SQL Server 2008数据库，设计并开发了污染场地信息管理与修复决策支持系统。系统综合管理污染场地相关的各类文本、数字、地理空间信息，并可以直观地对场地特征（特别是污染物的空间分布特征）进行分析，以及针对目标污染物的技术筛选。系统可以脱离GIS软件进行操作，操作方便，适用于从事污染场地土壤修复的中小用户及地方环境管理部门，在编制污染场地修复技术方案中发挥辅助作用。系统的部分功能还有需要完善的地方，例如在场地特征分析中需要添加更多的插值算法以及空间统计的功能，以便为使用者提供更可信的分析结果。

5摘  要：在城市化进程中由于企业搬迁产生了大量的污染场地，其潜在的环境风险和再利用问题，已成为城镇管理者和公众关注的焦点。污染场地修复是一项复杂的工程实践，包括场地调查、风险评估、场地修复等多个环节。针对污染场地修复过程中场地信息管理和修复技术决策问题，基于最新颁布的污染场地修复技术导则，采用GIS组件式开发技术与可视化编程语言C#结合soL Server 2008数据库，设计并开发了污染场地信息管理与修复决策支持系统。系统具有污染场地信息综合管理、场地特征分析和修复技术筛选3项主要功能，并支持在线专家咨询，辅助完成污染场地修复相关报告。系统为污染场地修复工作者提供方便的管理T具和决策参考，在编制污染场地修复技术方案过程中发挥辅助作用。