張紅振，董璟琦，吳舜澤，王金南，張?zhí)熘?環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院環(huán)境工程部，北京 000；.清華大學環(huán)境學院，北京 00084）

某焦化廠污染場地環(huán)境損害評估案例研究

張紅振1*，董璟琦1，吳舜澤1，王金南1，張?zhí)熘?（1.環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院環(huán)境工程部，北京 100012；2.清華大學環(huán)境學院，北京 100084）

以某大型焦化廠土壤和地下水多環(huán)芳烴、苯污染損害評估為例，采用資源等值分析法分別開展場地土壤和地下水污染環(huán)境損害評估，并對評估結果的不確定性進行分析.結果表明，損害評估的數(shù)額（27.1億元）與實際污染修復成本（20.5億元）具有較大差異，損害評估額明顯大于污染治理修復成本；社會貼現(xiàn)率的取值（1%～5%）選擇對土壤污染損害評估結果影響最大，污染含水層厚度（3m～9m）、含水層孔隙度（0.25～0.35）、社會貼現(xiàn)率（1%～5%）和單位地下水修復成本（4000～5000元/m2）等因子對地下水污染環(huán)境損害評估的結果影響較大.資源等值分析的方法作為評估工業(yè)場地土壤和地下水污染理論和技術上較為可行，但需要精細化的立法和明確的技術導則來規(guī)范損害評估的內容、程序和方法.

土壤和地下水污染；等值分析；場地修復；不確定性分析

近年來，隨著中國城市化進程的加速和工業(yè)化模式的轉變，大量工礦用地受到污染［1］.尤其是工業(yè)場地的污染程度重、范圍相對集中、深度可達數(shù)米至數(shù)十米，地下水同時受到嚴重污染.土壤和地下水污染的危害已經表現(xiàn)在加劇土壤資源短缺和生物多樣性減少，威脅人體健康、生態(tài)環(huán)境安全和社會穩(wěn)定.從“十一五”起，國內污染場地的調查和修復逐步啟動，環(huán)境保護部以及湖南、重慶、江蘇、上海、北京等地陸續(xù)發(fā)布了規(guī)范污染場地環(huán)境管理的政策和技術文件［2］.然而，從環(huán)境損害評估的角度開展土壤和地下水污染的評估在國內外依然匱乏.眾所周知的美國CERCLA法案把土壤和地下水污染的調查評估和治理修復的權責交給美國EPA，并賦予了EPA強大的追溯環(huán)境污染責任權利［3］.然而，在美國工業(yè)場地造成的土壤和地下水污染一般不列入資源環(huán)境損害評估（NRDA）之列.歐盟在其ELD指令中明確規(guī)定受污染土壤的環(huán)境修復責任也只要保障土地再利用功能和人體健康風險處于可接受水平，對于地下水污染的環(huán)境責任依然模糊，同時缺少工業(yè)場地土壤和地下水污染環(huán)境損害評估典型案例支撐［4］.中國的環(huán)境損害評估與賠償制度建設逐漸起步，但目前仍缺少《土壤污染防治法》和《地下水環(huán)境質量標準》，土壤和地下水污染的環(huán)境損害評估與管理體系，以及從資源環(huán)境的角度評估工業(yè)場地造成的環(huán)境價值損失數(shù)額計算方法及規(guī)范仍是空白.

