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2.1 同源性分析
由于因果关系判定通常是针对潜在污染源已知的情况,因此,因果关系判定的第一步是对受损环境(土壤和地下水)的污染和潜在污染源的污染进行同源性分析,即通过分析潜在污染源排放的污染物与受损环境中的污染物组成及物理、化学、生物学性质的异同,来初步判定受损环境中的污染物是否来源于污染源. 对事故发生地排放或泄漏的污染物成分进行检测,并对受损环境(土壤和地下水)的污染状况开展调查,分析受损环境中污染物与事故发生地废弃物/废水/废气中污染物是否具有同源性. 同源性分析可采用的方法包括指纹图谱技术、多元统计方法、同位素分析、地理信息技术等.
指纹图谱技术. 指纹图谱技术最早用于海洋溢油的鉴别,即通过对溢油和嫌疑油样品的“油指纹”进行鉴别比对来确认溢油源. 油品中正构烷烃、多环芳烃、类异戊二烯类化合物、甾烷和萜烷等均可作为“油指纹”用于原油鉴别[17-18],之后该“指纹”的概念被扩展应用到其他领域. 全氟化合物的指纹也能用于来源解析[19]. 王燕等[20]测定了涉污企业外排污废水中以无机元素、金属离子、阴离子、有机小分子与有机大分子等信息为代表的化学指纹,并通过超排指纹与涉企指纹的对比,进行了溯源追责.
多元统计方法. 统计分析方法可以用于研究污染元素之间的相关性和结合特征,依据环境中污染指标和某些已知污染源的污染物排放特性,可辨别其污染来源[14,21]. 通过对污染元素之间的相关分析,可确定其同源关系[22]. 主成分分析是用几个因子来解释污染状况,属于同一个主成分的污染指标可能为同一污染来源[23-24]. 样本聚类分析中,聚在一类的样本具有相同来源;变量聚类分析中归在一类的变量具有相同来源[25]. 富集因子分析主要用于区分自然污染与人为污染[26].
同位素分析. 物理、化学及生物等因素均会引起同位素自然丰度的变化,从而使不同来源物质的同位素组成比例可能存在差异,通过元素的稳定同位素组成特征可以鉴别元素的来源,追踪其传输途径和归趋. Pb同位素在工业活动和环境迁移过程中的分馏作用不显著,其稳定同位素组成主要与原矿石有关[27],可以通过Pb同位素的组成判断污染来源和迁移途径[28-29];Cd、Zn、Ni、Hg等并非从母体核素中经过放射性内增长而来,这些同位素可用于追踪人类活动产生的分馏作用[21,28]. 此外,有机污染物的碳同位素比值也可用于其来源解析,生物较易降解12C,造成13C比例上升[30-31]. Cl同位素和H同位素等也可用于有机污染物来源的判断[32-33].
地理信息技术. 地理信息技术(GIS)在污染源解析中也有所应用,主要利用计算机成图获得污染物浓度按地理分布的等值线图,将其与含有工业、道路和其他潜在污染源的地图进行叠加,分析污染物空间异常分布与污染源的关系,从而判断导致污染物分布异常的成因[21,34].
2.2 载体与介质识别
在证实受损环境(土壤和地下水)中污染物与污染源中污染物的同源性之后,需要对污染源和受损环境之间的传输途径进行分析,即污染物是如何从污染源到达受损环境的. 污染物的空间传输需要具备两类要素,即传输介质和携带污染物进行传输的载体,因此,传输途径分析包括介质识别和载体识别两部分,从而初步建立污染源到受损环境(土壤和地下水)之间的联系. 污染物传输载体和介质的识别可借助场地概念模型进行,场地概念模型是在地质调查、水文地质调查、污染调查等多项工作的基础上构建的,是以“污染源-迁移途径-受体”为核心,不仅包括场地的污染情况,还包括地质、土壤、水文地质、工程地质性质与环境背景、场地现状与规划利用情况等[35-36]. 污染物在地下环境中传输的载体通常包括入渗水、地下水、非水溶相液体等;传输介质包括土壤、地下水等. 携带污染物的入渗水或非水溶相液体等载体进入土壤后会和土壤接触,土壤成为介质并伴随水体流动,致使污染物进一步迁移到含水层或饱和层,由此地下水成为载体和介质.
2.3 传输方向判断
因果关系判定的第三步在于判断传输载体的运动方向和污染物浓度梯度方向是否一致. 因为污染物从污染源排放或释放出来后,在环境介质中会随各种物理、化学、生物学过程而削减,在下游和污染源之间形成浓度梯度. 只有当传输载体的运动方向与污染物浓度梯度方向一致,才能认为污染物迁移是由该传输载体的运动所致,也才能说明迁移途径在空间和时间上是合理的. 传输载体的运动方向包括地表水渗流方向、非水相液体对流和弥散方向以及地下水流向等. 地表水渗流方向和地下水流向可以通过对地质和水文地质条件的调查进行确定,地下水流向的测定方法还包括解析法、抽水试验法、同位素稀释示踪法、充电法、高密度电法仪、地下水流向流速计等多种方法. 非水相液体传输方向可以通过试验测定和模型模拟等方式获取[37]. 污染物浓度梯度方向的判断主要依赖于对污染物空间分布情况的调查,并利用地理信息系统软件(ArcGIS)、地质三维可视化分析系统(EVS)、Surfer、Voxler等对介质或载体中的污染物浓度进行空间插值分析,以判断污染物的浓度梯度方向.
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