环安土壤环境影响评价系统使用说明
1 基础概念
土壤
从土壤的组成和发生考虑,土壤是“由矿质颗粒、有机质、水分、空气和活的有机体以发生层的形式组成,是经风化和物理化学以及生物过程共同作用形成的地壳表层。”
土壤环境
是指受自然或人为因素作用的,由矿物质、有机质、水 、空气、生物有机体等组成的陆地表面疏松综合体,包括陆地表层能够生长植物的土壤层和污染物能够影响的松散层等。
土壤环境生态影响
是指由于人为因素引起土壤环境特征变化导致其生态功能变化的过程或状态。
土壤环境污染影响
是指因人为因素导致某种物质进入土壤环境,引起土壤物理、化学、生物等方面特性的改变,导致土壤质量恶化的过程或状态。
土壤环境敏感目标
是指可能受人为活动影响的、与土壤环境相关的敏感区或对象。
土壤类型
土壤分类就是根据土壤的发生发展规律和自然形状,按照一定的分类标准把自然界的土壤划分不同的类别。
土壤质地
土壤质地是土壤物性质之一。指土壤中不同大小直径的矿物颗粒的组合状况。是根据土壤机械组成划分的土壤类型。
土体构型
即土壤剖面构型。是各土壤发生层的组合和排列状况。
土壤胶体
通常指直径在1—1000 nm之间的土壤颗粒,它是土壤中最细微的部分,表现出强烈的胶体的特征。
土壤阳离子交换量
指土壤胶体所能吸附各种阳离子的总量。其数值以每千克土壤中含有各种阳离子的物质的量来表示,即mol/kg。
饱和导水率
土壤被水饱和时,单位水势梯度下、单位时间内通过单位面积的水量,它是土壤质地、容重、孔隙分布特征的函数。
土壤容重
单位容积土体(包括粒间孔隙)的烘干重。单位为g/m3。
孔隙度
土壤孔隙容积占土体容积的百分比。
地下水溶解性总固体(TDS)
地下水中溶 解了的固体的总量。
地下水埋深
地下水水面与地表之间的距离。
土壤含盐量(SSC)
即全盐量。土中所含盐分(主要是氯盐、硫酸盐、碳酸盐)的质量占干土质量的百分数。
土壤盐渍化
土壤底层或地下水的盐分毛管水上升到地表,水分蒸发后,使盐分积累在表层土壤中的过程。是指易溶性盐分在土壤表层积累的现象或过程,也称盐碱化。
干燥度
蒸发量与降水量的比值。
氧化还原电位
指土壤中氧化态物质和还原态物质的相对浓度变化而产生的电位,用Eh表示。可以衡量土壤氧化还原能力的大小。
农用地土壤污染风险筛选值
指农用地土壤中污染物含量等于或者低于该值的,对农产品质量安全、农作物生长或土壤生态环境的风险低,一般情况下可以忽略;超过该值的,对农产品质量安全、农作物生长或土壤生态环境可能存在风险,应当加强土壤环境监测和农产品协同监测,原则上应当采取安全利用措施。
农用地土壤污染风险管制值
指农用地土壤中污染物含量超过该值的,食用农产品不符合质量安全标准等农用地土壤污染风险高,原则上应当采取严格管控措施。
建设用地土壤污染风险筛选值
指在特定土地利用方式下,建设用地土壤中污染物含量等于或者低于该值的,对人体健康的风险可以忽略;超过该值的,对人体健康可能存在风险,应当开展进一步的详细调查和风险评估,确定具体污染范围和风险水平。
建设用地土壤污染风险管制值
指在特定土地利用方式下,建设用地土壤中污染物含量超过该值的,对人体健康通常存在不可接受风险,应当采取风险管控或修复措施。
2 软件使用说明
环安科技土壤环境影响评价系统,是根据《环境影响评价技术导则 土壤环境(试行)》(HJ 964-2018),以Hydrus-1D为核心模型开发的在线土壤评价、预测系统。软件可以帮助用户快速确定土壤评价等级及评价范围、分析现状评价结果、计算符合导则要求的预测结果。
2.1 如何进入土壤环境影响评价系统
在浏览器中打开环安科技网站,登录您的账户,进入环安科技在线模型计算平台。点击土壤环境影响评价系统,进入模型主界面。