等值/等價分析方法常用于資源環(huán)境價值估算，最早于1992用于評估濕地污染損害，1996年美國國家大氣和海洋管理局制定了資源環(huán)境損害評估技術規(guī)范，等值分析方法開始用于長期排污區(qū)域污染、有毒物質泄露、地下儲罐污染損害評估以及石油泄漏損失的評估實踐［5］.歐盟于2004專門成立了“歐盟應用資源等價分析法評估環(huán)境損害”研究小組，并于2008年發(fā)布了EAM的工具包和典型案例分析［6］.EAM將環(huán)境修復成本作為自然資源損害賠償?shù)幕究紤]，這種新的自然資源損害評估思路將焦點從對損失和傷害的賠償評定和貨幣化，轉向實施恢復措施的成本，受到越來越多的關注［7］.目前，美國約有20%的NRDA案例應用了等值分析方法［8］.在國內的海洋溢油生態(tài)損害評估、溢油事故海洋生物資源損害評估、突發(fā)水污染事件環(huán)境資源損失評估、河流污染流域生態(tài)環(huán)境損害評估、填海生物棲息地損害評估、礦山開采破壞生境損失評估等方面已有應用和報道［9-14］.然而，采用等值分析的方法開展中國污染場地土壤和地下水資源環(huán)境損害評估的實例研究仍然十分缺乏，這里我們嘗試采用EAM對北方某大型焦化廠污染場地進行環(huán)境損害評估.

1 污染場地案例

1.1 場地概況

該大型焦化廠始建于1959年，曾經是我國規(guī)模最大的獨立煉焦化學工業(yè)企業(yè)之一，建廠前土地利用方式主要為農田和荒地，自投產以來，場地一直為工業(yè)用地，以煤炭為原料，產品為煤氣和焦炭，同時還生產焦油、硫銨、輕苯、工業(yè)萘、蒽、瀝青、酚類等40多種化工產品［15］.廠區(qū)占地面積135萬m2，地勢平坦，地層結構主要分4層，從上至下依次為0～1.5m回填土層，1.5～5.0m黏質粉土層，5.0～9.0m黏土層，9.0～18m砂質潛水含水層，潛水水位埋深13～14m，廠區(qū)未來將規(guī)劃為商業(yè)開發(fā)區(qū)［16］.2006年停產，40多年的生產歷史，且在建廠初期受生產工藝、技術條件和污染治理水平所限，環(huán)境污染相對較嚴重，其中不乏對人體有害和致癌物質排放，對廠區(qū)和周圍環(huán)境造成一定影響［17］. 1.2 場地污染情況

圖1 土壤和地下水污染及修復時間跨度Fig.1 Soil and groundwater contamination and remediation timeline

場地環(huán)境調查發(fā)現(xiàn)場地中主要污染物包括苯系物、多環(huán)芳烴、雜環(huán)芳烴等，場地污染途徑主要是大氣有組織和無組織排放源的大氣擴散，物料儲存、運輸、加工過程中的遺灑、滲漏，污水處理設施及污水管線的滲漏［15］.本場地PAHs的污染源主要為各分廠區(qū)的大氣排放以及存儲設施的滴漏等，主要分布于煉焦、煤氣凈化、焦油化產品回收等生產工藝的車間，污染土集中在0～5m粉土層深度范圍內［16］.從土壤中PAHs含量范圍來看，最小值和最大值的差異很大，萘最小值0.01mg/kg，最大值4100mg/kg.地下水中需關注污染物為苯，觀測到的苯濃度在0.7～371000μg/L 之間，平均濃度23717μg/L，在局部區(qū)域存在苯污染物的LNAPL相［18］.為便于開展土壤和地下水污染損害評估，我們假設土壤污染從1959年建廠開始逐漸擴大，地下水苯污染由于設備老舊導致的泄露，從1980年開始泄露，到2006年停產時土壤和地下水污染范圍和程度達到最重（圖1）［19］.

1.3 場地環(huán)境修復

通過場地風險評估和計算，該場地土壤中PAHs修復目標值為0.91～240mg/kg，平均值為19.3mg/kg，污染面積34.2萬m2，污染土方量約153萬m3［19］.地下水中苯污染物的修復目標設定未來人群因該場地地下水苯污染而導致的可接受致癌風險增加概率為1.0×10-6，考慮廠區(qū)地下水的流動性以及地下水中苯的擴散遷移，確定該廠區(qū)地下水苯濃度應修復至118μg/L，本場地地下水的污染修復范圍的面積大約為16.5萬m2（圖2）［18］.

