污染場地修複決策支持系統

污染場地修複決策支持系統是指採用專家評判、軟體模擬的方法，為決策者在啟動耗資巨大的修復行動之前，篩選合理的污染控制與修復技術，制定經濟高效的場地修複方案的綜合評估系統。決策過程涉及場地基礎數據的管理分析、修複目標的確定和修復工程量計算、場地修復技術的篩選、場地修複方案的最佳化等環節。其中場地風險評價和修復技術篩選需要藉助統計分析方法和專業的數學模型來實現，這些方法和模型能夠改善管理決策的有效性，擴大和增強決策者處理問題的能力和範圍。

基本介紹

• 中文名：污染場地修複決策支持系統
• 外文名：Decision support system for remediation of contaminated sites

污染場地治理

“污染場地”是指因堆積、儲存、處理、處置等方式承載了有害污染物質，並對人體健康和周邊環境產生危害或具有潛在風險的空間區域。近十年來，由於城市化發展以及產業結構升級調整等原因，我國10萬個以上污染企業關停或搬遷，產生了大量的污染或潛在污染場地，威脅著周邊居民的身體健康，並顯著影響土地和地下水資源的安全使用。近年來，湖南、廣西、河北等地的工業場地土壤和地下水污染環境事故頻發，使得污染場地的治理與安全再利用問題引起社會各界的廣泛關注。

污染場地治理是一項複雜的、耗資、耗時的艱巨工程，已開發國家每年要投入大量資金來對這些場地進行管理、控制和修復。經過幾十年的不斷發展，這些國家的場地修復領域已經取得了顯著的進步，出現了很多物理、化學或生物的修復技術，新型的組合修復技術也時有出現。面對數量眾多且條件各異的污染場地與修復技術，政府部門、場地擁有者、或其它可能牽涉其中的個人、團體或機構等利益相關者存在著如何選擇最佳場地修復技術的問題。這往往需要一套專業工具能夠幫助提高決策的效率，在正確與合理評估污染場地對人體健康和生態環境影響的基礎上，提出有針對性且經濟高效的修複方案。

污染場地修複決策系統的發展

最初的污染場地修復多採用封裝技術，即採用挖掘—填埋的方式。20世紀90年代後期，人們對污染場地修復的方式從原來的“簡單填埋”、“挖掘—焚燒”轉變為考慮更多的現實因素，如經費來源、修復措施的環境、未來土地利用方式、經濟效益等，這便增加了修複決策的複雜性、多樣性和不確定性。傳統的場地修複決策成功與否，在很大程度上取決於決策者的主觀判斷。而事實上決策者由於認識上的局限性，使決策具有很大程度的不確定性。研究者開始開發基於PC機的修複決策系統，將計算機技術套用到污染場地修複決策中。如1988年美國環保署基於綜合環境反應、補償與債務法案 (CERCLA)提出了一套修複方案篩選流程，並開發出相應的軟體套用平台。在污染場地修復過程中引進決策支持系統能夠為場地修複決策者的管理提供科學依據。決策者使用決策支持系統記錄和查看系統中的模型假設、模型參數和預測的結果，決策過程中的每個步驟都是開放的、透明的，並且整個過程可以重複測試。此外，決策支持系統通過測試模型參數的變化對決策結果影響，可以處理決策過程中的不確定性，為決策者提供更加可靠的輔助。

修複決策系統中常用的模型、方法

修複決策系統是以數據為基礎，以模型為驅動的系統，選取合適的數學模型或方法影響修複決策系統的科學性和高效性。修複決策系統中常用的方法有修復多目標決策分析方法(MCDA)、成本-效益分析法(CBA)、生命周期評價法(LCA)、技術篩選矩陣(Matrix)、費用效果分析法(CEA)、環境效益淨值分析法(NEBA)、環境技術評價法等，其中使用的比較多的主要有前4種(表1)。通過這些方法實現修復技術篩選、修復費用估算、修複方案最佳化等套用功能。

污染場地修復技術篩選矩陣是研究者在對場地修復技術市場、新型技術研發及套用情況的調查基礎上，將每種修復技術的技術參數匯集到一張表格中，以供修複決策者進行查詢。針對某個特定的污染場地，根據場地污染特徵和修複目標從修復技術篩選矩陣中排除不滿足條件的修復技術，達到初步篩選修復技術的目的。Critto在波爾圖·馬爾蓋拉工業區進行修復技術篩選就是採用聯邦修復技術圓桌會議(FRTR)提供的修復技術篩選矩陣進行初篩。但是如何從初篩結果的備選修復技術中綜合考慮修復行為的影響，從社會、經濟、技術、環境綜合最優角度出發對修複方案進行比較評判，確定最佳修複方案，是一個多層次多目標的決策問題。

