沈棟國

（廣東省揭陽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，廣東 揭陽 522000）

在目前工業(yè)技術高速發(fā)展的背景下，盡管其對社會經(jīng)濟發(fā)展水平的提高起到了良好的促進作用，但由于后續(xù)的排放處理存在差異，其在工作階段中很可能會產(chǎn)生各類工業(yè)廢物，對周邊的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較為嚴重的影響。而土壤當中的污染源相對比較多，比如化學肥料、工業(yè)廢水以及農(nóng)藥等，這部分物質(zhì)會在土壤中進行大規(guī)模擴散，導致整個生態(tài)系統(tǒng)失去平衡。在現(xiàn)階段的發(fā)展進程中，所采用的環(huán)境監(jiān)測方式主要分為兩種類型，分別為原位測定和異位測定。這兩種監(jiān)測方式都是將相關的化學特性作為基礎，根據(jù)獲取到的數(shù)據(jù)信息展開深入分析，整體適用范圍較廣，操作過程還具備簡便性特征。然而，這種方式在針對重金屬污染土壤與地下水修復工程的監(jiān)測工作中存在著較為顯著的缺陷，無法實現(xiàn)對目標的連續(xù)測定，也會對修復工程的進度產(chǎn)生不良影響。因此，這就需要針對重金屬污染土壤以及地下水修復工程環(huán)境監(jiān)測方式進行完善優(yōu)化，以此來為后續(xù)環(huán)境修復工程的順利開展奠定堅實基礎。

1 引發(fā)土壤與地下水重金屬污染的主要原因

1.1 引發(fā)土壤重金屬污染的原因

1.1.1 煤炭資源使用不當

煤炭資源的使用管理不當，其屬于引發(fā)土壤重金屬污染問題出現(xiàn)的主要原因，其中主要涉及了兩方面，一方面是居民生活中煤炭資源的利用不合理，另一方面則是生產(chǎn)階段中煤炭資源的利用不合理。首先，在家庭生活領域，中國的大部分地方已經(jīng)制定了相應的法規(guī)，包括制定了煤炭資源的使用規(guī)范，但站在群眾日常生活的角度上來看，小區(qū)內(nèi)均采取了集中供熱模式，并對煤氣的使用率實施嚴格控制，把煤炭資源和新能源的利用有效整合到一起，這樣就能夠有效降低大氣污染。但是，即使國家已經(jīng)限制了一些含硫量很高的煤，但仍有部分煤炭商為了追求利益而無視規(guī)定限制，導致農(nóng)村地區(qū)中產(chǎn)生了較為嚴重的有毒物質(zhì)沉降問題，對后續(xù)農(nóng)作物的生產(chǎn)造成了相當重大的經(jīng)濟損失；其次，在工業(yè)生產(chǎn)方面，煤炭資源得到了十分廣泛的應用，而產(chǎn)生這種狀況的主要因素在于我國整體煤炭資源比較豐富，而且在價格方面低于其他能源，并且還缺少可代替的資源，在這種情況下，部分工業(yè)企業(yè)會將煤炭燃燒過后所產(chǎn)生的含重金屬物質(zhì)氣體排放至大氣環(huán)境中，使得這部分重金屬物質(zhì)逐步沉降在土壤內(nèi)部，引發(fā)嚴重的污染問題[1]。

1.1.2 廢水廢渣的管理不規(guī)范

污水和垃圾的處置方法缺乏合理性，其屬于造成土壤重金屬污染問題發(fā)生的最主要因素，而且這些污染物主要都聚集在以下產(chǎn)業(yè)當中，分別是礦產(chǎn)冶金加工業(yè)、化工業(yè)、電鍍行業(yè)以及酸洗行業(yè)等（加多電鍍和酸洗行業(yè)）。首先，我國國民經(jīng)濟高速增長，這既對資源開采業(yè)的發(fā)展起到了良好的促進作用，又為礦產(chǎn)冶煉加工等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了堅實基礎，同時，礦產(chǎn)處理階段中所排出的垃圾和廢棄物中仍舊蘊含著各種各樣的重金屬物質(zhì)，并且往往都是沒有經(jīng)過處理就直接排放至外部環(huán)境中，引發(fā)土壤重金屬污染的新問題出現(xiàn)；其次，化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展雖然對礦山資源的需求量相對較大，但是由于其在使用各種礦產(chǎn)資源的過程中，經(jīng)常都會生成大量的重金屬污染排放，而同時在化學工業(yè)領域中又沒有處置廢水的意識，從而導致了這些沒有經(jīng)過處置的廢水和垃圾排入土壤中。

1.2 引發(fā)地下水重金屬污染的原因

1.2.1 金屬礦山的過度開發(fā)

