污染场地风险评价中挥发侵入模型参数敏感性深度剖析与实践应用

污染场地风险评价中挥发侵入模型参数敏感性深度剖析与实践应用一、绪论1.1研究背景与意义土壤作为人类生存和发展的重要基础，为我们提供了众多不可或缺的服务功能。然而，在人类长期的生产、生活进程中，由于不合理的开发利用方式，土壤遭受到了不同程度的污染。全球范围内，工业污染、农业化学品的过度使用以及不当的废弃物处理，使得土壤污染问题日益严峻，严重威胁着人类健康和生物多样性。据相关研究表明，全球约33%的土壤处于中度到高度退化状态，这些退化主要源于人为因素，如森林砍伐、农业耕作、污染和城市化进程等。土壤污染不仅会导致土壤肥力下降、农作物减产，还可能通过食物链的传递，对人体健康造成潜在危害。在污染场地的健康风险评价中，挥发性污染物侵入途径（VaporIntrusion，VI）是一个至关重要的部分。挥发性污染物在土壤中挥发后，会通过土壤孔隙进入建筑物室内，从而对人体健康产生威胁。挥发侵入模型能够对这一过程进行定量描述，为评估挥发性污染物对人体健康的风险提供重要依据。然而，我国的污染场地风险评价体系尚处于初步建立阶段，对于结构复杂、参数众多的VI模型的基础研究还不够充分。大部分使用该模型的评价人员对模型的实际意义理解不够深入，难以快速准确地识别众多参数中的敏感性参数。而这些参数的不确定性会对模型结果产生显著影响，进而影响风险评价的准确性和可靠性。研究挥发侵入模型参数的敏感性具有重要的现实意义。一方面，通过敏感性分析，可以确定对模型结果影响较大的参数，从而在实际应用中对这些参数进行更加准确的测量和估计，降低参数的不确定性，提高风险评价的精度。另一方面，敏感性分析有助于评价人员更好地理解模型的内在机制，明确各个参数在挥发性污染物侵入过程中的作用和影响程度，从而更合理地运用模型进行风险评价。此外，对于污染场地的管理和决策制定来说，准确识别敏感性参数能够为制定针对性的污染控制和修复措施提供科学依据，提高治理效率，降低治理成本。1.2国内外研究现状健康风险评价作为评估环境因素对人体健康潜在影响的重要手段，在国内外都得到了广泛的研究和应用。国外方面，早在20世纪70年代，美国国家科学院（NAS）就提出了风险评价“四步法”，即危害识别、剂量-反应评估、暴露评估和风险表征，为健康风险评价奠定了理论基础。此后，美国环境保护署（EPA）陆续发布了一系列针对不同污染物和环境介质的风险评价指南和模型，如用于土壤污染风险评价的RBCA模型，用于地下水污染风险评价的GVOC模型等。欧盟也高度重视健康风险评价工作，制定了统一的化学品注册、评估、授权和限制法规（REACH），对化学品的生产、使用和排放进行严格管控，并要求对化学品进行全面的风险评估。国内的健康风险评价研究起步相对较晚，但近年来发展迅速。20世纪80年代，我国开始引入国外的健康风险评价理念和方法，并在一些重点领域开展了初步研究。随着对环境问题的关注度不断提高，我国陆续颁布了一系列相关标准和规范，如《污染场地风险评估技术导则》（HJ25.3-2019）、《建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB36600-2018）等，为健康风险评价提供了技术支撑。目前，国内的研究主要集中在污染场地的健康风险评价、饮用水水源地的健康风险评价以及大气污染对人体健康的风险评价等方面。挥发性污染物侵入模型作为健康风险评价中的重要组成部分，也受到了国内外学者的广泛关注。国外在该领域的研究相对较早，已经开发了多种成熟的模型，如美国环保局的VI模型、英国的BREATH模型等。这些模型能够综合考虑土壤性质、污染物特性、建筑物结构等多种因素，对挥发性污染物的侵入过程进行较为准确的模拟。国内对于挥发性污染物侵入模型的研究还处于发展阶段，虽然已经引进了一些国外的模型，并进行了本土化应用和改进，但在模型的准确性、适用性和参数的本地化研究方面仍存在不足。敏感性分析作为研究模型参数不确定性对模型结果影响的重要方法，在挥发侵入模型研究中具有重要作用。国外学者已经运用多种敏感性分析方法对挥发侵入模型进行了研究，如局部敏感性分析方法中的一次一因子法（OAT），全局敏感性分析方法中的方差分解法（Sobol'法）等，明确了不同参数在模型中的敏感性程度，为模型的参数优化和风险评价的准确性提供了依据。国内在敏感性分析方法的应用和研究方面相对滞后，对于挥发侵入模型参数敏感性的系统研究较少，缺乏针对不同土壤质地、污染物类型和场地条件的敏感性分析成果。当前研究虽然在健康风险评价、挥发侵入模型及敏感性分析等方面取得了一定的成果，但仍存在一些不足。在健康风险评价方面，对于复杂污染场地中多种污染物的联合毒性效应研究不够深入，风险评价结果的不确定性较大。在挥发侵入模型方面，模型的参数众多且部分参数难以准确测定，导致模型的应用和推广受到限制。在敏感性分析方面，不同敏感性分析方法的优缺点和适用范围尚未得到充分研究，敏感性分析结果的可靠性和可比性有待提高。因此，进一步深入研究挥发侵入模型参数的敏感性，对于完善健康风险评价体系、提高风险评价的准确性具有重要意义。1.3研究内容与目标本研究旨在深入探究挥发侵入模型参数的敏感性，为污染场地健康风险评价提供更科学、准确的依据。具体研究内容如下：挥发因子计算模型分析：对挥发侵入模型中的挥发因子（VF）计算模型进行详细剖析，明确模型中各参数的物理意义和作用。深入研究模型在不同情景下的运行机制，包括污染物在土壤中的分配过程、无对流条件下的侵入过程以及有对流条件下的侵入过程，为后续的敏感性分析奠定基础。参数取值范围确定：全面收集和整理与挥发侵入模型相关的参数数据，通过查阅文献、实地监测和数据分析等方法，确定模型中24个主要参数的有效取值范围。对输入参数和直接参数进行分别取值分析，考虑不同土壤质地、污染物类型和场地条件等因素对参数取值的影响，确保参数取值的合理性和准确性。基于参数分析的敏感性分析：运用参数分析法，在确定的参数取值范围内，逐一改变各参数的值，观察模型结果的变化情况，从而定性分析模型参数的敏感性。重点研究污染物分配过程、无对流条件下侵入过程和有对流条件下侵入过程中，各参数对模型结果的影响程度。分析不同参数在不同情景下的敏感性差异，找出对模型结果影响较大的关键参数。基于方差分解的敏感性分析：采用方差分解全局敏感性分析法，考虑多种因素的综合影响，对挥发侵入模型进行更全面的敏感性分析。分别讨论三种不同类型的挥发性污染物（Koc＜1L・kg-1，Koc＜103L・kg-1，Koc＞103L・kg-1），在12种土壤质地类型、2种污染物深度（100cm，1000cm）和2种有无假设对流的条件（Qs=0，Qs＞0）下，各参数对模型方差的贡献率。通过方差分解，确定不同因素和参数对模型不确定性的相对贡献，进一步明确敏感性参数。敏感性参数识别与应用：根据基于参数分析和方差分解的敏感性分析结果，识别出挥发侵入模型中的敏感性参数，并将其区分为不同类别，如建议通过实际监测获取的参数、建议通过统计研究或调研获取的参数以及建议实施详细基础研究工作以完善的参数。构建挥发因子“敏感性参数识别模式”框架，通过污染物性质或土壤质地性质等关键要素，快速识别污染场地VI途径风险评价中的敏感性参数，简化工程实施中参数不确定性分析过程。将识别出的敏感性参数应用于实际案例分析，验证其在风险评价中的有效性和实用性。案例应用：选取典型污染场地进行案例研究，对该场地的地理位置、地质条件、场地调查结果等进行详细分析，确定场地的暴露途径和风险评价参数，包括土壤性质参数、人群暴露参数、房屋结构参数、理化性质参数以及人体可接受风险水平等。