污染场地风险评估系统设计与实现

2018-12-13迟宝荣周广柱

山东化工 2018年22期

孙阳,曹汐，李敏，迟宝荣，周广柱

(山东科技大学化学与环境工程学院，山东青岛 266590)

在我国社会经济的快速发展过程中，生产、生活或运输等环节存在不合理排污现象，导致污染场地的产生。当前，污染场地中的主要污染物有重金属、石油烃、持久性有机污染物、挥发性或溶剂类有机物及有机-金属类污染物等，有的场地还存在酸或碱污染，大部分场地处于复、混合污染状态，对人们的生产、生活和生态环境质量构成威胁[1-4]。我国的场地污染的调查、评估、修复等已实施风险管理模式，为了规范污染场地的风险评估和修复工作，环保部于2014年发布了《污染场地风险评估技术导则》(HJ25.3-2014)[5]，国务院于2016年5月印发了《土壤污染防治行动计划》(简称“土十条”)，土壤污染风险评估与修复治理工作引起了公众的广泛关注[6-7]。

根据风险评估导则要求，污染风险评估工作过程需要庞大的计算，需要计算机辅助完成计算。目前国际通用的ASTM-RBCA toolkit以及国内的HERA等软件已经具备了这个功能。国际通用的ASTM-RBCA toolkit虽其系统性较为全面，但操作较为复杂，众多参数并非根据我国特定的环境与地质场景所设，全英文的操作界面更是给从业人员带来了极大不便；HERA软件针对国内环境特点，基于美国《基于风险的矫正行动标准指南》[9]、英国《CLEA 模型技术背景更新文件》[10-11]以及我国《污染场地风险评估技术导则》(HJ25.3-2014)[5]编制而成的集成创新成果，内含20余种多介质迁移模型，收录多种污染物理化与毒性参数，考虑原场与离场的健康及水环境受体，可快速构建污染场地概念模型[12-13]。可见，目前国内外的风险评估软件在计算分析能力上已经达到较高水平，可为国内从业人员提供更为便捷、优质的评估工作体验，但是对于风险评估从业人员，需要实地调查得到数据后才能在计算机上处理数据和得到分析结果，造成了数据采集和数据上传在时间上的脱节；得到分析计算的数据后还需要针对场地污染的空间分布进行研究，以及把得到的评估数据编制成风险评估报告。目前只有极少数软件能够生成评估人员需要的数据图表，还没有软件真正意义上能够辅助风险评估从业人员完成风险评估报告[14]；同时，已有的软件均为数据分析处理软件，缺少缺少一款贯穿整个污染风险评估工作流程的软件。因此，我们针对软件功能上的这些空白，要开发一款基于Windows和Android平台，能实现污染场地数据采集、分析计算，辅助编制评估报告和完成污染分布状况分析的污染场地风险评估系统，以期减少风险评估从业人员工作量和提高工作效率。

1 系统开发平台和特点

污染场地风险评估系统基于C/S架构，分为PC端、手机端以及用于数据交换的服务器。

PC端软件基于Windows平台开发，采用Microsoft Access 2010作为后台数据库支持管理平台，使用Visual Studio 2010和vb.net语言进行开发，运行稳定，界面简洁，操作便利。软件基于我国《污染场地风险评估技术导则》(HJ25.3-2014)污染分析模型，完成场地分析计算和构建污染场地概念模型[15]，在此基础上结合VBA(Visual Basic for Application),实现与Office软件的连接，可多形式输出评估结果；通过ArcGis engine提供的工具和对象，对ArcGIS进行二次开发，以实现污染分布图的自动绘制。

手机端软件基于Android系统开发，采用SQLite数据库作为后台数据库支持管理平台，在Android studio 2.3上完成软件开发，软件小巧，操作便利。软件主要完成采样数据的实时上传和用户定位，同时，手机端也可完成采样数据的初步处理和分析。

系统的服务器采用数据库服务器完成PC、手机和服务器三方的数据交换，使用账号登陆决定用户的访问权限。

2 系统设计与功能

2.1 系统结构

系统结构见图1。

图1 系统结构

污染场地风险评估系统包括PC端和手机端，通过网络与数据库交换数据；同时服务器通过身份验证给以不同的访问权限。PC端主要包括数据载入、数据分析和结果输出等模块，主要用于处理与分析服务器上和用户导入的数据；手机端包括数据输入、数据上传和实时定位等模块，用于场地调查工作者输入与统计实地参数、定位与向服务器上传场地调查数据；数据库服务器用于存储和交换场地数据、处理数据以及用户身份信息，同时在用户登陆时给以相应权限。