各大金屬礦山企業(yè)所實施的過量采礦，也是導致地下水重金屬污染產(chǎn)生的主要因素。在金屬礦山企業(yè)的挖掘工作中，通常都要求開挖到比較深厚的地層區(qū)域，一旦金屬礦物質(zhì)和地下水資源之間進行碰撞，地下水資源就會遭受重金屬污染。而一旦金屬礦山企業(yè)的挖掘工作過量，將會使二者之間的接觸面更加廣泛，這也會增加對地下水資源的重金屬污染程度。

1.2.2 污水處理體系不完善

在中國目前的經(jīng)濟社會發(fā)展歷程中，生活污水處理體系不完善也是導致地下水環(huán)境污染事件發(fā)生的重要因素，大致上可從如下兩個方面加以研究：其一是對于生活污水的處理，由于目前使用的生活污水處理體系很難確保包含過多重金屬污染物的生活污水沒有進入到飲用水當中，再加上由于地表水和地下水都處于同一個水資源體系內(nèi)部，因此有色重金屬污染物很輕易就會進入到地下水中；其次是對工業(yè)生產(chǎn)污水的處理，因為工業(yè)生產(chǎn)污水中一般都蘊含著一定量的重金屬化合物，一些環(huán)境保護意識較強的工業(yè)企業(yè)嚴格執(zhí)行工業(yè)污水排放規(guī)范，但依然有部分公司把未進行處理的工業(yè)生產(chǎn)污水直接排放至河流中，從而導致了嚴重的地下水重金屬污染問題出現(xiàn)[2]。

2 土壤與地下水重金屬污染的具體特征

2.1 污染的不可逆性

土壤和地下水的重金屬污染，其主要特征在于它的不可逆，造成這種環(huán)境污染的最大根源是重金屬污染物的極難降解性。在土壤的重金屬污染中，重金屬污染物的分解過程非常慢，而遭受重金屬污染的土地要經(jīng)歷數(shù)百年的歲月才能夠慢慢修復。而相對于土壤來說，地下水當中的有機質(zhì)濃度相當?shù)停@將導致重金屬化合物的降解速率逐漸下降，并且含有重金屬物質(zhì)的地下水如果進入生物循環(huán)系統(tǒng)中，就會產(chǎn)生較為嚴重的危害，導致生物體內(nèi)出現(xiàn)病變等問題。

2.2 污染很難根治

土壤和地下水中的重金屬污染還具備很難根治的特征。對于土壤的重金屬污染區(qū)域，所采取的常規(guī)處理手段大多是切除污染源，或者干脆關停所有排出大量重金屬廢水的化工廠，而此類處理手段“治標不治本”。通過對治理方式的持續(xù)完善優(yōu)化，土壤內(nèi)部的重金屬污染一般會采用換土或洗地的方法加以處理，但是此類處理方法的成本耗費相當大，處理時間較長，導致土地的重金屬污染很難完全根除。但是在地下水的重金屬環(huán)境污染中，往往因為地下水在整個水資源的循環(huán)過程中都處于動態(tài)變化中，這也就提高了地下水重金屬環(huán)境污染綜合治理工作的復雜性，往往在進行了某一個水體的環(huán)境綜合治理工作后，在另一個水體中又產(chǎn)生了新的環(huán)境污染問題，這也就更加凸顯了地下水重金屬環(huán)境污染不易根除的特點。

2.3 早期的污染問題很難被發(fā)現(xiàn)

土壤和地下水中的重金屬污染還具備早期難以被發(fā)現(xiàn)的特征，而導致這些污染特征產(chǎn)生的主要因素為兩方面內(nèi)容，分別是重金屬化合物的直觀性和累積性。站在直觀性的角度上來看，重金屬等物質(zhì)一般都是無法看見的，其與其他類型的污染問題之間存在較為顯著的差異，監(jiān)測人員必須通過較為復雜的采樣檢測研究才能夠獲取有關土壤或地下水中的重金屬指標，這也就導致了土壤和地下水中的重金屬污染問題很難在早期階段中被發(fā)現(xiàn)；在累積性方面，由于重金屬化合物在土壤與地下水之中都處于沉淀的狀態(tài)，在污染物的早期形成過程中整體積累，因此很難被監(jiān)測，直至下一個監(jiān)測期才能夠發(fā)現(xiàn)重金屬化合物超標的問題，而這又會錯失重金屬污染物的最好處置時間[3]。