在率定模型参数的基础上，应用“敏感性参数识别模式”框架，对苯和苯并(a)芘两种类型的目标污染物，分别在有对流和无对流两种假设条件下进行概率风险评价。比较应用“敏感性参数识别模式”前后风险评价结果的差异，评估该模式对简化风险评价过程和提高评价效率的作用。通过以上研究内容，本研究期望达成以下目标：明确挥发侵入模型中各参数的敏感性程度，揭示参数对模型结果的影响规律，为模型的参数优化和风险评价的准确性提供理论支持。构建挥发因子“敏感性参数识别模式”框架，为污染场地风险评价人员提供一种快速、有效的敏感性参数识别方法，降低参数不确定性对风险评价结果的影响，提高风险评价的可靠性。通过案例应用，验证敏感性参数识别模式的实际工程意义，为污染场地的管理和决策提供科学依据，促进污染场地的有效治理和修复。1.4研究方法与技术路线本研究综合运用多种研究方法，从理论分析、参数取值确定、敏感性分析到案例应用，逐步深入探究挥发侵入模型参数的敏感性。具体研究方法如下：文献研究法：广泛查阅国内外关于健康风险评价、挥发侵入模型及敏感性分析的相关文献，了解研究现状和发展趋势，为研究提供理论基础和参考依据。通过对大量文献的梳理，掌握了挥发侵入模型的发展历程、不同模型的特点以及敏感性分析方法的应用情况，明确了当前研究的不足和本研究的切入点。参数分析法：在确定挥发侵入模型参数取值范围的基础上，运用参数分析法对模型进行敏感性分析。逐一改变模型中各参数的值，观察模型结果的变化情况，从而定性分析各参数对模型结果的影响程度。这种方法能够直观地展示单个参数变化对模型结果的作用，有助于初步识别敏感性参数。方差分解全局敏感性分析法：采用方差分解全局敏感性分析法，全面考虑多种因素的综合影响，对挥发侵入模型进行更深入的敏感性分析。通过蒙特卡洛模拟，生成大量的参数组合，计算不同参数组合下模型的输出结果，进而分析各参数对模型方差的贡献率。这种方法能够考虑参数之间的相互作用，更准确地评估参数的敏感性，确定不同因素和参数对模型不确定性的相对贡献。案例分析法：选取典型污染场地进行案例研究，将理论研究成果应用于实际案例中。对案例场地的地理位置、地质条件、场地调查结果等进行详细分析，确定风险评价参数，应用“敏感性参数识别模式”框架进行概率风险评价。通过案例分析，验证敏感性参数识别模式的有效性和实用性，为污染场地的实际风险评价提供参考。基于上述研究方法，本研究的技术路线如图1所示。首先，在绪论部分阐述研究背景、意义、国内外研究现状、研究内容与目标，明确研究方向。然后，对挥发因子计算模型进行分析，确定参数取值范围，运用参数分析法进行基于参数分析的模型敏感性分析，初步定性分析模型参数的敏感性。接着，采用方差分解全局敏感性分析法，考虑多种因素，进行基于方差分解的敏感性分析，进一步确定敏感性参数，并构建挥发因子“敏感性参数识别模式”框架。最后，通过案例应用，将构建的框架应用于实际污染场地的概率风险评价，验证其实际工程意义，得出研究结论与展望。[此处插入技术路线图1，图中应清晰展示从研究背景到研究结论的各个环节及相互关系，包括文献研究、参数分析、方差分解分析、案例应用等步骤]二、挥发侵入模型及参数概述2.1挥发侵入模型介绍挥发侵入模型是用于描述挥发性污染物从土壤或地下水中挥发并侵入建筑物室内过程的数学模型。其原理基于物质的扩散和对流理论，通过一系列的数学方程来刻画挥发性污染物在不同环境介质中的迁移转化规律。在挥发侵入过程中，挥发性污染物首先在土壤或地下水中挥发，形成气态污染物。这些气态污染物会在浓度梯度的作用下，通过土壤孔隙向建筑物方向扩散，此为扩散过程。同时，土壤中的气体流动以及建筑物内的通风等因素，也会促使气态污染物发生对流运动，加速其侵入建筑物的进程。挥发侵入模型通常由多个部分构成，以常见的JohnsonandEttinger模型为例，它包含了污染物在土壤中的分配模型、在非饱和带中的扩散模型以及在建筑物内的侵入模型等。在污染物分配模型中，通过分配系数来描述污染物在土壤固相、液相和气相之间的分配关系，常用的分配系数如有机碳分配系数（Koc），它反映了污染物与土壤中有机碳的亲和程度，对污染物在土壤中的迁移和转化有着重要影响。在非饱和带扩散模型中，考虑了污染物在土壤孔隙中的分子扩散和机械弥散作用，通过扩散系数等参数来量化扩散过程的速率和程度。建筑物内侵入模型则综合考虑了建筑物的结构、通风条件以及污染物在建筑物基础和墙壁中的渗透等因素，以确定污染物最终侵入室内的浓度。挥发侵入模型在污染场地风险评价中具有关键作用。它能够定量评估挥发性污染物对人体健康的潜在风险，为污染场地的管理和决策提供科学依据。在某化工污染场地的风险评价中，运用挥发侵入模型准确预测了挥发性有机物（如苯、甲苯等）侵入周边建筑物室内的浓度，通过与人体健康风险阈值进行对比，评估出该场地对周边居民健康的潜在危害程度，从而为制定合理的污染治理和修复方案提供了重要参考。同时，挥发侵入模型还可以用于预测不同污染控制措施下，挥发性污染物侵入室内的浓度变化，评估污染控制措施的有效性，为优化污染治理策略提供技术支持。2.2模型主要参数列举挥发因子（VF）计算模型中涉及众多参数，这些参数在挥发性污染物的迁移转化过程中各自发挥着关键作用，它们的取值和变化直接影响着模型的计算结果。以下是模型中的24个主要参数及其物理意义：Koc：有机碳分配系数，单位为L・kg-1，它反映了污染物在土壤有机碳相和水相之间的分配能力。Koc值越大，表明污染物对土壤有机碳的亲和力越强，在土壤中的吸附作用就越显著，从而减少了污染物在土壤孔隙水中的浓度，降低了其在土壤中的迁移性。对于一些疏水性较强的有机污染物，如多环芳烃类物质，其Koc值通常较高，这使得它们更容易被土壤中的有机碳吸附固定，难以在土壤中扩散迁移。θws：包气带土壤中水的体积含量，单位为cm3（水）・cm-3（土壤），表示单位体积土壤中所包含的水的体积。它对污染物在土壤中的扩散和迁移有着重要影响。较高的θws值意味着土壤中水分含量丰富，这会增加污染物在土壤孔隙水中的溶解量，促进污染物的扩散。同时，水分的存在还会影响土壤颗粒的表面性质，进而改变污染物与土壤颗粒之间的相互作用。在湿润的土壤环境中，一些水溶性污染物会更容易随着土壤水分的运动而迁移。DFia：建筑物基础缝隙中空气的扩散系数，单位为cm2・s-1，用于衡量污染物在建筑物基础缝隙空气中的扩散能力。该系数越大，说明污染物在缝隙空气中的扩散速度越快，越容易通过基础缝隙侵入建筑物室内。DFia的值受到建筑物基础材料的性质、缝隙的大小和形状以及室内外空气压差等多种因素的影响。如果建筑物基础材料的透气性较好，缝隙较大，且室内外存在较大的空气压差，那么DFia的值就会相对较大，污染物侵入室内的风险也会相应增加。fom：土壤中有机质的质量分数，无量纲，它反映了土壤中有机物质的含量。有机质是土壤的重要组成部分，对污染物的吸附、解吸和迁移转化过程有着显著影响。较高的fom值意味着土壤中含有更多的有机物质，这些有机物质可以通过范德华力、氢键、离子交换等作用吸附污染物，从而降低污染物在土壤中的迁移性。有机质还可以作为微生物的碳源和能源，影响土壤中微生物的生长和代谢活动，进而间接影响污染物的降解和转化。在富含有机质的土壤中，微生物的数量和活性通常较高，这有利于污染物的生物降解。Ls：地表至地下污染土壤的距离，单位为cm，该参数直接影响污染物从地下污染土壤向地表迁移的路径长度。距离越长，污染物在迁移过程中受到的阻力就越大，扩散和对流的难度也会增加，从而降低了污染物侵入建筑物室内的可能性。在一些深层污染场地中，由于Ls值较大，污染物需要经过较长的距离才能到达地表，这使得它们在迁移过程中可能会被土壤吸附、降解或稀释，从而减少了对室内环境的影响。