圖2 某焦化廠場地土壤和地下水污染特征概念模型示意Fig.2 Contaminated site concept model of the cooking plant case

考慮到場地土壤污染主要集中在深度5m以內，且具有一定的地統(tǒng)計學隨機性，污染土以沙土為主，建議采用熱脫附與土壤生物通風技術相結合處理多環(huán)芳烴類污染土.考慮到研究區(qū)域地下水含水層土壤滲透性較好，達到1.6×10-2m/s，高于空氣注射技術對土壤滲透性的最低要求1.0× 10-3～1.0×10-4m/s，而且苯的揮發(fā)性極高，其亨利常數(shù)為230×1.01×105Pa，也遠高于空氣注射技術對污染物亨利常數(shù)最低值100×1.01×105Pa的要求［20-23］.綜合考慮研究區(qū)域地下水污染狀況及目前地下水修復技術的發(fā)展，確定空氣注射作為該場地地下水的優(yōu)先修復技術.

2 材料與方法

2.1 確定修復方案

2007～2010年該場地開展了場地環(huán)境調查、風險評估、污染治理修復方案和其他技術支撐工作.從2013年起啟動了場地土壤和地下水修復，預計2020年完成土壤治理修復工作，2020～ 2030年間完成地下水污染修復（圖1）.假設土壤污染從1959年建廠起就存在，污染土的方量每年線性增長，直到2006年停產；假設地下水污染從1980年某次泄露事故起，污染地下水量每年線性增加，直到2006年止.為簡便起見，假設2006～2012年期間，切斷了工業(yè)生產活動產生新的污染物以后，有機污染物質在土壤和地下水中遷移轉化非常緩慢，場地污染土壤和地下水方量不再增減（表1）.

表1 場地土壤和地下水污染、治理修復和損害評估關鍵參數(shù)Table 1 Key parameters of the case site contamination，remediation and damage assessment

2.2 等值分析方法

常用的等值分析方法包括生境等值分析（HEA）和資源等值分析（REA）兩類，HEA側重于對損害的空間定量和修復后自然資源服務，而REA側重于受損或被修復的自然資源數(shù)量.兩種等值方法關鍵是確定用來描述隨時間推移的損失的度量單位，且此單位能夠量化隨時間推移而得到的修復收益.這里采用REA來計算需要修復的土壤和地下水量［24］.

設D為貼現(xiàn)后土壤/地下水污染總損害量；T1、T2為污染起始和結束年；Q1為受污染土壤/地下水體積/面積；Vi為受污染土壤/地下水單位體積/面積提供服務的價值（未受污染時）；bj為土壤/地下水單位體積/面積服務水平（未受污染時）；xjt為t時受污染土壤/地下水單位體積/面積服務水平；c為基準時間點；r為社會貼現(xiàn)率.則：

設C為貼現(xiàn)后土壤/地下水修復總收益量；T3、T4為修復起始點和結束點；Q2為修復土壤/地下水量的規(guī)模；Vr為修復土壤/地下水單位體積/面積提供服務的價值；bp為修復土壤/地下水初始時刻單位體積/面積服務水平；xpt為t時修復土壤/地下水單位體積/面積服務水平.則：

令C=D，則可求出所需修復土壤/地下水規(guī)模Q2，其表達式為：

社會貼現(xiàn)率r的典型取值為3%，一般認為r在1%～5%之間波動［25-26］，r及場地土壤和地下水環(huán)境修復其他參數(shù)的取值范圍參見表1.

2.3 蒙特卡羅模擬

蒙特卡洛模擬的基本原理是利用服從已知概率分布的隨機數(shù)來模擬現(xiàn)實世界中可能出現(xiàn)的隨機現(xiàn)象.通過不斷改變輸入參數(shù)進行足夠多次模擬之后，依據概率論大數(shù)定理和中心極限定理，可以得到具有統(tǒng)計意義的可靠結論.本研究中采用蒙特卡洛分析模型@RⅠSK6.0.1從參數(shù)的概率分布中進行10000次隨機抽樣，得到10000組輸入參數(shù)進行仿真模擬.為確定被污染需要治理修復的土壤和地下水量，對一些關鍵參數(shù)及其取值及范圍做一定的推測或假設，通過蒙特卡羅模擬來分析結果的不確定性和參數(shù)的敏感性.