2.2 界面功能简介

土壤环境影响评价系统界面由菜单栏、树形菜单栏、工具栏、地图显示区 等主要模块组成。
2.3 菜单栏
由项目、计算、图层属性和帮助四部分组成。
项目
点击项目菜单可以进行项目管理,实现新建一个项目、打开已有项目、编辑已有项目信息以及删除一个项目等操作。

计算
计算菜单主要用于一维模型的运算,点击后选择需要运算的一维模型,具体见下图。

图层属性
图层属性菜单可以实现对各个图层属性及样式的编辑和管理。

帮助
帮助菜单里提供关于模型操作及模型中各个参数设置的说明。
2.4 工具栏
点击工具栏相应图标,可以完成测量距离、绘制厂界、绘制生态型和污染型项目的评价范围、添加敏感点、添加生态型和污染型项目的监测点、添加一维模型等。
2.5 树形菜单栏
必须首先利用工具栏的“厂界”工具画出项目厂界,树形菜单栏方可展示。树形菜单栏里包括基本信息、生态影响型、污染影响型和一维模型四部分。
2.5.1 基本信息
基本信息中可以录入所建项目的概况,包括场地基本参数、行业参数、生态参数、厂界拐点坐标(如果已经用工具栏中的“厂界”工具,绘制了厂界,这里会自动生成厂界拐点坐标。)等信息。
此处录入的项目基本信息会用于后续评价工作等级、评价范围的计算。如果是单一污染型项目,则不需要录入生态参数。

2.5.2 生态影响型
生态影响型目录用于生态影响型建设项目的评价工作。
(1) 评价工作等级和评价范围
根据基本信息中录入的项目概况信息,按照《环境影响评价技术导则 土壤环境(试行)》(HJ 964-2018)相关要求,自动计算生态影响型项目的评价工作等级、评价范围。
评价范围除可自动生成外,还可以通过工具栏生态型评价范围工具自己绘制。

(2) 监测点
可以输入生态影响型项目的现状监测点信息、监测数据等,用于生态影响型项目现状评价及预测等。添加监测点的方式有两种,如下图所示。

(3) 现状评价
根据监测点中录入的信息,按照《环境影响评价技术导则 土壤环境(试行)》(HJ 964-2018)相关要求,自动进行项目盐化、酸碱化的现状分析。如下图所示。


(4) 预测结果
盐化预测是根据监测点中录入的信息,按照《环境影响评价技术导则 土壤环境(试行)》(HJ 964-2018)附录F——土壤盐化综合评分预测方法,进行预测评价。
酸碱化预测是根据监测点中录入的信息,按照《环境影响评价技术导则 土壤环境(试行)》(HJ 964-2018)附录E中推荐的方法一,计算土壤pH预测值,进行预测评价。
2.5.3 污染影响型
用于污染影响型建设项目的评价工作。
(1) 敏感目标
污染影响型建设项目在进行评价工作等级和评价范围计算之前,需要先添加敏感目标。

(2) 评价工作等级和评价范围
根据基本信息中录入的项目概况信息及项目敏感目标信息,按照《环境影响评价技术导则 土壤环境(试行)》(HJ 964-2018)相关要求,自动计算污染影响型项目的评价工作等级、评价范围。
评价范围除可自动生成外,还可以通过工具栏污染型评价范围工具自己绘制。

(3) 监测因子
在复选框中勾选监测因子。在是否需要预测一列点击选择下拉菜单中的“是”或“否”,设置预测因子(注:此处设置的预测因子为大气沉降影响预测因子)。点击选中污染物所在的行,查看污染物基本信息及相关标准。
风险管控标准是根据《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600-2018)和《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018)给出。

(4) 监测点
可以输入污染影响型项目的现状监测点信息、监测数据等,用于污染影响型项目现状评价及预测等。添加监测点的方式有两种,参照2.5.2.2。
(5) 现状评价
根据监测点中录入的信息,按照《环境影响评价技术导则 土壤环境(试行)》(HJ 964-2018)相关要求,自动进行现状分析。
(6) 大气沉降
根据监测点中录入的信息,按照《环境影响评价技术导则 土壤环境(试行)》(HJ 964-2018)附录E中推荐的方法一,计算土壤中某种污染物的预测值,进行预测评价。
3 Hydrus-1D部分使用说明
3.1 快速说明
右键点击“一维模型”添加模型,支持添加多个模型。
3.1.1 模型主参数
包括主参数、收敛参数、时间离散参数、溶质基本参数、时间输出选项五个选项卡。