θ：包气带土壤总孔隙度，单位为cm3（孔隙）・cm-3（土壤），表示单位体积土壤中孔隙的总体积。孔隙度是影响土壤通气性、透水性和污染物迁移的重要参数。较大的θ值意味着土壤中孔隙较多，通气性和透水性较好，这有利于污染物在土壤中的扩散和对流。然而，孔隙度也会影响土壤对污染物的吸附能力，因为孔隙表面的土壤颗粒可以吸附污染物。如果孔隙度太大，土壤颗粒之间的接触面积会减小，吸附能力可能会降低，从而增加污染物的迁移性。ρb：土壤容重，单位为g・cm-3，它反映了单位体积土壤的质量。ρb值的大小会影响土壤的物理性质和污染物的迁移。较高的容重意味着土壤颗粒更加紧密，孔隙度相对较小，这会阻碍污染物在土壤中的扩散和对流。同时，土壤容重还会影响土壤对污染物的吸附能力，因为紧密的土壤结构可以增加土壤颗粒与污染物之间的接触面积，从而增强吸附作用。在压实的土壤中，污染物的迁移速度通常较慢。Kv：土壤气渗透率，单位为cm2，用于衡量土壤中气体通过的能力。Kv值越大，说明土壤对气体的渗透性越好，污染物在土壤中的对流作用就越强，越容易通过土壤孔隙向建筑物方向迁移。土壤气渗透率受到土壤质地、孔隙结构、含水量等多种因素的影响。例如，砂土的孔隙较大，Kv值通常比粘土高，因此污染物在砂土中的对流迁移速度更快。Ab：建筑基础底板面积，单位为cm2，它表示建筑物基础与土壤接触的面积大小。Ab值越大，意味着污染物有更多的机会通过基础与土壤的接触界面侵入建筑物室内。在大型建筑物中，由于Ab值较大，污染物侵入室内的风险相对较高。此外，基础底板的材料和结构也会影响污染物的侵入，例如，混凝土基础底板的渗透性相对较低，可以在一定程度上阻挡污染物的侵入。Lcrack：封闭空间地下基础或墙的厚度，单位为cm，该参数影响污染物通过基础裂缝侵入建筑物室内的难度。厚度越大，污染物需要穿透的距离就越长，侵入的难度也就越大。同时，基础或墙的材料和裂缝的情况也会对侵入过程产生影响。如果基础或墙的材料具有较好的密封性，裂缝较少且较小，那么污染物侵入的风险就会降低。LB：封闭空间体积与渗透区面积的比例，单位为cm，它反映了建筑物室内空间的大小和污染物侵入的难易程度。LB值越大，说明室内空间相对较大，污染物在室内的扩散和稀释作用就越明显，侵入后对室内空气质量的影响相对较小。在大型空旷的建筑物中，由于LB值较大，污染物侵入后可能会迅速扩散，浓度相对较低。η：建筑基础底板中裂缝所占比例，无量纲，它表示基础底板中裂缝的面积与基础底板总面积的比值。η值越大，说明基础底板中的裂缝越多，污染物通过裂缝侵入建筑物室内的可能性就越大。裂缝的存在为污染物提供了优先通道，使得它们能够绕过基础材料的阻挡，直接进入室内。因此，在评估挥发侵入风险时，需要重点关注基础底板中裂缝的情况。ER：封闭空间换气率，单位为次・s-1，用于衡量建筑物室内空气与室外空气交换的速度。ER值越大，说明室内空气更新越快，污染物在室内的积累浓度就越低，挥发侵入的风险也就越小。良好的通风条件可以有效地降低室内污染物的浓度，减少对人体健康的影响。在通风良好的建筑物中，即使有污染物侵入，也能迅速被排出室外，降低室内污染水平。dP：室内和室外的压差，单位为g・cm-1・s-2，它是驱动污染物通过建筑物基础裂缝或其他孔隙侵入室内的动力之一。当室内外存在压差时，气体就会从高压区向低压区流动，带动污染物一起进入室内。dP值越大，污染物侵入的驱动力就越强，侵入的速度和量也会相应增加。在一些建筑物中，由于空调系统、通风设备的运行或自然风的作用，室内外可能会产生较大的压差，这会增加污染物挥发侵入的风险。θacrack：基础/墙裂缝土壤中的空气体积含量，单位为cm3（空气）・cm-3（土壤），它表示基础或墙裂缝中空气所占的体积比例。较高的θacrack值意味着裂缝中空气较多，为污染物的扩散提供了更多的空间，有利于污染物通过裂缝侵入室内。同时，θacrack值还会影响污染物在裂缝中的扩散速度，因为空气的存在可以降低污染物与裂缝壁面之间的摩擦阻力，促进扩散。Qs：挥发性物质通过建筑底板进入封闭空间的体积流量，单位为cm3・s-1，它直接反映了污染物侵入建筑物室内的速率。Qs值越大，说明单位时间内进入室内的污染物量越多，挥发侵入的风险也就越高。Qs受到多种因素的影响，如土壤中污染物的浓度、土壤气渗透率、建筑基础的密封性以及室内外压差等。在污染严重的场地中，土壤中污染物浓度较高，且建筑基础存在较多裂缝或孔隙，可能会导致Qs值较大，增加挥发侵入的风险。Dv：污染物在气相中的扩散系数，单位为cm2・s-1，用于衡量污染物在空气中的扩散能力。Dv值越大，说明污染物在气相中的扩散速度越快，在土壤孔隙和建筑物室内空气中的迁移能力就越强。Dv受到温度、压力、污染物分子大小和形状等多种因素的影响。一般来说，温度越高，Dv值越大；污染物分子越小，Dv值也越大。在高温环境下，污染物在气相中的扩散速度会加快，更容易在空气中传播。Dw：污染物在液相中的扩散系数，单位为cm2・s-1，表示污染物在水中的扩散能力。Dw值越大，说明污染物在土壤孔隙水中的扩散速度越快，这会影响污染物在土壤中的迁移和转化过程。Dw受到温度、水的黏度、污染物的溶解度等因素的影响。在温度较高、水的黏度较低且污染物溶解度较大的情况下，Dw值会相对较大，污染物在液相中的扩散速度会加快。H：亨利常数，单位为cm3（水）・cm-3（空气），它描述了污染物在气液两相之间的分配平衡关系。H值越大，说明污染物在气相中的浓度相对较高，更容易从土壤孔隙水或地下水中挥发进入气相，从而增加挥发侵入的风险。亨利常数与污染物的性质、温度等因素有关。对于挥发性较强的污染物，其H值通常较大，在环境中更容易挥发。τ：挥发性物质释放时间，单位为s，它表示污染物从污染源释放到环境中的时间长度。τ值越大，污染物在环境中积累的量就可能越多，挥发侵入的风险也就相应增加。在长期污染的场地中，由于污染物持续释放，释放时间较长，挥发侵入的风险会随着时间的推移而逐渐增大。Uair：呼吸带（混合带）风速，单位为cm・s-1，它影响污染物在大气中的扩散和稀释。Uair值越大，污染物在大气中的扩散速度越快，越容易被稀释，从而降低了污染物侵入建筑物室内的浓度。在风速较大的地区，污染物在大气中能够迅速扩散，减少了其在建筑物周围的积聚，降低了挥发侵入的风险。δair：周边混合带高度，单位为cm，它表示污染物在大气中扩散的有效高度范围。δair值越大，污染物在大气中的扩散空间就越大，越容易被稀释，从而降低了挥发侵入的风险。周边混合带高度受到地形、气象条件等因素的影响。在开阔的地形和良好的气象条件下，δair值可能较大，有利于污染物的扩散。Ws：平行于风向或地下水流向的污染带宽度，单位为cm，它反映了污染区域在水平方向上的范围大小。Ws值越大，说明污染带越宽，污染物向建筑物方向扩散的可能性就越大，挥发侵入的风险也就相应增加。在大面积污染的场地中，由于污染带宽度较大，污染物更容易扩散到建筑物附近，增加了挥发侵入的风险。ds：深层污染土壤的厚度，单位为cm，它表示地下污染土壤在垂直方向上的厚度。ds值越大，说明污染土壤的量越多，污染物在土壤中的迁移和扩散过程就越复杂，挥发侵入的风险也就可能越高。在深层污染土壤厚度较大的场地中，污染物需要经过更长的距离和更多的土壤层才能到达地表，这增加了挥发侵入的不确定性和风险。2.3参数取值范围界定为了确保挥发侵入模型敏感性分析的准确性和可靠性，需要明确各参数的有效取值范围。这些取值范围的确定基于大量的文献研究、实地监测数据以及相关的行业标准和规范，同时考虑了不同土壤质地、污染物类型和场地条件等因素的影响。2.3.1输入参数取值分析输入参数主要包括与污染物性质、土壤性质以及环境条件相关的参数，它们是模型运行的基础数据，对模型结果有着直接的影响。