3 重金屬污染土壤和地下水修復工程環(huán)境監(jiān)測的具體方法

3.1 土壤重金屬污染控制方法

3.1.1 生態(tài)恢復法

這個方式主要是通過使用某些特定的微生物和植物，經(jīng)過新陳代謝消除并轉(zhuǎn)化土壤中的重金屬，進而減少重金屬的毒害，在一定程度上凈化土壤。

3.1.2 熱處理方法

其實，土壤熱修復的基本原理就是利用土壤污染物的高溫揮發(fā)性以及由高頻電流所產(chǎn)生的電磁波將土壤進一步加熱，使土壤中的廢物得以解吸，進而實現(xiàn)土壤復原的目的，該方法對重金屬汞的處理效果顯著。

3.1.3 排土、客土、土壤水洗技術

排土是將表面的污染物土層剝離，而客土則是用未污染物土層包裹表面污染物的土層。水洗法則是用清液澆灌，稀釋并沖刷掉有害重金屬離子，從而降低重金屬污染物的含量。

3.1.4 化學修復技術

該技術使用土壤中一些物質(zhì)和土壤中重金屬反應而產(chǎn)生的一種聚合物，這種結合體可以和酸自由基離子反應發(fā)生沉淀。通過在土壤中加入某些改性劑，減少有色重金屬在土壤中的流動性和數(shù)量，進而實現(xiàn)恢復和處理土地的目的。

3.2 地下水修復工程環(huán)境監(jiān)測方法

3.2.1 建設單位應建立健全水環(huán)境監(jiān)測制度

①注重廠房建設，同時兼顧周邊環(huán)境。對廠區(qū)可能造成環(huán)境污染的設備，如危險原料罐、污水儲罐、固體廢物堆等在工地周圍均設有環(huán)境監(jiān)測點。②以下游監(jiān)測為主，兼顧上游和側(cè)面。③對地下水質(zhì)實施分級監(jiān)控，以易被污染的淺層水和礦泉水來源的深含水層為重點，同時考慮其他含水層。④一年必須在雨季和旱季開展二次地下水監(jiān)測。重要地區(qū)和異常情況下應加大監(jiān)測頻次。⑤水質(zhì)監(jiān)控項目主要根據(jù)國家飲用水水質(zhì)標準和地方地下水水質(zhì)標準，并可根據(jù)區(qū)域狀況合理擴大和縮減監(jiān)測項目。

3.2.2 合理規(guī)劃布局，改進生產(chǎn)工藝

根據(jù)國家的有關產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整工農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構，合理布局支柱產(chǎn)業(yè)，建立地下水飲用水源保護區(qū)，是保護地下水免遭污染的主要有效途徑之一。

3.2.3 水污染防治工程措施

對地下水實施持續(xù)控制。如果出現(xiàn)了地下水環(huán)境污染事件，要迅速采取措施，查清主要污染源和危害途徑并采取保護措施，對受污染地下水進行帷幕灌漿、封閉、抽運等措施排放或者修復，防止其進一步污染。具體措施如下：

①地下水分層開采。在多層土壤的開發(fā)中，若其各含水層質(zhì)量差異較大，則必須分層開發(fā)；嚴禁將已被嚴重污染區(qū)域與未破壞含水層混雜開發(fā)；在勘查等活動中，必須采取防治跨層，防止對土壤產(chǎn)生不可逆的環(huán)境污染。

②防滲漏措施。建設工程防滲措施是為避免因施工而產(chǎn)生的工業(yè)廢氣、污水和城市固體廢物滲濾液進入地下水中所進行的必不可少的安全措施。

③污染物清除和屏障措施。針對干燥地表排放的廢水，一般采用地面施工的清除方法。針對已經(jīng)流入地下水的污染物，可以采取廢水回流的方法去除，而后加以處置。還可通過地下帷幕、泥漿等物理遮擋手段對地下水污染物加以屏蔽。

