作者张毅
蒸汽入侵( vapor Intrusion)是指气态污染物从地下污染源，包括受污染土壤和地下水，通过包气带迁移进入室内空气的过程。蒸汽入侵可以发生在多种用地类型中，包括居住用地、商业用地以及工业用地，并且影响各种地基类型的建筑物，包括地下室、半地下室以及水平地面。在极端情况下，蒸汽可能会在地下室或室内富集，造成短期的安全风险（如爆炸等）、急性健康影响（如致癌）、以及不良的感官影响（如恶臭）。在进行蒸汽入侵模型计算时，污染物与受体的相对位置，污染物的迁移方式，侵入受体的途径以及建筑物的构造和特征等都会对计算结果产生影响，所以在进行实际场地风险评估时，需要对模型进行合理矫正。
本文中研究场地从1990年代开始用作化工厂，将作为商业住宅区用地，由监测发现，地下水中存在甲苯、乙苯、二甲苯3种苯系物污染，如果管理不当，可能通过蒸汽入侵途径，对以后的居民造成健康风险，所以需要对其进行健康风险评估。该化工厂地下水水位2.67 m，比地下室埋深3.66 m要高。然而，风险评估导则中推荐的蒸汽入侵模型的假设是地下室底板高于地下水水位，可见导则中模型不适用于该情况下的污染场地。由此，本文建立了基于地下室底板低于地下水水位的2种方式下的污染概念模型，一个是地下室进气污染概念模型，一个是地下室渗水污染概念模型，对蒸汽入侵模型进行了创新性研究，也是对风险评估导则的矫正和补充。
1 场地概况
1.1 场地特征
研究场地原为某医药中间体生产厂，搬迁修复后将开发为商业住宅区。场地位于东北某沿海城市郊区，位于某区域性主要河流北岸。场地浅层地层以冲积沉积物为主，主要包括中细砂、粉砂为主，局部有粉质粘土及卵砾石层。地下水位埋深较浅，约为1～3 m，浅层地下水受大气降水补给，主要流向为朝东南排泄至南面河内。
1.2 污染特征
为详细了解该区域地下水污染状况及对其未来住宅区蒸汽入侵状况的影响，对拟建住宅区区域进行采样调查，共布置了8个地下水监测井（分布如图l所示，MW、DW为不同批次监测井编号）。其中地下水中污染物浓度最高为MW4监测井，此处地下水位为2.67 m，3种典型挥发性污染物（甲苯、乙苯和二甲苯）的浓度如表1所示。根据商业住宅区的建筑规划，将在此场地上建造系列含有地下室的住宅建筑物，地下室埋深通常达到3.66 m，将低于此处的地下水位。
2 污染蒸汽入侵概念模型
2.1 通用污染概念模型
挥发性有机污染物主要通过挥发与人体接触，在人体的呼吸作用下进人人体器官并造成健康风险。在对实际的挥发性有机物污染场地进行健康风险评价时，很重要的一点就是构建合理的污染概念模型。通用污染概念模型是指国内导则中推荐使用的蒸汽入侵模型，它是假设未来建筑位于污染地下水垂直正上方。其中公式内容如下：
式(l)中，Qs为流经地下室地板裂隙的对流空气流速，cm3/s;当Qs>0时，
式(2)中，VFgwi。为地下水中污染物扩散进入室内空气的挥发因子，室内污染物浓度计算公式为：
2.2 地下水污染概念模型
根据地下室的建筑设计和地下水埋深发现，以上通用概念模型与地下室实际污染概念模型（图2）不完全相符。通用概念模型是假设未来建筑位于污染地下水垂直正上方，而地下室底板在低于地下水水位时，污染物可能通过建筑物底板或墙体裂隙通过气态形式或通过渗水而进入地下室内。因此直接套用现有导则计算蒸汽入侵浓度，由于未考虑从地下室底板或墙体裂隙通过气体或渗水方式进入的污染物，将低估地下室内的污染物入侵浓度，从而低估对地下室内活动人员的健康风险。
3 2种地下室污染蒸汽入侵模型推导
地下水中挥发性污染物对地下室的污染存在2种入侵方式（图2），一种是污染物气体通过底板或墙壁裂隙进入地下室，另一种是地下水通过底板或墙壁裂隙直接渗入地下室并在室内挥发。以下分别推导这2种地下室污染蒸汽入侵模型。
3.1 地下室进气污染概念模型
姜林等在基于地铁底板低于地下水位的假设下，提出了地铁站污染概念模型，认为地下水中的VOCs主要在浓度梯度的作用下通过分子扩散作用穿越混凝土底板或墙壁，再进入地铁室内空问。参考此模型，提出地下室进气污染概念模型：