Koc：有机碳分配系数Koc的取值范围受到污染物性质和土壤中有机碳含量的共同影响。对于不同类型的污染物，其Koc值差异较大。如苯、甲苯等小分子芳香烃类污染物，由于其疏水性相对较弱，Koc值一般在1-100L・kg-1之间。而多环芳烃类污染物，如萘、蒽等，由于其分子结构中含有多个苯环，疏水性较强，Koc值通常在100-10000L・kg-1之间。土壤中有机碳含量越高，Koc值也会相应增大。在实际应用中，可根据污染物的化学结构和土壤有机碳含量，通过相关公式估算Koc值，或者参考已有文献中的实验数据确定其取值范围。θws：包气带土壤中水的体积含量θws主要取决于土壤质地和含水量。砂土的孔隙较大，持水能力较弱，θws值一般在0.05-0.2cm3（水）・cm-3（土壤）之间。而粘土的孔隙较小，持水能力较强，θws值可达到0.3-0.5cm3（水）・cm-3（土壤）。壤土的θws值则介于砂土和粘土之间，通常在0.2-0.35cm3（水）・cm-3（土壤）。在确定θws值时，可通过现场采样，利用烘干法、中子仪法等方法进行测定，或者参考当地的土壤质地分类和相关的土壤水文数据。fom：土壤中有机质的质量分数fom在不同类型的土壤中差异显著。森林土壤由于长期积累了大量的枯枝落叶等有机物质，fom值可高达5%-10%。而在一些砂质土壤中，由于有机质含量较低，fom值可能仅为0.5%-1%。农田土壤的fom值一般在1%-3%之间，这主要取决于施肥、耕作等农业管理措施。可通过重铬酸钾氧化法等化学分析方法测定土壤中的有机质含量，从而确定fom值的取值范围。Ls：地表至地下污染土壤的距离Ls主要由场地的地质条件和污染深度决定。在浅层污染场地，如一些因地表污水排放或垃圾填埋导致的污染，Ls值可能较小，通常在0-50cm之间。而在深层污染场地，如因地下水污染扩散或深层采矿活动导致的污染，Ls值可能较大，可达100-1000cm甚至更大。确定Ls值时，需要参考场地的地质勘查报告、钻孔数据等资料，准确测量地表到污染土壤层的垂直距离。θ：包气带土壤总孔隙度θ与土壤质地密切相关。砂土的颗粒较大，孔隙度相对较高，一般在0.35-0.5cm3（孔隙）・cm-3（土壤）之间。粘土的颗粒细小，孔隙度相对较低，通常在0.4-0.6cm3（孔隙）・cm-3（土壤）之间。壤土的孔隙度则在两者之间，大约为0.45-0.55cm3（孔隙）・cm-3（土壤）。可通过环刀法、水银注入法等实验方法测定土壤的总孔隙度，或者根据土壤质地分类，参考相关的土壤物理性质数据确定θ值的取值范围。ρb：土壤容重ρb受到土壤质地、结构和压实程度的影响。砂土的容重一般在1.4-1.7g・cm-3之间，因为砂土颗粒较大，颗粒间的空隙较多，所以容重相对较小。粘土的容重通常在1.1-1.4g・cm-3之间，由于粘土颗粒细小，颗粒间的排列较为紧密，容重相对较大。壤土的容重约为1.3-1.6g・cm-3。可使用环刀在现场采集原状土样，通过称重和测量体积的方法计算土壤容重，也可参考当地土壤类型的平均容重数据确定ρb值的取值范围。Kv：土壤气渗透率Kv主要取决于土壤的孔隙结构和连通性。砂土的孔隙大且连通性好，Kv值较高，一般在10-10-10-8cm2之间。粘土的孔隙小且连通性差，Kv值较低，通常在10-14-10-12cm2之间。壤土的Kv值介于砂土和粘土之间，大约为10-12-10-10cm2。土壤气渗透率的测定较为复杂，可采用现场气测法、实验室压汞法等方法进行测量，或者参考相关的土壤物理学文献，根据土壤质地和孔隙特征估算Kv值的取值范围。Dv：污染物在气相中的扩散系数Dv与温度、压力和污染物分子大小有关。在常温常压下，对于常见的挥发性有机污染物，如苯、氯乙烯等，Dv值一般在0.05-0.2cm2・s-1之间。温度升高会使分子热运动加剧，Dv值增大；压力增大则会使分子间的碰撞频率增加，Dv值减小。污染物分子越小，其在气相中的扩散能力越强，Dv值也越大。可通过实验测定或根据相关的扩散理论公式，如爱因斯坦扩散公式，计算不同条件下污染物在气相中的扩散系数，确定Dv值的取值范围。Dw：污染物在液相中的扩散系数Dw受到温度、水的黏度和污染物的溶解度等因素的影响。在25℃时，对于大多数有机污染物，Dw值通常在10-6-10-5cm2・s-1之间。温度升高会降低水的黏度，增加污染物的扩散速率，使Dw值增大。污染物在水中的溶解度越大，其在液相中的扩散能力也越强，Dw值相应增大。可通过实验测量或参考相关的物理化学手册，获取不同污染物在水中的扩散系数数据，确定Dw值的取值范围。H：亨利常数H反映了污染物在气液两相之间的分配平衡关系，其取值与污染物的性质和温度密切相关。对于挥发性较强的污染物，如四氯化碳、三氯乙烯等，H值一般在0.1-1cm3（水）・cm-3（空气）之间。而对于挥发性较弱的污染物，H值则相对较小。温度升高会使污染物在气相中的溶解度降低，H值增大。可通过实验测定或查阅相关的化学数据库，获取不同污染物在不同温度下的亨利常数，确定H值的取值范围。τ：挥发性物质释放时间τ取决于污染源的持续时间和释放特征。对于突发的污染事件，如化学品泄漏，τ值可能较短，在几天到几周之间。而对于长期的工业污染，如化工企业的长期排放，τ值可能较长，可达数年甚至数十年。确定τ值时，需要详细了解污染事件的发生时间、持续时间以及污染源的释放规律等信息，通过现场调查、企业生产记录查阅等方式获取相关数据，确定τ值的取值范围。Uair：呼吸带（混合带）风速Uair受到地形、气象条件和建筑物周围环境的影响。在开阔的平原地区，风速相对较大，Uair值一般在1-5m・s-1之间。而在城市中心的建筑物密集区域，由于建筑物的阻挡和摩擦作用，风速会明显减小，Uair值可能在0.5-2m・s-1之间。可通过气象站监测数据、现场风速测量仪测量等方式获取当地的风速数据，确定Uair值的取值范围。δair：周边混合带高度δair主要受地形、气象条件和大气边界层特性的影响。在平坦的地形和稳定的气象条件下，δair值一般在10-100m之间。在山区或复杂地形条件下，由于地形的起伏和气流的扰动，δair值会有所变化。可参考气象学相关研究成果和当地的气象观测数据，结合地形条件，确定δair值的取值范围。Ws：平行于风向或地下水流向的污染带宽度Ws取决于污染范围和污染物的扩散特性。在小型污染场地，Ws值可能较小，在1-10m之间。而在大面积污染场地，如一些大型工业污染区域或农业面源污染区域，Ws值可能较大，可达100-1000m甚至更大。确定Ws值时，需要通过场地调查、污染物浓度监测等手段，绘制污染分布图，准确测量污染带的宽度，确定Ws值的取值范围。ds：深层污染土壤的厚度ds主要由污染深度和污染范围决定。在浅层污染区域，ds值可能较小，在0-50cm之间。而在深层污染区域，如因地下水污染导致的深层土壤污染，ds值可能较大，可达100-1000cm甚至更大。可通过钻孔取样、地质雷达探测等方法，获取污染土壤的深度和厚度信息，确定ds值的取值范围。2.3.2直接参数取值分析直接参数是指在模型计算过程中直接参与运算的参数，它们的取值范围同样受到多种因素的制约，对模型结果有着重要的影响。DFia：建筑物基础缝隙中空气的扩散系数DFia受到基础材料的性质、缝隙的大小和形状以及室内外空气压差等因素的影响。对于混凝土基础，由于其透气性较差，DFia值一般在10-7-10-5cm2・s-1之间。而对于砖石结构的基础，由于其孔隙较多，DFia值相对较大，可在10-5-10-3cm2・s-1之间。缝隙越大、形状越规则，DFia值越大；室内外空气压差越大，也会促进空气的扩散，使DFia值增大。