4 重金屬污染與地下水修復工程環(huán)境監(jiān)測方式的設計

4.1 建立對應的環(huán)境監(jiān)測參數(shù)模型

在環(huán)境監(jiān)測參數(shù)模型的構建過程中，其往往會選擇關聯(lián)性比較強的光譜系數(shù)，來作為對應的輸入數(shù)據(jù)，根據(jù)輸入的樣本數(shù)量來選擇相關的多項式核函數(shù)。同時，在這部分多項式核函數(shù)當中，其具備著較為顯著的局部性特征，并且在重金屬污染土壤以及地下水修復工程當中有著十分廣泛的應用，還能夠應用于不同類型的樣品當中。在實際構建過程中，應當將數(shù)據(jù)集成劃分為K份，并結合多項式函數(shù)自身所具備的特征進行數(shù)據(jù)信息的分類工作，確保涉及的所有數(shù)據(jù)信息能夠進行循環(huán)應用。同時，還應當充分結合交叉選取的方式來選擇最佳參數(shù)作為構建模型的主要參數(shù)。在將輸入的數(shù)據(jù)信息與地下水修復工程當中的水環(huán)境參數(shù)濃度值展開對比后，必須針對所有數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)一處理，以此得出相關的預測值。而在實際監(jiān)測模型的構建當中，中心波長以及波段寬度之間存在著較為顯著的差異，而傳感器具備比較強的光波段，這也有利于后續(xù)波段關系的校正處理，使得重金屬污染土壤以及地下水修復工程當中涉及的所有獨立驗證數(shù)據(jù)應用至對應的參數(shù)模型當中。相同參數(shù)的模型與傳統(tǒng)線性模型相比，其監(jiān)測精度有所提升，樣本誤差的發(fā)生概率也比較低。不同的樣本其所產(chǎn)生的誤差率也不相同，在地下水環(huán)境修復工程遙感監(jiān)測工作中，能夠獲取到的樣本數(shù)量比較有限，環(huán)境監(jiān)測參數(shù)模型的監(jiān)測精度也會受到一定程度的限制。而將建立起的監(jiān)測模型與Landsat數(shù)據(jù)信息進行結合，就可以對地下水環(huán)境的監(jiān)測時序進行反演，從而獲取各類環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)信息[4]。

4.2 MODIS監(jiān)測數(shù)據(jù)信息的預處理

根據(jù)上文中所建立起的環(huán)境監(jiān)測參數(shù)模型，可以更好地獲取到重金屬污染土壤以及地下水修復工程環(huán)境監(jiān)測工作中的各類數(shù)據(jù)信息。通過光譜儀獲取監(jiān)測環(huán)境內(nèi)部的光譜波段，需要覆蓋全光譜范圍，而在地下水環(huán)境當中，波段的信號趨于飽和的狀態(tài)，其在識別水體污染程度以及修復程度等方面存在著極大的困難。通過MODIS數(shù)據(jù)信息的應用可以有效解決這方面問題，并在小型水體區(qū)域當中來對渾濁度進行反演。MODIS的波段反射率與地下水環(huán)境當中的泥沙濃度之間存在著較為緊密的聯(lián)系，在地下水修復工程中產(chǎn)生了較為顯著的變化，監(jiān)測數(shù)據(jù)信息當中的信噪比相對較高。針對MODIS監(jiān)測數(shù)據(jù)所進行的預處理，屬于整體環(huán)境監(jiān)測方式當中的關鍵組成部分。對重金屬污染土壤與地下水修復工程中的大氣校正值與幾何校正值展開優(yōu)化處理，能夠得出優(yōu)化過后的數(shù)據(jù)信息，在這部分數(shù)據(jù)信息中并不包括空氣中的大氣分析干擾。由于土壤與地下水環(huán)境所產(chǎn)生的變化相對比較頻繁，這就需要結合實際情況來確定好分辨率、傳感參數(shù)以及中心波長。基于多項式擬合控制地面的布設點以及遙感監(jiān)測當中存在的對應點變幻關系，對于土壤內(nèi)部的監(jiān)測值來說有著較高的糾正精度。利用MODIS匹配的操作設備可以導出對應的坐標系，結合精確度與噪聲之間的要求來對獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息展開預處理，從而得出近紅外波閾值的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，并在其中提取出所需的數(shù)據(jù)值。除此之外，通過對MODIS監(jiān)測數(shù)據(jù)信息進行預處理，還可以得出近紅外閾值的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，完成了環(huán)境監(jiān)測工作的重要一步，而在環(huán)境監(jiān)測中，監(jiān)測空間插值也進行了適當?shù)母倪M優(yōu)化，為了確保插值的結果有著更高的準確性，應當選擇更多的樣本點，保證其能夠呈現(xiàn)出一種更加均勻地分布狀態(tài)[5]。

5 結論

綜上所述，在目前的社會發(fā)展進程中，隨著工業(yè)企業(yè)的高速發(fā)展，盡管其對于經(jīng)濟水平的提升起到了良好的促進作用，但卻對周邊的自然環(huán)境帶來了極其嚴重的影響，尤其是重金屬污染，其所帶來的后果十分嚴重。因此，需要通過設計重金屬污染土壤與地下水修復工程環(huán)境監(jiān)測的方式，確保其能夠在重金屬污染土壤與地下水修復工程的環(huán)境監(jiān)測工作當中更好地發(fā)揮出自身的實際作用，提升監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性與穩(wěn)定性，從而為后續(xù)環(huán)境修復工作的順利開展提供必要的數(shù)據(jù)支持，促進整體工作質(zhì)量的穩(wěn)步提高。