(1) 主参数
在此选项卡勾选需要用到的模型,同时设置最大模拟时间长度、时间单位和长度单位。水流模型中的水力模型为基本模型,默认必须勾选,其它模型可以选勾。时间单位和长度单位为整个模型共用单位。

(2) 收敛参数
设置迭代条件、控制时间步长和内部插值表。
(3) 时间离散参数
设置时间离散参数,选择是否设置时间可变边界条件,添加时间条数。

(4) 溶质基本参数
设置溶质基本参数,选择时间权重方案、空间权重方案、溶质运移模型、弯曲度因子及模型使用的质量单位等。

(5) 时间输出选项
此处设置的时间为结果输出时需要展示的时间条目。
3.1.2 土壤质地与水力参数
点击添加按钮设置需要模拟的土壤层。各个土壤层参数的获取有两种方式:
① 点击土壤质地一列,选择该土层所属土壤质地,自动获取数据库中内置的该土壤质地参数。
② 勾选土壤层前面的复选框,点击罗塞塔模型,利用罗塞塔模型计算获取相应的土壤参数。
各个参数均可手动修改。

3.1.3 垂向网格剖分
提供了几种不同的网格剖分方式,可以按照需求进行选取。设置完成后,点击提交进行保存。
在垂向网格剖分中还可以设置观测点、不同位置压力水头及温度。点击污染物名称和可以设置不同位置溶质的初始值。

3.1.4 水力模型边界条件
设置初始条件、上下边界类型及相应的参数。需要注意的是,当边界条件选择定水头以外的边界类型时,模型默认必须勾选模型主参数中的时间可变边界条件。

3.1.5 气象条件
当需要使用气象条件时,则勾选使用气象数据前面的选框,并设置相应的参数。不使用气象条件则不勾选。

3.1.6 溶质参数
当使用溶质运移模型时,需要设置相关的溶质参数。在溶质参数界面可以设置标准类型和用地类型、添加需要模拟的污染物等操作。系统数据库中内置了部分溶质的Da和Dw,这两个参数支持手动添加和修改。

3.1.7 溶质反应参数
设置相应的溶质反应参数。
3.1.8 溶质边界条件
设置溶质上下边界类型、初始条件、平衡状态等,如果模型设置了时间可变边界条件,则此处需要设置各个时间条件下的溶质边界信息。

3.1.9 模型结果
模型计算完成后,可以通过模型结果查看相应的计算结果。
3.2 快速入门
3.2.1 主模型的选择
环安土壤一维模型主要包含两大块:水流模型和溶质运移模型。
水流模型是其他计算模型的基础,为基本模型,默认必须勾选,此时模型模拟非稳定流。
如果需要模拟污染物在土壤中的运移,则勾选溶质运移模型;如果只模拟水流,则不需勾选溶质运移模型。
3.2.2 什么是水流模型
水流模型是用来模拟土壤水分运移的,是基本模型,程序默认勾选。当选择“水流”选项时,程序模拟非稳定流。
3.2.3 什么是溶质运移模型
当需要模拟污染物进入到土壤之后的迁移状况时,需要选择溶质运移模型。
3.2.4 应该如何选择水力模型
在模型主参数对话框中的水力模型下拉选项中,用户选择用于土壤水力特性的水力模型,并指定在计算过程中是否考虑滞后现象。
环安土壤模型中的水力模型均为单孔模型,最常用的是vanGenuchten-Mualem 模型(VG模型),它适用于绝大多数土壤。
3.2.5 如何设置时间长度
时间长度即模型需要模拟计算的时间总长度。具体根据项目需求设置,比如:化工项目180天就要检修一次,那么时间长度就可以设置180天;如果需要模拟项目对场地土壤长期的影响,那么时间长度可以设置3650天,或者7300天。
3.2.6 收敛参数、时间离散参数如何设置
(1) 收敛参数
由于Richards方程的非线性性质,必须使用迭代过程在每个新的时间步长获得全局矩阵方程的解。对于每次迭代,首先导出线性化代数方程组,然后使用高斯消去法或共轭梯度法求解。反演后,使用第一个解重新计算系数,并再次求解新方程。该迭代过程持续进行,直到获得令人满意的收敛程度,即在饱和(或非饱和)区域的所有节点上,两次连续迭代之间的压力水头(或含水量)绝对变化小于由施加的绝对压头(或含水量)公差确定的某个小值。
收敛参数不建议修改,使用默认值就可以模拟绝大多数情况。