确定DFia值时，可通过实验测量基础材料的透气性，结合缝隙的实际情况，估算DFia值的取值范围。Ab：建筑基础底板面积Ab根据建筑物的规模和结构而定。小型住宅的基础底板面积一般在50-200m2之间。而大型商业建筑或工业厂房的基础底板面积可能较大，可达1000-10000m2甚至更大。在确定Ab值时，可参考建筑物的设计图纸或实地测量基础底板的尺寸，计算其面积，确定Ab值的取值范围。Lcrack：封闭空间地下基础或墙的厚度Lcrack主要取决于建筑物的结构和设计要求。一般住宅的基础或墙厚度在20-50cm之间。而大型建筑物的基础或墙厚度可能更大，以满足承载和稳定性的要求，可达50-100cm。确定Lcrack值时，可查阅建筑物的施工图纸或实地测量基础或墙的厚度，确定Lcrack值的取值范围。LB：封闭空间体积与渗透区面积的比例LB与建筑物的空间布局和使用功能有关。对于普通住宅，LB值一般在1-3m之间。而对于高大的厂房或空旷的仓库，由于其空间较大，LB值可能在3-10m之间。确定LB值时，可通过测量建筑物的内部空间尺寸，计算封闭空间体积和渗透区面积，进而确定LB值的取值范围。η：建筑基础底板中裂缝所占比例η受到基础施工质量、地基沉降和建筑物使用年限等因素的影响。在新建建筑物中，由于施工质量较好，裂缝较少，η值一般在0.01-0.05之间。而在老旧建筑物中，由于地基沉降和长期的使用磨损，裂缝可能较多，η值可达到0.05-0.1甚至更大。确定η值时，可通过现场检查基础底板的裂缝情况，测量裂缝的面积和基础底板总面积，计算η值的取值范围。ER：封闭空间换气率ER取决于建筑物的通风系统和使用情况。自然通风的建筑物，换气率较低，ER值一般在0.5-2次・h-1之间。而安装了机械通风系统的建筑物，如商场、写字楼等，换气率较高，ER值可达到5-10次・h-1甚至更大。确定ER值时，可参考建筑物的通风设计参数，或通过现场测量室内外空气的交换量，确定ER值的取值范围。dP：室内和室外的压差dP受到通风系统、门窗开启状态和气象条件等因素的影响。在自然通风条件下，dP值一般较小，在0-5Pa之间。而当建筑物的通风系统运行或门窗开启较大时，dP值可能增大，可达5-20Pa甚至更大。确定dP值时，可使用压差计在现场测量室内外的压差，结合通风系统和门窗的实际情况，确定dP值的取值范围。θacrack：基础/墙裂缝土壤中的空气体积含量θacrack与裂缝的大小、土壤的填充情况有关。如果裂缝较大且土壤填充较少，θacrack值一般在0.3-0.5cm3（空气）・cm-3（土壤）之间。而当裂缝较小且被土壤紧密填充时，θacrack值可能较小，在0.1-0.3cm3（空气）・cm-3（土壤）之间。确定θacrack值时，可通过现场观察裂缝的情况，采集裂缝中的土壤样品，测量其空气体积含量，确定θacrack值的取值范围。Qs：挥发性物质通过建筑底板进入封闭空间的体积流量Qs受到土壤中污染物浓度、土壤气渗透率、建筑基础的密封性以及室内外压差等多种因素的影响。在污染较轻、基础密封性较好的情况下，Qs值一般在10-6-10-4cm3・s-1之间。而在污染严重、基础存在较多裂缝且室内外压差较大的情况下，Qs值可能较大，可达10-4-10-2cm3・s-1甚至更大。确定Qs值时，可通过实验测量或根据相关的对流扩散理论公式，结合场地的实际情况，估算Qs值的取值范围。三、基于参数分析的模型敏感性分析3.1分析方法阐述参数分析法是一种用于研究模型参数对模型输出结果影响的重要方法，其原理基于对模型中各个参数的单独变化，观察模型输出的相应改变，从而确定每个参数的敏感性程度。在挥发侵入模型中，参数分析法能够帮助我们深入了解各个参数在挥发性污染物迁移转化过程中的作用和影响，为风险评价提供关键的参数信息。在本研究中，实施参数分析法的具体步骤如下：确定参数取值范围：通过全面查阅相关文献资料，结合实际场地监测数据，确定挥发侵入模型中24个主要参数的合理取值范围。对于有机碳分配系数Koc，根据不同污染物的性质和土壤有机碳含量，其取值范围设定在1-10000L・kg-1之间；包气带土壤中水的体积含量θws，根据土壤质地的差异，取值范围在0.05-0.5cm3（水）・cm-3（土壤）之间。这些取值范围的确定为后续的参数分析提供了基础数据。选择分析情景：考虑挥发侵入过程中的不同阶段和条件，设定三种分析情景，分别为污染物在土壤中的分配过程、无对流条件下的侵入过程以及有对流条件下的侵入过程。在污染物分配过程中，重点关注污染物在土壤固相、液相和气相之间的分配关系；无对流条件下的侵入过程，主要研究污染物通过扩散作用从土壤进入建筑物室内的情况；有对流条件下的侵入过程，则综合考虑污染物在扩散和对流共同作用下的侵入行为。逐一改变参数值：在每种分析情景下，保持其他参数不变，按照一定的步长逐一改变目标参数的值。每次改变一个参数，计算挥发因子（VF）的值，以此来观察该参数变化对VF的影响。在研究有机碳分配系数Koc对污染物分配过程的影响时，从Koc的最小值开始，以一定的增量逐步增加Koc的值，每次计算相应的VF值。分析参数敏感性：根据参数变化与VF变化之间的关系，定性分析参数的敏感性。如果参数的微小变化导致VF发生较大的改变，则说明该参数对模型结果的影响较大，具有较高的敏感性；反之，如果参数变化对VF的影响较小，则说明该参数的敏感性较低。通过比较不同参数在相同变化幅度下对VF的影响程度，确定各个参数的敏感性排序。以某挥发性有机污染物为例，在无对流条件下的侵入过程中，当有机碳分配系数Koc从10L・kg-1增加到20L・kg-1时，挥发因子VF从0.05下降到0.03，变化较为明显，表明Koc对无对流条件下的挥发侵入过程具有较高的敏感性。而当土壤中有机质的质量分数fom从0.01增加到0.02时，VF仅从0.05略微下降到0.048，变化相对较小，说明fom在该情景下的敏感性较低。通过这样的参数分析，可以全面了解各个参数在不同情景下的敏感性，为后续的风险评价和参数优化提供重要依据。3.2不同情景下参数敏感性分析3.2.1污染物分配过程在污染物分配过程中，有机碳分配系数（Koc）起着至关重要的作用，它对污染物在土壤中的分配具有显著影响。Koc反映了污染物在土壤有机碳相和水相之间的分配能力，其值越大，表明污染物对土壤有机碳的亲和力越强。当Koc增大时，更多的污染物会被吸附到土壤有机碳上，从而减少了污染物在土壤孔隙水中的浓度。这是因为土壤有机碳具有丰富的孔隙结构和表面活性位点，能够通过范德华力、氢键、离子交换等多种作用与污染物相互结合，将污染物固定在土壤固相上。在某有机污染场地中，当Koc从10L・kg-1增加到50L・kg-1时，土壤孔隙水中污染物浓度降低了约30%，而土壤有机碳相中污染物浓度则相应增加，这充分说明了Koc对污染物分配的重要调控作用。土壤中有机质的质量分数（fom）也对污染物分配有着重要影响。fom反映了土壤中有机物质的含量，有机质含量越高，土壤对污染物的吸附能力越强。有机质中的腐殖质等成分具有较大的比表面积和丰富的官能团，能够与污染物发生强烈的相互作用，从而增加污染物在土壤中的吸附量。在富含有机质的森林土壤中，由于fom值较高，土壤对多环芳烃类污染物的吸附能力明显高于有机质含量较低的砂质土壤。研究表明，当fom从0.01增加到0.05时，土壤对某些有机污染物的吸附量可增加2-3倍，这表明fom的变化会显著影响污染物在土壤中的分配。包气带土壤中水的体积含量（θws）同样会对污染物分配产生影响。θws影响着污染物在土壤孔隙水中的溶解和迁移。较高的θws值意味着土壤中水分含量丰富，这会增加污染物在土壤孔隙水中的溶解量，使更多的污染物以溶解态存在于孔隙水中，从而减少了污染物在土壤固相上的吸附量。