3 結果與分析

3.1 土壤環(huán)境損害評估

采用資源等等值分析（REA）法計算場地土壤污染損害結果表明，從1959年污染開始至2020年土壤修復結束，土壤污染損害額（Debit）共計8789萬m3貼現(xiàn)污染土壤年.從2012年起至2020年結束，每1萬m3土壤修復效益（Credit）為28.89萬m3貼現(xiàn)污染土壤年（圖3）.從等值分析角度場地土壤污染足額賠償需要修復的土壤方量為305萬m3，污染土壤修復賠償總費用為17.1億元（表2）.

該場地實際污染的土壤方量為153萬m3，但由于污染起始1959年，根據貼現(xiàn)后計算的污染土壤損害量為305萬m3，后者大于前者將近一倍.這里采用的資源等值分析法，雖然修復后的土壤不能達到未污染土壤的背景值水平，但作為人類活動的工業(yè)或居住用地，認為土壤資源服務在污染前和修復后的功能不受影響.但計算過程未考慮從2006年停產后至2020年該場地由于污染導致的土地使用功能喪失.

3.2 地下水環(huán)境損害評估

采用資源等等值分析（REA）法計算場地地下水污染損害結果表明，從1980年污染開始至2028年地下水修復結束，地下水污染損害額（Debit）共計575萬m3貼現(xiàn)污染地下水年.從2012年起至2028年結束，每1萬m2地下水修復效益（Credit）為25.9萬m2貼現(xiàn)污染地下水年（圖3）.從等值分析角度場地土壤污染足額賠償需要修復的土壤方量為22.2萬m2，污染土壤修復賠償總費用為10.0億元（表2）.

該場地實際污染的地下水量為16.5萬m2，假設污染起始1980年，根據貼現(xiàn)后計算的污染地下水損害量為22.2萬m2，后者明顯大于前者.雖然修復后的地下水不能達到未污染地下水的污染物背景值水平，但場地內淺層地下水不作為飲用水源地或備用水源地，設定的修復目標值和修復效果不會對周邊地下水產生影響，認為地下水資源服務在污染前和修復后的功能不受影響.但計算過程未考慮從2006年停產后至2020年該場地原位地下水修復工程對土地再開發(fā)使用功能的影響損失.

圖3 土壤污染損害量和修復單位土壤和地下水修復效益示意Fig.3 Debit of soil contamination damage and credit of per unit soil and groundwater remediation

表2 場地土壤地下水污染環(huán)境損害評估結果Table 2 Environmental damage assessment results of soil and groundwater contamination

3.3 結果不確定性分析

此場地土壤和地下水污染損害評估過程中，在充分基于已有調查評估和修復方案數(shù)據的基礎上，還做了一定的假設和推斷.針對土壤污染損害評估的不確定性相對小一些，針對地下水污染損害評估的不確定性影響因素相對多一些.損害量化的不確定性主要來源于污染土的方量和密度、地下水含水層厚度、孔隙度等，在估算過程中使用了平均值，并考慮95%的置信區(qū)間的范圍可能引起的損害數(shù)額的波動.另外，污染的起始時間和發(fā)生過程，包括污染物的釋放量和污染方量隨時間的變化，在大概50年的時間范圍內也做了一定的假設和推測，這也會造成評估結果的一定波動.社會貼現(xiàn)率、修復所需時間的取值也是結果不確定性需考慮的重要因素（表3）.

由于土壤污染主要集中在0～5m深度，場地環(huán)境調查的結果較為準確，因此土壤污染環(huán)境損害評估的現(xiàn)場獲得數(shù)據不確定性及對評估結果的影響較小，污染土方量的誤差對評估結果的影響小于10%.污染土壤損害評估的不確定性最主要來源為社會貼現(xiàn)率的選擇，污染土的歷時長，從污染開始到修復結束60年，r選擇對結果的影響達45%（圖4）.