(2) 时间离散参数
- 初始时间步长
指初始时间增量。初始时间步长的建议值取决于所使用的模拟类型和边界条件。当模拟以边界处较大的初始压头或浓度梯度(例如,积水渗透或边界浓度突然变化)开始的过程时,使用较小的初始时间步长值(例如,1s)。当模拟具有可变边界条件的长期过程(例如季节性或多年模拟)时,从更大的时间步长(例如15分钟)开始。一般可以使用模型默认值。
- 最小时间步长和最大时间步长
最小时间步长,时间增量的最小允许值。最小时间步长必须小于初始时间步长。当初始时间步长不能使模型达到收敛时,模型会主动选择更小的时间步长。
最大时间步长,时间增量的最大允许值。可以指定一个较大的值。
最小时间步长和最大时间步长只是一个大概时间步长范围,HYDRUS在运行时会自动在此范围内选择其最佳时间步长。这两个参数如果不知道如何选择,可以使用模型默认值。
- 时间可变边界条件
当水流边界条件选择可变边界条件时,需要选择时间可变边界条件,并且设置时间的条目。例如:当模拟持续恒定泄漏时,时间条目为“1”,值等于模拟时间长度;当模拟短时泄漏时,时间条件可设定为“2”,第一个值为泄漏的最大时间,第二个值为模拟时间长度。

3.2.7 应该如何设置输出
土壤模型提供了两种时间输出控制方式:
(1)按间隔时间步长输出
(2)按固定时间间隔输出,时间单位跟主参数设置的一致。
结果读取条数,是为了防止输出条目过多而人为设置的读取条数。
在输出时间的详细信息里,设置需要在结果查看时指定的时间信息。此处设置的最小值不能小于初始时间步长值。

3.2.8 如何设置土壤层
根据土壤现状调查资料或土壤理化性质调查情况,按照实际的土壤质地分层情况设置土壤层。
3.2.9 土壤质地参数如何获取,罗塞塔模型的使用条件
当选择不同的水力模型时,水力参数数值也有所不同。如果没有实验室实测数据的话,可以用模型获取水力参数,有两种获取方式:Hydrus-1D自带和罗塞塔模型估算。
(1) Hydrus-1D自带参数
Hydrus-1D自带了12种典型土壤的水力参数。当掌握了模拟区的土壤质地时,可以根据土壤质地选择Hydrus-1D自带的水力参数。这是根据2500 多个土壤层的水分特征得出的平均属性。

(2)使用罗塞塔模型估算
在水力模型选择的van Genuchten-Mualem模型或van Genuchten修正模型的前提下,如果掌握了土壤颗粒分配(即粘粒、粉粒、沙粒各占的比例)和土壤容重,就可以用罗塞塔模型估算水力参数。
如果做了渗水实验,可以根据渗水实验得到的实际渗透系数去修改渗透系数(Ks)的值。

3.2.10 如何进行网格剖分
环安土壤模型设置了四种网格剖分的组合方式:按土壤层和网格步长剖分、按土壤层和网格数剖分、按土壤厚度和网格步长剖分、按土壤厚度和网格数剖分。用户可以根据需求设置。软件默认按土壤层和网格步长进行剖分。

3.2.11 如何设置观测点
设置观测点可以输出指定位置的结果。土壤层的上半部分结果变化较大,因此在上部 可以适当多设置观测点,下部可以少设置。
例如:

3.2.12 压力水头是什么意思,应该如何设置
压力水头指如果插管子进入地下水位以下,由于水面以下的压力和大气压之间的压差,造成管内水面上升的高度。
土壤模型中,以地下水面(一般指承压水)处压力水头为0,地下水面向上为负值,向下为正值。
3.2.13 如何选择水力模型
环安土壤软件包含5种水力模型,均为单孔模型:
(1)van Genuchten-Mualem模型(van Genuchten, 1980)
(2)van Genuchten-Mualem模型的考虑2cm的空气进入
(3)修正van Genuchten类型方程(Vogel和Cislerova, 1988),
(4)Brooks and Corey 方程[1964]
(5)Kosugi对数正态分布模型[1996]
其中van Genuchten-Mualem模型对于绝大多数土壤都适用,是目前用的最多的土壤水分特征曲线。