污染物浓度，mg/m3，Ds为土壤中气态污染物的有效扩散系数，cm2/s。
3.2 地下室渗水污染概念模型
从混凝土工作的研究及大量混凝土工程实践证明，混凝土裂隙是混凝土结构中普遍存在的问题。尽管混凝土裂隙也有自愈合特性，但在特定条件下，地下水仍然可以通过混凝土裂隙而产生渗水现象。当地下室底板位于地下水水位以下时，地下水通过混凝土裂隙渗入室内，水中的VOCs通过挥发作用而进入室内空气中。根据泊肃叶渗水量模型，当混凝土裂缝宽度不超过0.3 mm，渗水压力梯度（水压力/结构厚度）不超过50时，渗水量的计算公式为：
假设在室内空气流通的情况下，进入室内的污染物可以完全挥发，则根据质量守恒定律可得：
联立公式(4)和(5)，可计算出地下室室内空气的污染物浓度：
以上2种模型中涉及到的参数定义及取值见表2。
4 蒸汽入侵浓度计算结果
根据地下室污染概念模型和通用污染概念模型，采用研究场地的地下水污染物浓度实测数据，运用公式(3)、(4)、(7)计算并比较不同模型下的室内污染物浓度。相应参数的取值如表2所示。
由图3中所示，地下室渗水污染概念模型(模型c)计算所得的3种污染物的室内浓度计算结果远远大于通用污染概念模型（模型a）和地下室进气污染概念模型（模型b）的计算结果，而模型a的计算结果又比模型b的结果略小。具体数值及倍数比较如表3所示，c/a和c/b均在400倍以上．而b/a则在l.l倍左右。分析原因如下：
(1)模型c中假设污染物全部以地下水渗入的方式进入室内的，地下水中的污染物完全挥发。而模型a、b中污染物都是以气态形式进入室内的，假设地下水中污染物并没有完全挥发到室内，两者都涉及到了亨利定律，即污染物从液相浓度转换到气相浓度。所以会得到c/a和c/b均在400倍以上，模型c的计算结果远远大于模型a和模型b。
(2)模型a没有考虑地下室在地下水水位以下的情况，所以模型a的蒸汽入侵存在土壤和裂隙的消减。所以模型a的计算结果是3种模型中最小的。
(3)模型b考虑了地下室底板低于地下水水位的情况，同模型a相比，减少了土壤中污染物通过包气带的损失，只考虑了裂隙的消减，所以模型b的计算结果会略高于模型a，b/a在1.1倍左右。
5 结论
分别采用通用污染概念模型，地下室进气污染概念模型以及地下室渗水污染概念模型，对某化工厂拟建住宅区进行室内浓度计算，发现对于苯系物而言，无论是采用地下室进气污染概念模型，还是采用地下室渗水污染概念模型进行计算，所得结果都比通用污染概念模型所得结果要大，所以考虑直接套用导则中推荐的蒸汽入侵模型会存在偏差，应当按照场地的实际情况进行修正。当地下室内存在地下水渗入时，采用地下室渗水污染概念模型计算所得的室内浓度会远远大于地下室进气模型。可见，此时在采用健康风险评价对拟建住宅区进行风险评估时采用地下水渗入方式下的蒸汽入侵模型更有利于控制风险。
6摘 要：对某化工厂搬迁后拟建的商业住宅用地所在区域地下水开展污染调查，采样结果表明，拟建住宅区存在甲苯、乙苯、二甲苯3种苯系物污染，可能通过蒸汽入侵途径对居民造成健康风险。该研究场地地下水水位2.67 m，地下室埋深3.66 m，地下室底板位于地下水水位以下，导致《污染场地风险评估技术导则》巾建议的基于地下室在地下水水位以上的通用污染概念模型不适用于该污染场地。文章创新性地构建了基于地下室底板低于地下水水位的蒸汽入侵模型，该模型根据蒸汽入侵方式的不同，可分为地下室进气污染概念模型和地下室渗水污染概念模型。以该污染场地的实测数据为基础，采用该模型进行室内浓度计算，并与通用污染概念模型的计算结果进行比较，结果表明通用污染概念模型由于存在包气带及裂隙的衰减，导致计算的污染物浓度偏低，比渗水模型少400倍以上，远远低估了污染物侵入室内的浓度。由此可见，在对该污染场地进行风险评估时，直接套用现有的通用污染概念模型来计算室内污染物浓度是偏离客观事实的，必须对现有模型进行修正。
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