在湿润的土壤环境中，一些水溶性污染物会更容易随着土壤水分的运动而迁移，而在干燥的土壤中，污染物则更容易被土壤颗粒吸附。当θws从0.1增加到0.3时，土壤孔隙水中某水溶性污染物的浓度增加了约50%，而土壤固相上的污染物吸附量则有所减少，这表明θws的变化会改变污染物在土壤中的分配格局。3.2.2无对流条件下侵入过程在无对流条件下，污染物主要通过扩散作用从土壤进入建筑物室内。有机碳分配系数（Koc）仍然是影响侵入过程的重要参数。由于Koc决定了污染物在土壤固相和水相之间的分配，进而影响了污染物在土壤孔隙中的扩散浓度。较高的Koc值使得污染物更多地吸附在土壤固相上，降低了其在土壤孔隙水中的浓度，从而减少了污染物向建筑物室内扩散的驱动力，降低了挥发侵入的风险。在某污染场地的模拟研究中，当Koc从50L・kg-1增加到100L・kg-1时，建筑物室内污染物浓度降低了约20%，这表明Koc对无对流条件下的挥发侵入过程具有重要影响。建筑物基础缝隙中空气的扩散系数（DFia）对污染物侵入过程也有着关键作用。DFia衡量了污染物在建筑物基础缝隙空气中的扩散能力，该系数越大，说明污染物在缝隙空气中的扩散速度越快，越容易通过基础缝隙侵入建筑物室内。如果建筑物基础材料的透气性较好，缝隙较大，且室内外存在一定的浓度差，那么DFia的值就会相对较大，污染物侵入室内的风险也会相应增加。在一些老旧建筑物中，由于基础材料老化、缝隙增多，DFia值相对较高，导致室内挥发性污染物浓度明显高于新建建筑物。研究表明，当DFia从10-6cm2・s-1增加到10-5cm2・s-1时，建筑物室内污染物浓度可增加1-2倍，这充分说明了DFia在无对流条件下对污染物侵入的重要影响。污染物在气相中的扩散系数（Dv）同样会影响无对流条件下的侵入过程。Dv越大，说明污染物在空气中的扩散速度越快，在土壤孔隙和建筑物室内空气中的迁移能力就越强。较高的Dv值有利于污染物在土壤孔隙中扩散，使其更容易到达建筑物基础，并通过基础缝隙侵入室内。在温度较高、气压较低的环境中，Dv值会增大，污染物的扩散速度加快，挥发侵入的风险也会相应提高。在夏季高温时段，由于Dv值增大，某污染场地建筑物室内挥发性污染物浓度比冬季明显升高，这表明Dv对无对流条件下的挥发侵入过程有着重要的影响。3.2.3有对流条件下侵入过程在有对流条件下，污染物的侵入过程更加复杂，不仅受到扩散作用的影响，还受到对流作用的影响。土壤气渗透率（Kv）是影响对流过程的关键参数之一，它衡量了土壤中气体通过的能力。Kv值越大，说明土壤对气体的渗透性越好，污染物在土壤中的对流作用就越强，越容易通过土壤孔隙向建筑物方向迁移。在砂土中，由于其孔隙大且连通性好，Kv值较高，污染物在砂土中的对流迁移速度明显快于粘土。在某污染场地中，当土壤为砂土时，Kv值较大，污染物通过对流作用迅速向建筑物方向迁移，导致建筑物室内污染物浓度在短时间内迅速升高。研究表明，当Kv从10-11cm2增加到10-9cm2时，建筑物室内污染物浓度可增加3-5倍，这充分说明了Kv在有对流条件下对污染物侵入的重要影响。挥发性物质通过建筑底板进入封闭空间的体积流量（Qs）直接反映了污染物侵入建筑物室内的速率。Qs受到多种因素的影响，如土壤中污染物的浓度、土壤气渗透率、建筑基础的密封性以及室内外压差等。在污染严重的场地中，土壤中污染物浓度较高，且建筑基础存在较多裂缝或孔隙，可能会导致Qs值较大，增加挥发侵入的风险。在某化工污染场地中，由于土壤中挥发性污染物浓度高，建筑基础密封性差，Qs值较大，使得建筑物室内污染物浓度远远超过了人体健康风险阈值。当Qs从10-5cm3・s-1增加到10-3cm3・s-1时，建筑物室内污染物浓度可增加5-10倍，这表明Qs是有对流条件下影响污染物侵入的关键参数。室内和室外的压差（dP）也是影响有对流条件下污染物侵入的重要因素。dP是驱动污染物通过建筑物基础裂缝或其他孔隙侵入室内的动力之一。当室内外存在压差时，气体就会从高压区向低压区流动，带动污染物一起进入室内。dP值越大，污染物侵入的驱动力就越强，侵入的速度和量也会相应增加。在一些建筑物中，由于空调系统、通风设备的运行或自然风的作用，室内外可能会产生较大的压差，这会增加污染物挥发侵入的风险。在某建筑物中，当通风系统运行导致室内外压差增大时，室内挥发性污染物浓度明显升高，这表明dP对有对流条件下的挥发侵入过程有着重要的影响。3.3结果讨论通过参数分析法的研究，我们清晰地认识到Koc、θws、DFia、Kv、Qs和dP等参数在挥发侵入模型中扮演着关键角色，对污染物的迁移转化和侵入过程有着显著影响。这些参数的敏感性程度不同，在不同的情景下表现出各异的作用机制。Koc作为反映污染物与土壤有机碳亲和程度的重要参数，在污染物分配过程和无对流条件下的侵入过程中都具有较高的敏感性。这表明Koc对污染物在土壤中的吸附和固定以及向建筑物室内的扩散有着重要的调控作用。在实际的污染场地中，准确测定Koc值对于评估污染物的环境行为和风险具有重要意义。对于一些Koc值较高的有机污染物，如多环芳烃类物质，它们更容易被土壤中的有机碳吸附，在土壤中的迁移性较低，从而降低了其挥发侵入的风险。然而，如果Koc值的测定不准确，可能会导致对污染物迁移转化过程的错误判断，进而影响风险评价的准确性。θws主要影响污染物在土壤中的扩散过程，在污染物分配和无对流条件下的侵入过程中也有一定影响。它通过改变土壤中水分含量，影响污染物在土壤孔隙水中的溶解和迁移。在湿润的土壤环境中，较高的θws值会增加污染物在土壤孔隙水中的溶解量，促进污染物的扩散。因此，在风险评价中，需要充分考虑土壤水分含量对污染物扩散的影响，准确测定θws值，以提高风险评价的精度。DFia在无对流条件下对污染物侵入建筑物室内的过程影响显著，它决定了污染物在建筑物基础缝隙空气中的扩散能力。建筑物基础材料的性质、缝隙的大小和形状以及室内外空气压差等因素都会影响DFia的值。在老旧建筑物中，由于基础材料老化、缝隙增多，DFia值可能较大，导致污染物更容易侵入室内。因此，在评估建筑物的挥发侵入风险时，需要对建筑物基础的情况进行详细调查，准确确定DFia值。Kv、Qs和dP在有对流条件下对污染物侵入过程具有关键影响。Kv反映了土壤对气体的渗透性，Ks决定了污染物侵入建筑物室内的速率，dP则是驱动污染物侵入的动力之一。在砂土等透气性较好的土壤中，Kv值较大，污染物在土壤中的对流作用较强，容易向建筑物方向迁移。而在污染严重、建筑基础密封性差且室内外压差较大的情况下，Qs值和dP值会增大，增加了污染物挥发侵入的风险。在进行风险评价时，需要综合考虑这些因素，准确评估污染物在有对流条件下的侵入风险。通过参数分析法对挥发侵入模型进行敏感性分析，明确了各参数在不同情景下的敏感性程度和作用机制。这为污染场地的风险评价提供了重要的理论依据，有助于我们在实际应用中更加准确地评估挥发性污染物的挥发侵入风险，采取有效的污染控制和修复措施，保护人体健康和生态环境。四、基于方差分解的敏感性分析4.1方法与思路蒙特卡洛分析是一种通过随机抽样来模拟不确定因素对系统影响的方法，在挥发侵入模型的敏感性分析中具有重要作用。其原理基于大数定律，通过大量的随机试验来近似真实系统的行为。在本研究中，蒙特卡洛分析用于生成挥发侵入模型中参数的随机组合，以模拟不同参数取值情况下模型的输出结果。具体实施步骤如下：首先，根据参数取值范围界定的结果，确定模型中24个主要参数的取值范围。有机碳分配系数（Koc）的取值范围为1-10000L・kg-1，包气带土壤中水的体积含量（θws）的取值范围为0.05-0.5cm3（水）・cm-3（土壤）等。