多目標決策分析方法(MCDA)是解決多層次多目標的決策問題最好的方法，它為修複決策提供一種科學工具。已有大量關於多目標決策問題的研究，並開發出相關的模型方法，套用於場地修複決策的MCDA方法主要包括MAVT/MAUT、AHP層次分析法和Outranking級別高於關係法3種。MAVT/MAUT有SMART法和TOPSIS法兩種派生。SMART方法可與AHP方法結合能彌補AHP方法的排序顛倒性問題，如Bezama將SMART和AHP方法結合套用於支持污染場地修複決策平衡計分卡系統中的指標權重確定。TOPSIS與AHP方法結合既能克服了AHP在不易定量化指標上的主觀性，又能避免TOPSIS對指標權重的忽視，如張倩等將AHP和TOPSIS結合運用於解決污染場地修復技術篩選問題。與MAUT相似，AHP能聚合不同層面的決策問題形成目標函式，主要是篩選出使目標函式達最大值的備選方案，羅程鐘等針對POPs污染場地修復技術從經濟指標、環境指標和技術指標3方面，採用AHP篩選出適合特定POPs污染場地的修復技術。Critto等建立了一套綜合考慮修復技術特徵和污染場地具體狀況的兩階段污染場地修復技術篩選決策支持體系，先從修復技術庫中初篩出可行的技術列表，然後採用MCDA方法對列出的可行技術進行評分和排序。級別高於關係法的一個優點是不需要統一評價標準的單位，主要包括ELECTRE方法和PROMETHEE方法兩種。李安婕等運用PROMETHEEⅡ偏好排序法對當前場地修復技術以及典型場地條件進行了客觀分析和綜合評價，實現基於具體修複目標的污染場地土壤修復技術擇優篩選。

CBA和LCA方法分別從污染場地修復策略的費用效益角度和修復工程全過程的環境影響角度來量化污染場地修複方案評估。CBA是一種環境經濟學方法，能夠比較不同貼現率水平下污染場地修復的費用效益情況。LCA可對污染場地修復工程的環境影響進行後評估；為污染場地修複方案的篩選和最佳化設計提供環境影響基準等。國內學者針對生命周期評價法在污染場地修復中的套用也開展了研究，如胡新濤等套用生命周期評價(LCA)結合影響評價2002+方法，分析比較了鹼性催化分解(BCD)和紅外高溫焚燒(IRI)技術在處理PCBs污染土壤全過程的環境影響，研究結果表明，處理1000kg PCBs 污染土壤, BCD和IRI技術的綜合環境影響分別為0.147Pt和0.279Pt。

污染場地修複決策系統軟體

一個完整的修複決策系統程式應包括多個相互聯繫的模組，各個模組完成各自獨立的功能，並且能為其它模組提供參數輸入，這些模組為最終的決策提供支持。在一些早期開發的決策支持軟體(DSS)中，許多軟體都是為了重點解決一些具體的問題，而很少有包含場地修復過程中所有的評估與決策功能，如RAAS雖然包括污染場地修復過程的各模組，但是卻不包括用於管理和分析空間數據功能。表2中列出了在場地修復中用到較多且具有代表性的軟體，這些軟體經過大範圍的驗證，能為修複決策者提供幫助。SMART Sampling、GeoSEM、SADA和 FIELDS軟體主要是關注於污染場地的特徵描述和場地風險評估，其中以SADA軟體套用較多，如Purucker等利用SADA軟體評估田納西州的一個廢棄金屬冶煉廠的生態風險，並結合場地特徵描述確定詳細修復設計方案。USEPA的Land Research Program開發的BSAF、PCBRes和ECOTOX這3個軟體只關注生態風險評估。USEPA的Environmental Response Team(ERT)開發的Scribe軟體只提供了對場地環境採樣數據和場地監測數據進行集中管理，缺乏對這些數據進行空間分析的能力。ARAMS是一個多環境介質系統的風險分析框架，軟體包括對人類健康和生態的風險評估模組，以及一些統計分析功能，能夠針對某個特定的污染場地快速地建立起場地的概念模型。然而，最新版本的ARAMS軟體基本上就是一個風險評估軟體，而不包括社會經濟和技術評估模組。在風險評價功能上，一些系統(如DESYRE，SADA)軟體結合GIS的空間分析能力和可視化技術以風險分級圖的形式提供給決策者，讓決策者更加直觀形象地理解決策結果。

聯合國工業發展組織開發的DARTS修復技術篩選輔助決策系統4和RACER修復行動成本估計這兩個軟體只關注修復技術的篩選。DESYRE軟體將修復技術篩選功能集成到整個決策支持系統中作為一個子模組，並建立修復技術資料庫和修復技術篩選方法庫，而在評價時通過建立一套指標評價體系對修複方案進行評分。張海博等利用DESYRE軟體對中國北方某污染場地的修復問題進行研究，結果表明，該場地的最佳用地方式為居住用地或娛樂用地，清挖處理技術與土壤固化穩定技術(異位)配合套用修復效果較好。REC系統通過成本、環境影響和風險等因素分析備選修復技術的綜合效益，然後確定最佳修複方案。