2.2 数据库设计

评估系统数据储存、内置参数数据库分别使用不同的数据库文件，文件类型均为Access 2003。为保证评估软件稳定运行，使用时应确认计算机系统安装了Access2003 及以上版本或Access引擎。PC端内置参数数据库包括评估模型使用的理化毒性参数和一些参数的推荐值；服务器数据库包括用于更新的理化毒性参数和参数推荐值数据库、场地调查数据库和用户身份信息等数据；手机端内置数据库主要包括历史调查数据库。各个数据库的名称和作用如表1所示。各个数据库所包含的表以及表中的字段，由于篇幅限制不一一列出。

表1 各内置数据库功能说明

2.3 主要功能

2.3.1 污染场地风险评估系统PC端功能

PC端污染场地风险评估软件功能具体包括:

采样数据的收集与导入：除了用户手动输入数据之外，本软件还支持多种形式的数据录入，包括Excel表格(.xls)，Access数据库(.mdb)等形式的导入，同时支持从网络服务器上下载数据文件(需要登陆并获得相应权限)。导入后的数据被保存在安装目录下的Access数据库中，用户可对其进行添加、删除及输出等操作。

风险参数的处理和计算：对用户输入或从文件中导入的数据，通过内置的风险评估模块，基于《污染场地风险评估技术导则》中提出的污染场地风险评估模型与方法，分析计算暴露评估模块，毒性评估模块，风险表征模块，控制值计算模块。

评估结果的多种形式导出：除了在软件中直接以表格形式呈现评估结果之外，本软件可通过与office软件的接口，导出为Excel表格。同时，通过在程序目录下的模板文件夹中的评估报告模板，系统可以将生成的场地评估数据按模板生成一份评估报告，方便评估工作者的工作；用户也可以自己加入不同形式的模板以生成用户所需的报告格式。

污染分布图的自动绘制：本软件引入了地理信息系统(GIS)，通过对ArcGis Engine的二次开发，在系统界面中加入了GIS控件。用户可输入当地的地图(带坐标)，同时输入采样点的坐标，系统就可以自动生成污染物的空间分布图在GIS控件中显示，用户可以在控件中查看、修改分布图，该功能能够直观的展现各采样点的污染物浓度和计算结果。

图2 PC端系统结构

2.3.2 污染场地风险评估系统手机端功能

用户登录：用户登录是用户在手机客户端通过输入正确身份信息，连接远程服务器对操作用户的账号信息进行验证并获得数据库访问权限。

GPS定位：本功能要求用户在手机的“设置”中的“位置服务”中选择“GPS卫星”。用户在进入数据采集界面后，选择“开始定位”功能时调用手机此时刻的定位信息并在此界面中显示此位置信息，保存到本地数据库。利用GPS定位功能对正在进行现场勘测的采样点准确定位，根据定位信息填写现场测得的数据。

数据采集：数据采集模块主要实现的功能有获取采样点的位置信息，数据的输入、分类整理以及储存和上传到服务器等功能，为野外现场调查的评估工作者提供一个存储、整理资料的平台。

数据分析与上传：完成对采样点的定位功能后，输入到软件中的土壤调查信息可直接存储到本地数据库文件中。用户可对现场调查结果进行数据修改、数据处理等操作；确认无误后，可直接通过网络上传到服务器。

2.3 数据模拟

根据《污染场地风险评估技术导则》，污染场地风险评估系统内置了9种主要暴露途径和暴露评估模型，包括经口摄入土壤、皮肤接触土壤、吸入土壤颗粒物、吸入室外空气中来自表层土壤的气态污染物、吸入室外空气中来自下层土壤的气态污染物、吸入室内空气中来自下层土壤的气态污染物共6 种土壤污染物暴露途径和吸入室外空气中来自地下水的气态污染物、吸入室内空气中来自地下水的气态污染物、饮用地下水共3 种地下水污染物暴露途径。下文以某工业区经皮肤接触途径为例介绍软件的主要功能。

2.3.1 数据计算与分析

取某一采样点，测试数据如表2所示。