然后，运用随机数生成器，在每个参数的取值范围内随机生成大量的参数值，形成众多的参数组合。通常会生成数千组甚至数万组参数组合，以确保模拟结果的可靠性。对于每一组生成的参数组合，将其代入挥发侵入模型中进行计算，得到相应的模型输出结果，即挥发因子（VF）的值。通过对大量模拟结果的统计分析，如计算VF的均值、方差、最大值、最小值等统计量，来评估模型的不确定性和参数的敏感性。如果某参数在不同参数组合下对VF的影响较大，导致VF的变化范围较宽，方差较大，那么说明该参数对模型结果的影响较为显著，具有较高的敏感性。方差分解全局敏感性分析法是一种全面评估模型参数对模型输出方差贡献的方法，它能够考虑参数之间的相互作用，更准确地确定参数的敏感性。在挥发侵入模型中，该方法通过将模型输出的总方差分解为各个参数及其相互作用所贡献的方差，来量化每个参数对模型结果的影响程度。其基本原理是基于方差分析的思想，将模型输出Y看作是由多个输入参数X1，X2，…，Xn共同作用的结果。通过数学推导，可以将模型输出的总方差Var(Y)分解为各个参数的一阶方差贡献、二阶方差贡献以及高阶方差贡献。其中，一阶方差贡献表示单个参数对模型输出方差的贡献，反映了该参数独立作用时对模型结果的影响；二阶方差贡献表示两个参数之间相互作用对模型输出方差的贡献；高阶方差贡献则表示多个参数之间复杂相互作用对模型输出方差的贡献。在本研究中，使用Sobol'法来计算方差分解的各项指标。Sobol'法通过构造特定的样本点，利用蒙特卡洛模拟来估计各个参数的敏感性指数。具体计算过程中，首先根据蒙特卡洛分析生成的大量参数组合，计算模型输出的总方差。然后，分别计算每个参数的一阶敏感性指数Si和总敏感性指数STi。一阶敏感性指数Si表示参数Xi对模型输出方差的直接贡献，其计算公式为Si=Var(E(Y|Xi))/Var(Y)，其中Var(E(Y|Xi))表示在固定其他参数时，参数Xi的变化所引起的模型输出均值的方差。总敏感性指数STi则表示参数Xi及其与其他参数的所有相互作用对模型输出方差的贡献，其计算公式为STi=1-Var(E(Y|X~i))/Var(Y)，其中X~i表示除参数Xi之外的所有其他参数。通过比较各个参数的敏感性指数大小，可以确定参数的敏感性排序，敏感性指数越大，说明该参数对模型结果的影响越大，敏感性越高。4.2结果分析4.2.1土壤有机质含量影响土壤有机质含量在挥发侵入过程中扮演着关键角色，对其他参数的敏感性产生着显著影响。土壤中有机质的质量分数（fom）与有机碳分配系数（Koc）密切相关，fom的变化会直接影响Koc的取值，进而影响污染物在土壤中的分配和迁移。较高的fom值意味着土壤中含有更多的有机物质，这些有机物质具有丰富的孔隙结构和表面活性位点，能够通过范德华力、氢键、离子交换等多种作用与污染物相互结合，从而增加Koc值。在某有机污染场地中，当fom从0.01增加到0.05时，Koc值从50L・kg-1增加到150L・kg-1，这使得更多的污染物被吸附到土壤有机碳上，减少了污染物在土壤孔隙水中的浓度，降低了污染物在土壤中的迁移性，从而影响了挥发侵入的风险。fom还会对土壤的物理性质产生影响，进而改变其他参数的敏感性。较高的fom值可以改善土壤的结构，增加土壤的孔隙度，提高土壤的通气性和透水性。这会影响土壤气渗透率（Kv）和包气带土壤中水的体积含量（θws）等参数。当fom增加时，土壤孔隙度增大，Kv值可能会相应增大，使得土壤对气体的渗透性增强，污染物在土壤中的对流作用加强，挥发侵入的风险也会相应增加。而θws值则可能会因为土壤通气性的改善而降低，减少了污染物在土壤孔隙水中的溶解量，从而影响污染物的扩散和迁移。在富含有机质的森林土壤中，由于fom值较高，土壤孔隙度较大，Kv值相对较高，污染物在土壤中的对流迁移速度明显快于有机质含量较低的土壤。4.2.2不同污染物类型参数敏感性比较不同Koc值的挥发性污染物在挥发侵入过程中表现出不同的参数敏感性。对于Koc＜1L・kg-1的挥发性污染物，由于其疏水性较弱，在土壤中的吸附作用相对较弱，更容易在土壤孔隙水中溶解和迁移。在这种情况下，污染物在液相中的扩散系数（Dw）和亨利常数（H）对挥发侵入过程的影响较为显著。Dw值较大时，污染物在土壤孔隙水中的扩散速度加快，更容易向建筑物方向迁移；H值较大则表明污染物更容易从土壤孔隙水挥发进入气相，增加了挥发侵入的风险。在某污染场地中，对于Koc值较低的挥发性卤代烃类污染物，当Dw从10-6cm2・s-1增加到10-5cm2・s-1时，建筑物室内污染物浓度明显升高，说明Dw对这类污染物的挥发侵入过程具有重要影响。对于Koc＜103L・kg-1的挥发性污染物，Koc和土壤中有机质的质量分数（fom）等参数对污染物在土壤中的分配和迁移具有重要影响。这类污染物的疏水性适中，Koc值的变化会显著影响其在土壤固相和水相之间的分配比例。fom值的改变也会通过影响Koc值，进而影响污染物的吸附和迁移。在某化工污染场地中，对于Koc值处于该范围的苯系物污染物，当Koc从10L・kg-1增加到50L・kg-1时，土壤孔隙水中污染物浓度降低，建筑物室内污染物浓度也相应降低，表明Koc对这类污染物的挥发侵入过程具有关键作用。当Koc＞103L・kg-1时，污染物对土壤有机碳的亲和力很强，大部分污染物被吸附在土壤有机碳上，此时有机碳分配系数（Koc）成为影响挥发侵入过程的主导参数。较高的Koc值使得污染物在土壤中的迁移性极低，挥发侵入的风险主要取决于污染物从土壤有机碳上解吸的速率。在某多环芳烃污染场地中，由于污染物的Koc值较高，Koc对污染物的挥发侵入过程起着决定性作用，其他参数的影响相对较小。随着Koc值的增大，建筑物室内污染物浓度迅速降低，说明Koc的变化对这类污染物的挥发侵入风险影响显著。4.2.3土壤质地类型影响在12种不同的土壤质地类型下，挥发侵入模型参数的敏感性呈现出明显的变化规律。土壤质地主要通过影响土壤的物理性质，如孔隙度、渗透率、持水能力等，来改变参数的敏感性。砂质土壤的颗粒较大，孔隙度较高，通气性和透水性较好。在砂质土壤中，土壤气渗透率（Kv）较高，这使得污染物在土壤中的对流作用较强，Kv成为影响挥发侵入过程的关键参数之一。较高的Kv值有利于污染物在土壤孔隙中快速迁移，增加了挥发侵入的风险。在砂土中，当Kv从10-10cm2增加到10-8cm2时，建筑物室内污染物浓度可增加2-3倍，表明Kv对砂质土壤中污染物的挥发侵入过程具有重要影响。砂质土壤的持水能力较弱，包气带土壤中水的体积含量（θws）相对较低，这会影响污染物在土壤孔隙水中的溶解和扩散，使得θws的敏感性也相对较高。黏质土壤的颗粒细小，孔隙度较低，通气性和透水性较差。在黏质土壤中，土壤对污染物的吸附作用较强，有机碳分配系数（Koc）和土壤中有机质的质量分数（fom）对挥发侵入过程的影响更为显著。较高的fom值和Koc值会使更多的污染物被吸附在土壤颗粒上，降低了污染物在土壤孔隙水中的浓度，从而减少了挥发侵入的风险。在黏土中，当fom从0.02增加到0.05时，Koc值相应增大，建筑物室内污染物浓度降低了约30%，说明fom和Koc对黏质土壤中污染物的挥发侵入过程起着重要的调控作用。黏质土壤的孔隙较小，土壤气渗透率（Kv）较低，污染物在土壤中的对流作用较弱，Kv的敏感性相对较低。壤质土壤的性质介于砂质土壤和黏质土壤之间，其参数敏感性也呈现出一定的过渡特征。在壤质土壤中，Koc、Kv、θws等参数都对挥发侵入过程有一定的影响，但影响程度相对较为均衡。壤土的孔隙度适中，通气性和透水性较好，Kv和θws对污染物的迁移有一定作用；同时，壤土中含有一定量的有机质，fom和Koc也会影响污染物的吸附和分配。