表3 場地土壤和地下水環(huán)境損害評估結果不確定性分析Table 3 Uncertainty analysis of soil and groundwater damage assessment results

圖4 關鍵參數(shù)對土壤和地下水污染環(huán)境損害評估的影響Fig.4 The influence of key parameters to soil and groundwater contamination damage assessment results

污染地下水環(huán)境損害評估結果的影響因素較多，其中污染含水層厚度的空間變異是導致地下水污染損害項（Debit）誤差的最主要因素，其次重要的影響因素為含水層孔隙度和社會貼現(xiàn)率，另外，修復成本的估計誤差也會對地下水污染環(huán)境損害評估結果產生一定影響（圖4）.

4 結語

土壤和地下水環(huán)境損害評估基于環(huán)境修復提供基礎信息，但又從環(huán)境污染責任量化上區(qū)別與環(huán)境修復.資源等值分析的方法作為評估工業(yè)場地土壤和地下水污染理論和技術上較為可行.由于土壤和地下水修復一般歷時較長，損害評估結果一般數(shù)倍大于污染場地實際修復費用.

在案例研究中，由于數(shù)據的限制，對污染的性質和范圍、水文條件、恢復方法和成本做了若干推測，并且對修復技術方案和進展情況作了一般性假設.為了說明上述假設對土壤和地下水資源破壞所造成的影響，對損害（Debit）和效益（Credit）評估的關鍵參數(shù)進行了敏感性分析和評估結果的不確定性模擬.

中國亟需針對工業(yè)場地土壤和地下水污染的環(huán)境損害評估需要強勢和精細的法律支持以及評估技術規(guī)范化、評估程序標準化，通過立法的形式明確評估的對象和方法，并明確區(qū)分歷史遺留的污染場地和責任主體明確的土壤地下水污染責任范圍，以減少評估結果的差異性和便于后續(xù)環(huán)境損害責任的追究［27-28］.

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Environmental damage assessment case study of a cooking plant contaminated site.

ZHANG Hong-zhen1*， DONG Jing-qi1， WU Shun-ze1， WANG Jin-nan1， ZHANG Tian-zhu2（1.Department of Environmental Engineering， Chinese Academy for Environmental Planning， Beijing 100012， China；2.School of Environment， Tsinghua University， Beijing 100084， China）. China Environmental Science， 2016，36（10）：3159～3165

Taking a cooking plant site contaminated by Polycyclic Aromatic Hydrocarbons （PAHs）， benzene as example，soil and groundwater contamination damage assessment was carried out using Resources equivalency analysis （REA）methods， and uncertainty of results were also analyzed. The results show that， there is significant difference between the damage assessment results， which is 2.71 billion RMB， and actual site remediation cost， which is 2.05 billion RMB. The former is evidently larger than later. Social discount rate （1%～5%） influences the soil contamination damage assessment result most， and for groundwater， the most important factors are thickness of contaminated groundwater layer （3～9m），porosity of aquifer （0.25～0.35）， social discount rate （1%～5%） and remediation cost per unit groundwater （4000～5000 Yuan/m2）.ERA can be practically used to assess soil and groundwater contamination damage at contaminated industrial site， with a strong theoretically and technically basis. But we need refinement of legislation and specific technical guideline to standard the EDA content， process and method.

soil and groundwater contamination；equivalency analysis；site remediation；uncertainty analysis

X703.5

A

1000-6923（2016）10-3159-07

張紅振（1980-），男，江蘇豐縣人，副研究員，博士，主要從事環(huán)境風險和損害評估研究.發(fā)表論文40余篇.

2016-02-18

國家自然科學青年基金項目（71403097）；國家高技術研究發(fā)展計劃（863）項目（2013AA06A211）；國家水體污染控制與治理科技重大專項（2013ZX07602-002）

* 責任作者， 副研究員， hongzhenzhang@126.com