在壤土中，当Koc、Kv、θws等参数同时发生变化时，建筑物室内污染物浓度的变化较为复杂，需要综合考虑各参数的相互作用。4.2.4污染物深度影响在2种不同的污染物深度（100cm，1000cm）下，挥发侵入模型参数的敏感性存在显著差异。污染物深度主要通过影响污染物的迁移路径和迁移距离，来改变参数的敏感性。当污染物深度为100cm时，污染物距离建筑物基础较近，迁移路径较短，挥发侵入的风险相对较高。在这种情况下，建筑物基础缝隙中空气的扩散系数（DFia）和挥发性物质通过建筑底板进入封闭空间的体积流量（Qs）等参数对挥发侵入过程的影响较为显著。DFia值较大时，污染物在建筑物基础缝隙空气中的扩散速度加快，更容易通过基础缝隙侵入建筑物室内；Qs值较大则表明单位时间内进入室内的污染物量较多，增加了挥发侵入的风险。在某污染场地中，当污染物深度为100cm时，当DFia从10-6cm2・s-1增加到10-5cm2・s-1时，建筑物室内污染物浓度明显升高，说明DFia对浅层污染情况下的挥发侵入过程具有重要影响。当污染物深度为1000cm时，污染物距离建筑物基础较远，迁移路径较长，在迁移过程中受到的土壤吸附、降解等作用较强，挥发侵入的风险相对较低。此时，有机碳分配系数（Koc）和土壤气渗透率（Kv）等参数对挥发侵入过程的影响更为关键。较高的Koc值会使污染物更多地被吸附在土壤颗粒上，减少了污染物在土壤孔隙水中的浓度，降低了挥发侵入的风险；而Kv值则影响污染物在土壤中的对流迁移速度，对污染物能否顺利到达建筑物基础起着重要作用。在某深层污染场地中，当污染物深度为1000cm时，当Koc从100L・kg-1增加到500L・kg-1时，建筑物室内污染物浓度显著降低，表明Koc对深层污染情况下的挥发侵入过程具有重要调控作用。4.3敏感性参数识别与应用4.3.1敏感性参数识别依据方差分解敏感性分析的结果，我们能够精准地识别出挥发侵入模型中的敏感性参数，并将其细致地划分为不同类别，以便在实际工程应用中提供针对性的指导。第一类是建议通过实际监测获取的参数，这类参数对模型结果的影响较为显著，且其取值的准确性直接关系到风险评价的精度。土壤中有机质的质量分数（fom），它不仅影响着土壤对污染物的吸附能力，还与有机碳分配系数（Koc）密切相关，从而对污染物在土壤中的分配和迁移产生重要影响。通过实际监测获取准确的fom值，能够更准确地评估污染物在土壤中的行为。地表至地下污染土壤的距离（Ls）也是一个关键参数，它直接决定了污染物迁移的路径长度，对挥发侵入过程有着重要影响。准确测量Ls值，有助于准确预测污染物侵入建筑物室内的风险。包气带土壤总孔隙度（θ）、包气带土壤中水的体积含量（θws）、土壤容重（ρb）和土壤气渗透率（Kv）等参数，也都与土壤的物理性质密切相关，对污染物在土壤中的扩散和对流过程有着重要影响，需要通过实际监测获取准确的数值。第二类是建议通过统计研究或调研获取的参数，这类参数虽然对模型结果的影响相对较小，但在风险评价中也不容忽视。建筑基础底板面积（Ab），它的大小会影响污染物侵入建筑物室内的接触面积，进而影响挥发侵入的风险。通过统计研究或调研不同类型建筑物的基础底板面积，能够获取合理的Ab值，为风险评价提供参考。封闭空间地下基础或墙的厚度（Lcrack）和封闭空间体积与渗透区面积的比例（LB）等参数，也与建筑物的结构和空间布局有关，需要通过统计研究或调研来确定其取值范围。第三类是建议实施详细基础研究工作以完善的参数，这类参数的不确定性较大，对模型结果的影响也较为复杂，需要进一步的基础研究来明确其作用机制和取值范围。建筑基础底板中裂缝所占比例（η），它受到基础施工质量、地基沉降和建筑物使用年限等多种因素的影响，难以准确测定。通过实施详细的基础研究工作，如对不同建筑物基础裂缝的调查和分析，建立裂缝形成和发展的模型，能够更准确地确定η值。封闭空间换气率（ER）、室内和室外的压差（dP）和基础/墙裂缝土壤中的空气体积含量（θacrack）等参数，也都受到多种因素的影响，需要通过深入的基础研究来完善其取值和作用机制。4.3.2参数识别模式构建为了更高效地在污染场地风险评价中识别敏感性参数，简化工程实施中参数不确定性分析过程，本研究精心构建了挥发因子“敏感性参数识别模式”框架。该框架以污染物性质和土壤质地性质等关键要素为核心，通过对这些要素的准确把握，能够快速、准确地识别出挥发侵入模型中的敏感性参数。当污染物性质为Koc＞103L・kg-1时，有机碳分配系数（Koc）成为影响挥发侵入过程的主导参数，其敏感性极高。此时，在风险评价中应重点关注Koc值的准确性，通过实际监测或可靠的估算方法获取准确的Koc值，以提高风险评价的精度。当土壤质地为砂质土壤时，土壤气渗透率（Kv）较高，对挥发侵入过程具有重要影响，成为敏感性参数之一。在这种情况下，需要对Kv值进行准确测定，同时考虑砂质土壤的其他特性，如孔隙度、持水能力等，来综合评估挥发侵入的风险。在实际应用中，首先根据污染场地的调查结果，确定污染物的性质和土壤质地等关键要素。然后，依据“敏感性参数识别模式”框架，快速判断出在当前条件下的敏感性参数。对于某有机污染场地，通过分析得知污染物的Koc值大于103L・kg-1，土壤质地为砂质土壤。根据框架，Koc和Kv被识别为敏感性参数。接下来，对Koc和Kv进行重点研究，通过实际监测获取准确的参数值，并将其代入挥发侵入模型中进行风险评价。这样，能够有效简化参数不确定性分析过程，提高风险评价的效率和准确性。通过构建挥发因子“敏感性参数识别模式”框架，为污染场地风险评价提供了一种便捷、高效的敏感性参数识别方法，有助于降低参数不确定性对风险评价结果的影响，为污染场地的管理和决策提供更可靠的科学依据。五、案例应用5.1污染场地背景大化集团污染场地位于大连市甘井子区，该区域地处我国东部沿海，地理位置优越，交通便利，紧邻国家一级公路和高速铁路，物流网络发达。场地周边自然环境优美，拥有众多绿化带和自然景观，距离最近的河流约5公里，水源充足，且周边居民区相对较远，有效降低了生产过程中可能对周边居民生活的影响。场地所在区域市政配套设施完善，供水、供电、供气、排水等一应俱全，同时政策支持力度大，有利于企业享受相关优惠政策，降低生产成本。场地历史悠久，自上世纪70年代便开始投入使用，最初为某国有企业化工生产基地。在多年的发展历程中，场地历经多次扩建和改造，逐步形成了较为完善的生产设施和配套设施，主要生产各类化工产品，涵盖基础化学品、精细化工产品等多个领域。然而，随着时间的推移，场地内生产设备逐渐老化，部分生产线难以满足现代化生产需求。加之历史上部分生产过程中产生的废弃物处理不当，导致场地土壤和地下水受到了一定程度的污染。尽管企业曾进行过多次局部整改和污染治理，但仍存在一些环境问题亟待解决。2008年，大化集团与政府相关部门签订补偿协议后实施搬迁工作，后续规划为梭鱼湾商务区。为查明和消除场地中残留污染物对人体健康的潜在危害，满足场地后续开发要求，2018年2月，轻工业环境保护研究所接受大连市城市建设投资集团有限公司的委托，对原大化集团所处地块部分区域进行了较为全面的场地调查工作。调查过程中，现场采集了土壤样品和地下水等样品，通过专业的检测分析，基本查明了场地内是否存在污染以及潜在的污染物种类，并评估了污染物对场地未来人体的健康风险。初步调查阶段，共布设各类采样点487个，其中包括413个土壤点位（含6个对照点）、地下水采样点50个以及土工采样点24个。采集各类样品1958个，其中土壤样品1843个、对照点样品20个、地下水样品53组、土工样品42个。全